CN112736901B - 配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统，通过接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据，从而实现多源异步采样混合数据的同步，便于后续的数据分析和数据整合。并解决配电网应用中，空间有限，间隔多数据量大，接线复杂的问题。

Description

配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统

技术领域

本发明涉及配网采样数据同步的技术领域，尤其涉及配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统。

背景技术

在传统电力系统保护控制设备中，就地互感器模拟量采样，通过A/D转换至按照固定频率采样序列，经过傅式算法获得频率、赋值、相位等信息，受限于常规互感器即滤波回路影响，就地采样频率大多为1.2kHz、1.6kHz等采样频率，而随着数字化变电站电子式互感器的发展、及适用于高速采样光纤传输的专用数字量数据格式IEC60044-8及IEC61850-9-2协议的发展，衍生出的高采样率的光纤传输的数字化采样数据，采样频率从4k～32k等，推动了变电站保护控制设备中的革新。而在中高压数字化变电站中所有一二次设备往往全站统一设计考虑，或统一为电子式互感器，或统一为就地互感器采样，无论哪种方式对于保护控制设备而言，其面临的是单采样率，单种数据来源形式，其本地采集、接受数据，插值、补偿方式统一，便于计算管理。

而在低电压供电网，特别是城市配电网中，由于其设备环网柜内就地安装，空间狭小，一二次设备形式、连接方式多样化，部分一次设备已经运行，无法做到整体统一全局设计，而随着城市供电可靠性要求越来越高，其设备集成功能越来越多，其需要采集的模拟量信息越来越全面，又受制于空间、体积、接线端子等影响，亟需更简洁的数据采集方式。而混合采样方式，不拘泥于单一采样方式，根据环网柜空间布局、间隔配置可灵活配置采样方式，多种采样共存，如保护设备就地安装在进线间隔中直接采样线路电流模拟量，通过光纤接收来至母线电压合并单元的母线电压9-2数据，与对侧边变电站出线经过纵联光纤构成差动保护等，配电网供电数据采样设备的不统一，采样方式的多样性往往会导致采样数据存在不同步的情况，而数据的不同步往往不利于后续的数据分析、资源整合，因此，如何解决现有的配电网供电数据采样设备的不统一导致的采样数据存在不同步已成为本技术领域人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统，用于解决现有的配电网供电数据采样设备的不统一导致的采样数据存在不同步的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种配网中多源异步采样混合数据的同步方法，包括以下步骤：

接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据。

优选的，结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理，具体包括以下步骤：

通过本地时钟标记多源异步采样数据中每种单源异步采样数据的报文接收时刻以及本地采样触发时刻；

对于任意一种单源异步采样数据均进行以下处理：

获取单源异步采样数据的相邻两帧数据的报文接收时刻的间隔抖动范围，计算单源异步采样数据中各帧数据与其相邻帧数据的间隔时间，将间隔时间与间隔抖动范围进行比较，当间隔时间在间隔抖动范围内时，判断间隔时间对应的帧数据有效，当间隔时间不再间隔抖动范围内时，判断间隔时间对应的帧数据无效。

优选的，采样时刻还原处理，具体包括以下步骤：

对于任意一种单源异步采样数据均进行以下处理：

获取单源异步采样数据的采样固定延时，根据采样固定延时和单源异步采样数据中各帧数据的报文接收时刻，将各帧数据的采样时刻还原成以本地时钟为时钟的还原采样时刻，并在各帧数据上标记对应的还原采样时刻。

优选的，采样时刻同步处理以及采样值插值处理，具体包括以下步骤：

确定多源异步采样数据中各种单源异步采样数据的最大采样延时时刻，并根据最大采样延时时刻确定多源异步采样数据的插值时刻回退时间，并根据插值时刻回退时间确定多源异步采样数据的重构采样起始时刻；

根据多源异步采样数据中各种单源异步采样数据的采样频率确定多源异步采样数据的重构采样频率；

根据重构采样起始时刻以及重构采样频率分别计算各种单源异步采样数据的各帧数据的重构采样时刻；

对于任意一种单源异步采样数据均进行一下处理：

从单源异步采样数据中分别选取每个重构采样时刻的重构原始数据；

基于每个重构采样时刻的重构原始数据，采用拉格朗日插值算法计算出每个重构采样时刻的重构数据值。

优选的，重构原始数据为采样时刻连续的、至少有一帧数据的还原采样时刻在重构采样时刻前，至少有一帧数据的还原采样时刻在重构采样时刻后的多帧数据；同步方法，还包括以下步骤：

