CN111103458B - 一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,能够实现宽频相量数据和基波相量数据同步传输,首先根据宽频测量装置采集到的宽频相量数据,包含谐波/间谐波相量数据,在配置帧中扩展宽频相量通道即包括谐波/间谐波相量通道,然后将宽频相量数据和基波相量数据进行同步处理,最后将数据报文进行通道时分复用设计,将每帧数据中仅包含一个谐波/间谐波频点的信息,在每一秒中完成一次完整的谐波/间谐波相量信息传输。本发明完全兼容现有传输规约,能够实现减少宽频数据带来的网络带宽消耗,实现了宽频相量数据的实时传输。
Description
技术领域
本发明涉及电力自动化技术领域,特别是一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法。
背景技术
随着特高压交直流混联电网与新能源发电的快速发展,电网一体化特征与电力电子化趋势凸显,电网谐波干扰、低频振荡、次同步振荡等扰动现象更加频繁,电网运行难度与风险不断增大。基于广域测量系统WAMS实时数据的全网宽频振荡实时监测与预警需求,需利用实时宽频测量数据实现振荡功率传输路径、电网故障波及范围、谐波分布等全景展示,为运行人员提供关于系统动态稳定性的全景信息。
目前同步相量测量子站实时传输的只有基波相量数据,主站获取宽频数据的方式主要依赖离线召唤同步相量测量装置的原始采样录波文件,然后计算谐波与间谐波等宽频数据。该方式存在很大的局限性,无法满足全网宽频振荡实时监测与预警的需求,而且现有同步相量测量与主站间的传输规约只用来实时传输基波相量数据,尚无针对宽频数据实时传输的方法。
因此,需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
名称解释
WAMS(Wide Area Measurement System),广域测量系统。
发明内容
本发明目的是针对现有技术的不足,提出了一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,解决了宽频相量数据从子站到主站的传输问题,能够兼容现GB/T 26865相量传输规约;有效降低宽频数据带来的网络带宽消耗。
本发明采取的技术方案具体为:一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,包括:
S1,宽频测量装置根据装置采样值获取基波相量、宽频相量数据,其中宽频相量数据包含谐波相量和间谐波相量数据;
S2,宽频测量装置在配置帧中增加宽频相量通道扩展通道,包含谐波相量、间谐波相量数据通道;
S3,宽频相量数据与基波相量数据进行数据同步处理;
S4,将整合数据进行通道时分复用方案设计,设计复用通道内传输的为同一电气量的谐波或间谐波数据,根据周期内的发送时刻确定该次谐波的次数,设该电气量所有谐波的传输周期为T,当前宽频报文传输周期完成数目为k,则第n次谐波/间谐波对应时刻Thn为,Thn=Tn+kT=T0+(n-2)Δt+kT,其中(k ≥0,n ≥1),式中Tn为第一个周期内n次谐波发送的时刻;T0为初始时刻,Δt为相邻两份报文的间隔时间;
S5,整周期内数据是否发送完成,宽频测量装置可按照100帧/s,50帧/s,25帧/s的三种可选速率进行上送,当前1s内的宽频数据和相量数据传输未完成则返回S3;
S6,宽频测量主站根据发送报文解析获取相应的基波、宽频相量数据。
进一步地,S2中宽频相量传输的具体实现上仍采用GB/T26865.2标准,该标准仅对基波相关数据的命名及传输进行了规范,需对规约进行宽频相量通道扩展,实现基于通道时分复用方式的宽频相量数据实时传输;在配置帧CFG1(Configuration Frame1)的相量通道中扩展谐波相量通道、间谐波相量通道,包括电压谐波相量、电流谐波相量、电压间谐波相量,以及电流间谐波相量等。同时在模拟量通道中扩展简谐波频率通道,包括电压间谐波频率、电流间谐波频率。
进一步地,S3中由于宽频测量装置需计算宽频相量数据,装置所需的采样时间窗设置为1s,在第2秒完成计算上一整秒时刻的谐波与间谐波宽频数据,在第3秒内传输该相量的谐波或间谐波数据。基波相量数据帧中带有绝对时标,宽频相量数据的谐波和间谐波数据通道可与基波数据共享数据时标。基波相量数据为实时数据时标,宽频相量谐波与间谐波通道数据比基波实时数据晚2秒,且在该秒内任一时刻传输的均为整秒时刻数据,则谐波与间谐波通道数据时标取该数据帧时间戳中整秒部分减2秒,由此实现数据同步。
进一步地,S5中基波相量传输目前支持的传输频率有25帧/s、50帧/s和100帧/s三种,100帧/s的传输速率每帧报文对应的时间从0ms-990ms,50帧/s与25帧/s即在100帧/s中进行抽点处理,通道时分复用设计即将宽频相量数据兼容满足三种传输频率下谐波/间谐波信息传输完整性的要求,100帧/s为最高传输频率,包含50帧/s及25帧/s频率下的数据帧,而50帧/s又包含25帧/s下的数据帧。因此可优先排列25帧/s下的谐波,即基波和2~25次谐波按照25帧/s下的时刻顺序排列。然后排列50帧/s频率下剩余的26~50次共25个频点的谐波数据,最后排列100Hz频率下剩余的51~100次共50个频点的谐波数据;第n次谐波所在数据帧的毫秒数可由下列公式唯一确定:
