CN113037457A - 一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统 - Google Patents

一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统 Download PDF

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CN113037457A CN202110220177.2A CN202110220177A CN113037457A CN 113037457 A CN113037457 A CN 113037457A CN 202110220177 A CN202110220177 A CN 202110220177A CN 113037457 A CN113037457 A CN 113037457A
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刘海涛
吕铭刚
孟超
刘建超
靳智嵩
高玉华
裴敬生
张斯梁
邹学灿
王玮
王业胜
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Beijing Jingneng Energy Technology Research Co ltd
Beijing Ruichuang Xinzhi Technology Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Langfang Power Supply Co of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
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Beijing Jingneng Energy Technology Research Co ltd
Beijing Ruichuang Xinzhi Technology Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Langfang Power Supply Co of State Grid Jibei Electric Power Co Ltd
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    • H04L7/0079—Receiver details

Abstract

本申请提供一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统，所述方法包括如下步骤：S1、接收主机下发的第一报文；S2、根据所述第一报文的接收时刻Ta和配置文件中存储的延时时间t，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts；S3、计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V；S4、基于所述采样值V构造第二报文；S5、将所述第二报文发送给主机。本申请将采样权限最大化下放给子机，子机可以根据主机的不同需求计算自身的采样数据并同步好后再发送给主机，主机计算量小，功耗小，装置运行更稳定，非常适合于芯片化保护这种低功耗的设备，解决了主机运算量大、功耗大的问题。