判断重构数据值所对应的重构原始数据是否均有效，若存在任意一点重构原始数据无效，则判断重构数据值无效。

优选的，最大采样延时时刻与插值时刻回退时间的关系为：

T_di＞T_dma，其中，T_dmax为各种单源异步采样数据的最大采样延时时刻中的最大值，T_di为单源异步采样数据的插值时刻回退时间。

优选的，根据插值时刻回退时间确定多源异步采样数据的重构采样起始时刻，通过以下公式实现：

T_i0＝T_c0-T_di，T_i0为重构采样起始时刻，T_c0为当前中断起始时刻。

优选的，各种单源异步采样数据的采样频率与多源异步采样数据的重构采样频率的关系为：

其中，

为重构采样频率，f_i为第i种单源异步采样数据的采样频率，i＝1,2,...,n，n为单源异步采样数据的种类数。

优选的，多源异步采样数据包括配网上的互感器采集的、模拟的经过A/D转换(模数转换)的采样数据、通过专用光纤通道点对点接收的IEC61850-9-2采样数据以及通过光纤纵联通道接收的HDLC的差动采样数据。

一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统，通过接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据，从而实现多源异步采样混合数据的同步，便于后续的数据分析和数据整合。并解决配电网应用中，空间有限，间隔多数据量大，接线复杂的问题。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例中的配网中多源异步采样混合数据的同步方法的流程图；

图2是本发明优选实施例中的插值同步时序示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例一：

本实施中公开了一种配网中多源异步采样混合数据的同步方法，包括以下步骤：

接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据。

一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述任一方法的步骤。

本发明中的配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统，通过接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据，从而实现多源异步采样混合数据的同步，便于后续的数据分析和数据整合。并解决配电网应用中，空间有限，间隔多数据量大，接线复杂的问题。

实施例二：

如图1所示，在本实施例中，公开了一种配网中多源异步采样混合数据的同步方法，包括以下步骤：

就地设备就地采集模拟量的就地采样数据，并将模拟量经A/D转换后发送给数据处理器；

数据处理器接收就地采样数据，并同时通过光纤接收来自其他设备的数字量采样信号，结合本地时钟，经过数据有效性判别，采样时刻还原、采样时刻同步，采样值插值等操作，拟合成指定频率的采样数据，以便于数据处理器进行数据分析或数据整合，其中，数据分析可以是故障检测，或者由数据处理通过光纤转发提供给其他设备使用。

具体的，就地设备采集的就地采样数据是指通过互感器采集经过本设备A/D转换的模拟量采样数据，采样频率为本设备的采样频率f_s。数字量采样信号包括通过专用光纤通道点对点接收的IEC61850-9-2采样数据，其采样频率为f_d；数字量采样信号还包括通过光纤纵联通道接收的HDLC(High-Level Data Link Control，高级数据链路控制)的差动采样数据，其采样频率为f_p。即在本实施例中，多源异步采样数据包括就地采样数据、9-2采样数据以及差动采样数据。

具体的，本地时钟为数据处理器自带的本地恒温晶振计数守时的同步时钟，可通过对时源校准，也可独立维护本设备时钟计数。

具体的，结合本地时钟，经过数据有效性判别，采样时刻还原、采样时刻同步以及采样值插值等操作，拟合成指定频率的采样数据具体包括以下步骤：

1、采样数据与本地时钟结合(时标)：

将接收的9-2采样数据以本地时钟标记报文接收时刻T_rdx(x＝0～n)，将接收的HDLC的差动采样数据以本地时钟标记接收时刻T_rpx(x＝0～n)；将就地采样数据标记就地采样触发时刻T_sx(x＝0～n)，并存储每一个本地采样时刻。

2、有效性判断：

根据9-2采样数据相邻两帧数据接收时刻间隔抖动范围，与数据帧本身有效性，确认当前帧的有效性，根据HDLC数据帧的品质，相邻两帧数据接收时刻间隔的抖动范围，确认当前帧有效性；