其中,P、Q为中间变量,表示的是下面的计算式:
间谐波数据与谐波数据相类似,由于在模拟量通道中扩展了间谐波频率,则相量数据通道与间谐波频率通道一一对应,因此无论何种传输频率下都无需再对相量数据进行排序发送。
进一步地,S5中当前整秒内的宽频相量数据和基波数据按照S4的时分复用设计方法,进行数据整合完成报文传输;若整周期内报文数据未传输完成,则返回S3进行新数据同步处理,按照时分复用方式进行数据发送;若整周期内报文数据传输完成,宽频测量主站可根据报文解析计算获得相应的数据。
本发明的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法中,所达到的有益效果:为满足全网宽频振荡实时监测与预警的需求,解决宽频相量数据从主站到子站实时传输的技术瓶颈,提供一种有效的宽频相量传输的时分复用传输方法,且能够兼容现GB/T 26865相量传输规约;有效降低宽频数据带来的网络带宽消耗。
附图说明
图1所示为本发明的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法流程图;
图2所示为宽频测量装置的配置帧及数据帧相量、模拟量及开关量通道配置定义说明图;
图3所示为本发明的宽频相量数据谐波/间谐波相量时分复用原理图;
图4所示为本发明的宽频相量不同传输速率下谐波兼容序列图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参考图1所示,本发明提出了一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,该方法包括以下步骤:
步骤1,宽频测量装置根据装置采样值获取基波相量、宽频相量数据,其中宽频相量数据包含谐波相量和间谐波相量数据。
宽频测量装置根据高速测采样数据,利用傅里叶DFT算法实现相量数据的计算,获取对应的基波电压、基波电流、有功功率、无功功率、频率及频率变化率等信号,利用快速傅立叶算法FFT获取电压和电流通道的谐波、间谐波相量数据。
步骤2,宽频测量装置在配置帧中增加宽频相量通道扩展通道,包含谐波相量、间谐波相量数据通道。
宽频相量传输的具体实现上采用GB/T26865.2标准,该标准仅对基波相关数据的命名及传输进行了规范,有必要对规约进行扩展,实现基于通道时分复用方式的宽频相量数据实时传输。在配置帧CFG1(Configuration Frame1)的相量通道中扩展谐波相量通道、间谐波相量通道,包括电压谐波相量、电流谐波相量、电压间谐波相量,以及电流间谐波相量等,共计12个通道。同时在模拟量通道中扩展简谐波频率通道,包括电压间谐波频率、电流间谐波频率共计6个通道。
其中宽频相量扩展通道定义需在图2中对应的相量通道和模拟量通道中增加对应的通道属性。
扩展通道定义如表1所示:
表1宽频数据通道扩展
步骤3,宽频相量数据与基波相量数据进行数据同步处理,由于宽频测量装置需计算宽频相量数据,装置所需的采样时间窗设置为1s,在第2秒完成计算上一整秒时刻的谐波与间谐波宽频数据,在第3秒内传输该相量的谐波或间谐波数据。基波相量数据帧中带有绝对时标,宽频相量数据的谐波和间谐波数据通道可与基波相量数据共享数据时标。基波相量数据为实时数据时标,宽频相量谐波与间谐波通道数据比基波实时数据晚2秒,且在该秒内任一时刻传输的均为整秒时刻数据,则谐波与间谐波通道数据时标取该数据帧时间戳中整秒部分减2秒,由此实现数据同步。
步骤4,将整合数据进行通道时分复用方案设计,设计复用通道内传输的为同一电气量的谐波或间谐波数据,根据周期内的发送时刻确定该次谐波的次数。
以下以相量通道为例,通道时分复用技术复用了当前数据帧中的相量通道,可在不同的时间点传输不同的相量数据。如图3所示,在T0时刻,某相量通道中传输的是相量P0,而在T1时刻时,该通道位置中传输的是相量P1,当T2时刻时,该位置传输的又是相量P2。其优势在于不增加数据流量,但可以传输更多的相量,且数据帧报文格式方面没有变化,兼容性好。以图3为例,设该通道均分复用n个相量,则P0、P1、P2等n个相量的传输频率降为原来的1/n。该复用通道内传输的为同一电气量的谐波或间谐波数据,在配置文件中按照表1的内容定义该通道为该电气量的谐波、间谐波相量通道,同时根据周期内的发送时刻确定该次谐波的次数,从而唯一确定该相量,这样可以避免额外的通道时分复用配置。设该电气量所有谐波的传输周期为T,设当前宽频报文传输周期完成数目为k,则n次谐波对应时刻Thn为:
Thn=Tn+kT=T0+(n-2)Δt+kT,(k≥0,n≥1)
式中:Tn为第一个周期内n次谐波发送的时刻;T0为初始时刻,Δt为相邻两份报文的间隔时间。由上式可知一个周期内n次谐波的报文位置由谐波次数唯一决定。间谐波与谐波的传输方式类似,但相比谐波数据利用其发送时刻间接关联该谐波的频率,间谐波数据需要增加频率通道。间谐波数据与谐波数据相类似,由于在模拟量通道中扩展了间谐波频率,则相量数据通道与间谐波频率通道一一对应,因此无论何种传输频率下都无需再对相量数据进行排序发送。