Description

一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统
技术领域
本申请涉及芯片化保护技术领域，尤其涉及一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统。
背景技术
随着设备制造水平的提升，尤其是芯片技术的发展，芯片化保护的运用能节省变电站占地面积，大大缩短现场调试时间及停电检修时间。大力推进继电保护芯片化、小型化技术应用已成为电网公司重点工作的重中之重。芯片化保护是智能变电站继电保护重要的发展方向,是当前继电保护技术的最新实践。基于芯片化保护的智能变电站在设计、建造、运维等方面具有明显的经济优势。
当前的芯片化保护对于主变或母线等跨间隔保护的实现方式之一是如图1所示的主机+从机模式。其中，各个子机分别负责其对应间隔的采样和控制功能，主机负责将各个子机SV采样数据汇总处理，并进行逻辑判断，然后给需要动作的子机发出控制信号。主机可以承担一个间隔的SV采样和控制功能，也可以只作为专门的集中处理和控制单元。
当前设备的采样方式为各个子机按照统一固定的采样率给主机发送带有延时时间的SV采样报文，然后在主机上进行数字重采样后再进行保护计算。上述采样方法的缺点是大量重采样运算都在主机上进行，运算量比较大，因此对主机的计算处理性能要求很高，往往导致处理器的功耗很大，甚至影响到系统的长期可靠性。
发明内容
本申请的目的是针对以上问题，提供一种基于芯片化保护装置的采样方法及系统。
第一方面，本申请提供一种基于芯片化保护装置的采样方法，所述方法包括如下步骤：
S1、接收主机下发的第一报文；
S2、根据所述第一报文的接收时刻Ta和配置文件中存储的延时时间t，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts；
S3、计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V；
S4、基于所述采样值V构造第二报文；
S5、将所述第二报文发送给主机。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，采用如下公式，计算同步采样时刻Ts：
Ts＝Ta-t
其中，Ta为子机接收第一报文的时刻；t为子机的配置文件中存储的第一报文到达子机的延时时间。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，采用插值法计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V，计算公式如下：
Figure BDA0002955097940000021
其中，X1为子机在T1时刻的采样值；X2为子机在T2时刻的采样值；Ts为主机要求的同步采样时刻。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。
第二方面，本申请提供一种基于芯片化保护装置的采样系统，包括主机以及与所述主机通信连接的多个子机；所述主机包括第一收发模块；所述子机包括采样模块、存储模块、第二收发模块以及运算处理模块；
所述第一收发模块，配置用于在同一时刻向各所述子机发送第一报文；
所述第二收发模块，配置用于接收所述第一报文；
所述存储模块，配置用于存储所述第一报文到达子机的延时时间；
所述采样模块，配置用于控制子机按照自身采样频率进行采样并得到采样数据；
所述运算处理模块，配置用于根据所述第一报文以及所述延时时间计算主机要求的同步采样时刻；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述同步采样时刻以及所述采样数据计算得到同步采样时刻对应的采样值；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述采样值构造得到第二报文；
所述第二收发模块，还配置用于将所述第二报文发送至主机。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令。
根据本申请某些实施例提供的技术方案，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。
与现有技术相比，本申请的有益效果：
(1)该基于芯片化保护装置的采样方法及系统，将采样权限最大化下放给子机，子机可以根据主机的不同需求计算自身的采样数据并同步好后再发送给主机，主机计算量小，功耗小，装置运行更稳定，非常适合于芯片化保护这种低功耗的设备，解决了主机运算量大、功耗大的问题；
(2)该方法对各个子机的采样频率的一致性没有强制要求，即各个子机可以按照自己的采样频率分别进行采样工作，给部分子机为了完成其他功能而提高采样频率提供了可能；
(3)由于子机的采样时刻是由主机发送包含采样启动命令的第一报文而启动的，因此主机可以按照自己的需求随时改变采样频率来完成更复杂的功能。
附图说明
图1为现有技术中跨间隔保护的流程图；
图2为本申请提供的基于芯片化保护装置的采样方法的流程图；
图3为本申请提供的基于芯片化保护装置的采样方法的采样原理图；
图4为本申请提供的基于芯片化保护装置的采样系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本申请的保护范围有任何的限制作用。
本实施例提供一种基于芯片化保护装置的采样方法，所述采样方法的流程图如图2所示，所述采样方法包括如下步骤：
S1、接收主机下发的第一报文。
主机会在同一时刻向与之通信连接的各个子机发送第一报文，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令，如表1所示，数据编号这一特征信息占用4个字节数，采样启动命令这一特征信息占用2字节数。
表1
序号 名称 字节数
1 数据编号 4
2 采样启动命令 2
S2、根据所述第一报文的接收时刻Ta和配置文件中存储的延时时间t，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts。
将主机发送的第一报文到达子机所需要的时间称作延时时间t，并将该延时时间t作为一个固定参数提前存储在该子机的配置文件中。不同的工程在实施之前，可根据现场实测的情况调整该延时时间t。
采用如下公式，计算同步采样时刻Ts：
Ts＝Ta-t
其中，Ta为子机接收第一报文的时刻；t为子机的配置文件中存储的第一报文到达子机的延时时间。
S3、计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V。
采用插值法计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V，计算公式如下：
Figure BDA0002955097940000041
其中，X1为子机在T1时刻的采样值；X2为子机在T2时刻的采样值；Ts为主机要求的同步采样时刻。
S4、基于所述采样值V构造第二报文。
子机在计算得到采样值V之后，会基于该采样值V构造第二报文，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。其中，该数据编号即为该子机所接收到的第一报文中的数据编号；每个子机具有各自的子机编号，各个子机的子机编号互不相同，主机根据子机编号来对各个子机进行区分；每个子机都会有各自的采样通道，不同子机的采样通道数可以相同也可以是不相同的，这是根据实际需要来设置的，比如，某一子机用于对电流和电压进行采样，则该子机具有两个采样通道，即n取值为2，第二报文中就包含子机采样通道1数据和子机采样通道2数据，两个数据分别为电流的采样值和电压的采样值。
如表2所示，第二报文中数据编号这一特征信息占用4个字节数，子机编号这一特征信息占用2字节数，各个子机采样通道数据占用4个字节数。
表2
序号 名称 字节数
1 数据编号 4
2 子机编号 2
3 子机采样通道1数据 4
......
n 子机采样通道n数据 4
S5、将所述第二报文发送给主机。
主机接收到各个子机发送的第二报文之后，会读取第二报文中的数据编号，并根据数据编号相同的原则，把不同子机的数据作为同一采样时刻的数据进行保护计算。
接下来，以某一采样系统为例，来对该采样方法进行具体说明。