3、采样时刻还原：

根据9-2采样数据的采样固定延时T_ddx(x＝0～n)，结合当前帧报文接收时刻，还原成以本地时钟为时钟的采样时刻标记T_sdx(x＝0～n)＝T_rd-T_ddx，将还原后的9-2采样数据、时标及有效性存入采样缓存序列中。同理，将差动采样数据还原成以本地时钟为时钟的采样时刻标记为T_sp(x＝0～n)，将还原后的差动采样数据、时标及有效性存入采样缓存序列中；

4、采样时刻同步以及采样值插值：

根据就地采样数据缓存序列、9-2采样数据数据缓存序列，差动采样数据缓存序列，确定不同数据源异步采样的采样延时最大的时刻T_dmax，确保二次采样重构数据的准确性，保证插值数据真实有效性，选取插值时刻回退时间T_di＞T_dma，即在所有多种来源的异步数据中找到采样延时最大的延时，以此作为所有种类的单源异步采样数据的回退延时时间，进行插值计算。

确定当前重构的采样起始时刻为T_i0＝T_c0-T_di，T_c0为当前中断起始时刻。

根据不同种类单源异步采样数据的异步采样的采样频率确定所有种类单源异步采样数据重构采样频率，其重构采样频率必须满足

在本实施例中，重构采样频率选取各种单源异步采样数据的频率中的最小值。

根据重构采样频率，依次计算重构采样时刻，在各个数据源的采样缓存序列中依次选取合适的数据点，判断当前三点是否满足内插要求，不满足则将三点依次移至下一时刻，直至最新数据点采样时刻位于目标时刻之后即可，确认此三点数据为重构原始数据，依次执行插值重构采样。具体的，重构的同步采样数据中，某点数据所关联的原始三个数据必须全部有效，当前数据点才有效，若有一个无效，则当前重构数据点也无效。

即，对于任意一种单源异步采样数据均进行一下处理：

从单源异步采样数据中分别选取每个重构采样时刻的重构原始数据；

基于每个重构采样时刻的重构原始数据，采用拉格朗日插值算法计算出每个重构采样时刻的重构数据值。

重构原始数据为采样时刻连续的、至少有一帧数据的还原采样时刻在重构采样时刻前，至少有一帧数据的还原采样时刻在重构采样时刻后的多帧数据；同步方法，还包括以下步骤：

判断重构数据值所对应的重构原始数据是否均有效，若存在任意一点重构原始数据无效，则判断重构数据值无效。

本发明为配网多源异步采样数据重构提供了一种适用的方案，解决了配电网应用中，空间有限，间隔多数据量大，接线复杂的问题。为提高供电可靠性提供了新的措施与保障。

实施例三：

实施例三是实施例二的拓展实施例，具体包括以下内容：

以图2为例，某个配网支线装置就地采集线路间隔电流，接收来至于母线PT(电压互感器)合并单元发送的点对点9-2数据采样，同时接收来至线路对侧的纵联HDLC数据信号；

其中装置任务终端周期为0.833ms，采样率为4.8kHz，9-2数据采样率为4kHz，纵联光差数据为1.2kHz，经过同步将数据重构为1.2kHz的数据给本装置保护功能使用。

以附图1步骤为例：

首先，将通过LC的光纤端口接收的9-2采样数据以本地时钟标记报文接收时刻T₅～T₂₄，将接收的HDLC的差动采样数据以本地时钟标记接收时刻T₇～T₂₄；将本地采样数据标记本地采样触发时刻T₀～T₂₄，并存储每一个本地采样时刻。

进一步的，9-2采样数据通道固定延时0.8ms，则将接受到9-2采样数据时标相对减去固定延时，则还原成T'₀～T'₂₀；同理，光纤纵联通道通过乒乓法测得延时为1.2ms，则还原成T'₀～T'₂₀。