步骤5,整周期内数据是否发送完成,宽频测量装置可按照25帧/s、50帧/s和100帧/s三种可选速率进行上送,当前1s内的宽频数据和相量数据传输未完成则返回步骤3。
如图4中所示,基波相量传输目前支持的传输频率有25帧/s、50帧/s和100帧/s三种,100帧/s的传输速率每帧报文对应的时间从0ms-990ms,50帧/s与25帧/s即在100帧/s中进行抽点处理,通道时分复用设计即将宽频相量数据兼容满足三种传输频率下谐波/间谐波信息传输完整性的要求,100帧/s为最高传输频率,包含50帧/s及25帧/s频率下的数据帧,而50帧/s又包含25帧/s下的数据帧。因此可优先排列25帧/s下的谐波,即基波和2~25次谐波按照25帧/s下的时刻顺序排列。然后排列50帧/s频率下剩余的26~50次共25个频点的谐波数据,最后排列100Hz频率下剩余的51~100次共50个频点的谐波数据;第n次谐波所在数据帧的毫秒数可由下列公式唯一确定:
其中,P、Q为中间变量,表示的是下面的计算式:
步骤6,宽频测量主站根据发送报文解析获取相应的基波、宽频相量数据,实现宽频振荡实时监测的功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征是,包括:
S1,宽频测量装置根据装置采样值获取基波相量、宽频相量报文数据,其中宽频相量报文数据包含谐波相量和间谐波相量数据;
S2,宽频测量装置在配置帧中增加宽频相量通道扩展通道,包含谐波相量、间谐波相量数据通道;
S3,宽频相量报文数据与基波相量报文数据进行数据同步处理;
S4,将同步后的整合数据进行通道时分复用,复用通道内传输的为同一电气量的谐波或间谐波数据,根据周期内的发送时刻确定该次谐波的次数,设该电气量所有谐波的传输周期为T,当前宽频报文传输周期完成数目为k,则第n次谐波/间谐波对应时刻Thn为:
Thn=Tn+kT=T0+(n-2)Δt+kT,其中k≥0,n≥1,
式中Tn为第一个周期内n次谐波发送的时刻;T0为初始时刻,Δt为相邻两份报文数据的间隔时间;
S5,整采样周期内数据是否发送完成,未完成则返回S3;
S6,宽频测量主站根据发送报文解析获取相应的基波、宽频相量报文数据;
S3中,数据同步时,基波相量数据帧中带有绝对时标,宽频相量数据的谐波和间谐波数据通道与基波数据共享数据时标;
基波相量报文数据为实时数据时标,宽频相量谐波与间谐波通道数据比基波实时数据晚第一时段,且在该第一时段内任一时刻传输的均为整秒时刻数据,则谐波与间谐波通道数据时标取该数据帧时间戳中整秒部分减第一时段,实现数据同步。
2.根据权利要求1所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,S2中:宽频相量报文数据传输采用GB/T26865.2标准,并对该标准进行宽频相量通道扩展,实现宽频相量报文数据实时传输。
3.根据权利要求2所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,在配置帧的相量通道中扩展谐波相量通道、间谐波相量通道,包括电压谐波相量、电流谐波相量、电压间谐波相量以及电流间谐波相量数据通道。
4.根据权利要求2所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,同时在模拟量通道中扩展简谐波频率通道,包括电压间谐波频率、电流间谐波频率通道。
5.根据权利要求1所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,S5中,基波相量报文数据采用的传输频率包括25帧/s、50帧/s和100帧/s三种。
6.根据权利要求5所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,100帧/s的传输速率每帧报文对应的时间从0ms-990ms,50帧/s与25帧/s即在100帧/s中进行抽点处理,通道时分复用将宽频相量数据兼容满足三种传输频率下谐波/间谐波信息传输完整性的要求,100帧/s为最高传输频率,包含50帧/s及25帧/s频率下的数据帧,而50帧/s又包含25帧/s下的数据帧。
7.根据权利要求6所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,优先排列25帧/s下的谐波,即基波和2~25次谐波按照25帧/s下的时刻顺序排列;然后排列50帧/s频率下剩余的26~50次共25个频点的谐波数据,最后排列100Hz频率下剩余的51~100次共50个频点的谐波数据。
9.根据权利要求1所述的基于通道时分复用的宽频同步相量传输方法,其特征在于,S5中,当前整秒内的宽频相量报文数据和基波报文数据按照S4的时分复用方法,进行数据整合完成报文传输;
若整周期内报文数据未传输完成,则返回S3进行新数据同步处理,按照时分复用方式进行数据发送;
若整周期内报文数据传输完成,宽频测量主站根据报文解析计算获得相应的数据报文。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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