图3为该例的采样原理图，在该采样系统中，共设有一个主机和三个子机，三个子机分别记作子机1、子机2、子机3，子机1、子机2和子机3分别具有1个子机采样通道，图3中的t1、t2、t3分别为子机1、子机2、子机3的配置文件中存储的延时时间。具体的采样方法为：
S10、主机在S时刻向三个子机同时发送第一报文，以通知三个子机启动采样，该第一报文中包含的数据编号为1；子机1、子机2和子机3分别经过t1、t2、t3的时间后，在时刻Ta1、Ta2、Ta3分别收到包含采样启动命令的第一报文。
S20、子机1根据第一报文的接收时刻Ta1和其自身配置文件中存储的延时时间t1，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts1：Ts1＝Ta1-t1；
子机2根据第一报文的接收时刻Ta2和其自身配置文件中存储的延时间时间t2，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts2：Ts2＝Ta2-t2；
子机3根据第一报文的接收时刻Ta3和其自身配置文件中存储的延时间时间t3，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts3：Ts3＝Ta3-t3。
S30、采用插值法计算各个子机同步采样时刻Ts对应的采样值V。
对于子机1：
Figure BDA0002955097940000061
化简得：
Figure BDA0002955097940000062
其中，V1为子机1的同步采样时刻Ts1所对应的采样值；V12为子机1在T12时刻的采样值；V13为子机1在T13时刻的采样值；Ts1为主机要求的同步采样时刻；
对于子机2：
Figure BDA0002955097940000063
化简得：
Figure BDA0002955097940000064
其中，V2为子机2的同步采样时刻Ts2所对应的采样值；V22为子机2在T22时刻的采样值；V23为子机2在T23时刻的采样值；Ts2为主机要求的同步采样时刻；
对于子机3：
Figure BDA0002955097940000065
化简得：
Figure BDA0002955097940000066
其中，V3为子机3的同步采样时刻Ts3所对应的采样值；V32为子机3在T32时刻的采样值；V33为子机3在T33时刻的采样值；Ts3为主机要求的同步采样时刻；
S40、子机1、子机2和子机3分别基于采样值V1、V2、和V3构造各自的第二报文。子机1构造的第二报文包括：数据编号、子机编号以及子机采样通道1数据，数据编号为1，子机编号为1，子机采样通道1数据为V1；子机2构造的第二报文包括：数据编号、子机编号以及子机采样通道1数据，数据编号为2，子机编号为2，子机采样通道1数据为V2；子机3构造的第二报文包括：数据编号、子机编号以及子机采样通道1数据，数据编号为3，子机编号为3，子机采样通道1数据为V3。
S50、子机1、子机2和子机3分别将各自的第二报文发送给主机。
主机接收到三个子机发送的第二报文之后，会读取第二报文中的数据编号，并根据数据编号相同的原则，把不同子机的数据作为同一采样时刻的数据进行保护计算，在本次采样任务中，将采样值V1、V2、和V3进行保护计算。
本实施例提供的基于芯片化保护装置的采样方法，将采样权限最大化下放给子机，子机可以根据主机的不同需求计算自身的采样数据并同步好后再发送给主机，主机计算量小，功耗小，装置运行更稳定，非常适合于芯片化保护这种低功耗的设备，解决了主机运算量大、功耗大的问题；该方法对各个子机的采样频率的一致性没有强制要求，即各个子机可以按照自己的采样频率分别进行采样工作，给部分子机为了完成其他功能而提高采样频率提供了可能(如图2中的子机1和子机2的采样频率明显高于子机3，但是同样可以实现同步采样)；由于子机的采样时刻是由主机发送包含采样启动命令的第一报文而启动的，因此主机可以按照自己的需求随时改变采样频率来完成更复杂的功能。
请参考图4，本实施例还提供一种基于芯片化保护装置的采样系统，所述采样系统包括主机以及与所述主机通信连接的多个子机；所述主机包括第一收发模块；所述子机包括采样模块、存储模块、第二收发模块以及运算处理模块；
所述第一收发模块，配置用于在同一时刻向各所述子机发送第一报文；
所述第二收发模块，配置用于接收所述第一报文；
所述存储模块，配置用于存储所述第一报文到达子机的延时时间；
所述采样模块，配置用于控制子机按照自身采样频率进行采样并得到采样数据；
所述运算处理模块，配置用于根据所述第一报文以及所述延时时间计算主机要求的同步采样时刻；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述同步采样时刻以及所述采样数据计算得到同步采样时刻对应的采样值；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述采样值构造得到第二报文；
所述第二收发模块，还配置用于将所述第二报文发送至主机。
进一步的，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令。
进一步的，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。
本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于芯片化保护装置的采样方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、接收主机下发的第一报文；
S2、根据所述第一报文的接收时刻Ta和配置文件中存储的延时时间t，计算得到主机要求的同步采样时刻Ts；
S3、计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V；
S4、基于所述采样值V构造第二报文；
S5、将所述第二报文发送给主机。
2.根据权利要求1所述的基于芯片化保护装置的采样方法，其特征在于，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令。
3.根据权利要求1所述的基于芯片化保护装置的采样方法，其特征在于，采用如下公式，计算同步采样时刻Ts：
Ts＝Ta-t
其中，Ta为子机接收第一报文的时刻；t为子机的配置文件中存储的第一报文到达子机的延时时间。
4.根据权利要求1所述的基于芯片化保护装置的采样方法，其特征在于，采用插值法计算所述同步采样时刻Ts对应的采样值V，计算公式如下：
Figure FDA0002955097930000011
其中，X1为子机在T1时刻的采样值；X2为子机在T2时刻的采样值；Ts为主机要求的同步采样时刻。
5.根据权利要求1所述的基于芯片化保护装置的采样方法，其特征在于，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。
6.一种基于芯片化保护装置的采样系统，其特征在于，包括主机以及与所述主机通信连接的多个子机；所述主机包括第一收发模块；所述子机包括采样模块、存储模块、第二收发模块以及运算处理模块；
所述第一收发模块，配置用于在同一时刻向各所述子机发送第一报文；
所述第二收发模块，配置用于接收所述第一报文；
所述存储模块，配置用于存储所述第一报文到达子机的延时时间；
所述采样模块，配置用于控制子机按照自身采样频率进行采样并得到采样数据；
所述运算处理模块，配置用于根据所述第一报文以及所述延时时间计算主机要求的同步采样时刻；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述同步采样时刻以及所述采样数据计算得到同步采样时刻对应的采样值；
所述运算处理模块，还配置用于根据所述采样值构造得到第二报文；
所述第二收发模块，还配置用于将所述第二报文发送至主机。
7.根据权利要求6所述的基于芯片化保护装置的采样系统，其特征在于，所述第一报文的特征信息包括数据编号和采样启动命令。
8.根据权利要求6所述的基于芯片化保护装置的采样系统，其特征在于，所述第二报文的特征信息包括数据编号、子机编号以及n个子机采样通道数据，其中n为该子机所具有的采样通道的总个数。
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