根据9-2数据缓存序列及HDLC数据缓存序列，确定插值延时回退为8个采样间隔，即当前插值时间为

根据缓存数据序列，查找满足对应时标要求的插值数据源即数据0～、1～、2～，以此依次将多源异步数据重构为指定的1.2kHz数据。

综上所述，本发明中的配网中多源异步采样混合数据的同步方法及系统，通过接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据，从而实现多源异步采样混合数据的同步，便于后续的数据分析和数据整合。并解决配电网应用中，空间有限，间隔多数据量大，接线复杂的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收来自多个不同设备的多源异步采样数据；结合本地时钟，对所述多源异步采样数据进行有效性判别处理、采样时刻还原处理、采样时刻同步处理以及采样值插值处理后，将所述多源异步采样数据拟合成指定频率的同步采样数据；

结合本地时钟，对所述多源异步采样数据进行有效性判别处理，具体包括以下步骤：

通过本地时钟标记所述多源异步采样数据中每种单源异步采样数据的报文接收时刻以及本地采样触发时刻；

对于任意一种单源异步采样数据均进行以下处理：

获取所述单源异步采样数据的相邻两帧数据的报文接收时刻的间隔抖动范围，计算所述单源异步采样数据中各帧数据与其相邻帧数据的间隔时间，将所述间隔时间与所述间隔抖动范围进行比较，当所述间隔时间在所述间隔抖动范围内时，判断所述间隔时间对应的帧数据有效，当所述间隔时间不再所述间隔抖动范围内时，判断所述间隔时间对应的帧数据无效。

2.根据权利要求1所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，所述采样时刻还原处理，具体包括以下步骤：

对于任意一种单源异步采样数据均进行以下处理：

获取所述单源异步采样数据的采样固定延时，根据所述采样固定延时和所述单源异步采样数据中各帧数据的报文接收时刻，将所述各帧数据的采样时刻还原成以本地时钟为时钟的还原采样时刻，并在各帧数据上标记对应的还原采样时刻。

3.根据权利要求2所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，所述采样时刻同步处理以及采样值插值处理，具体包括以下步骤：

确定所述多源异步采样数据中各种单源异步采样数据的最大采样延时时刻，并根据所述最大采样延时时刻确定所述多源异步采样数据的插值时刻回退时间，并根据所述插值时刻回退时间确定所述多源异步采样数据的重构采样起始时刻；

根据所述多源异步采样数据中各种单源异步采样数据的采样频率确定所述多源异步采样数据的重构采样频率；

根据所述重构采样起始时刻以及所述重构采样频率分别计算各种单源异步采样数据的各帧数据的重构采样时刻；

对于任意一种单源异步采样数据均进行一下处理：

从所述单源异步采样数据中分别选取每个重构采样时刻的重构原始数据；

基于每个重构采样时刻的重构原始数据，采用拉格朗日插值算法计算出每个重构采样时刻的重构数据值。

4.根据权利要求3所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，所述重构原始数据为采样时刻连续的、至少有一帧数据的还原采样时刻在所述重构采样时刻前，至少有一帧数据的还原采样时刻在所述重构采样时刻后的多帧数据；所述同步方法，还包括以下步骤：

判断所述重构数据值所对应的重构原始数据是否均有效，若存在任意一点重构原始数据无效，则判断所述重构数据值无效。

5.根据权利要求3所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，所述最大采样延时时刻与所述插值时刻回退时间的关系为：

T_di>T_dmax，其中，T_dmax为所述各种单源异步采样数据的最大采样延时时刻中的最大值，T_di为所述单源异步采样数据的插值时刻回退时间。

6.根据权利要求5所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，根据所述插值时刻回退时间确定所述多源异步采样数据的重构采样起始时刻，通过以下公式实现：

T_i0＝T_c0-T_di，T_i0为重构采样起始时刻，T_c0为当前中断起始时刻。

7.根据权利要求6所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，各种单源异步采样数据的采样频率与所述多源异步采样数据的重构采样频率的关系为：

其中，

为重构采样频率，f_i为第i种单源异步采样数据的采样频率，i＝1,2,...,n，n为单源异步采样数据的种类数。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的配网中多源异步采样混合数据的同步方法，其特征在于，所述多源异步采样数据包括配网上的互感器采集的、模拟的经过A/D转换的采样数据、通过专用光纤通道点对点接收的IEC61850-9-2采样数据以及通过光纤纵联通道接收的HDLC的差动采样数据。

9.一种计算机系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至8任一所述方法的步骤。

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