CN114172628A - 一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，属于电力系统采样技术领域。所述方法包括：满足前置条件；定义时标及确定状态条件；判断接收SV报文是否满足状态条件，确定接收SV报文状态；根据接收SV报文状态，计算各状态对应的插值时刻。不要求网络报文不碰撞或极少碰撞，而是只要满足在一段时间内，一定能收到来自同一合并单元的至少连续3帧SV报文都是不被其他报文阻塞的，就可以完成基于插值方法的同步采样了。这种方法扩大了插值同步法的应用范围，具有更强的鲁棒性，适用于绝大多组网方式的智能变电站。
Description
技术领域
本发明涉及一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，属于电力系统采样技术领域。
背景技术
智能变电站过程层合并单元(MU)按照IEC61850-9-2标准规约输出采样值报文，多个MU的采样值在间隔层的保护、测控等装置使用时需要同步。
目前有两种方法完成多个MU之间的采样值同步。一种方式是通过提供全站统一的同步时钟系统，给每个MU对时，保证各MU之间采样同步，在间隔层装置上根据各MU的采样序号对齐采样值完成采样同步。这种方法是IEC61850-9-2提供的标准方法。另一种是在间隔层装置和过程层装置之间采用点对点的连接方式，并要求MU的发送采样值的抖动小于10us，从而可以在间隔层装置上对各MU的数据进行再采样插值计算，完成采样同步。这种方法是我国国家电网公司对“继电保护相对独立”的要求下，为实现继电保护功能不依赖对时实现而采用的方法。
经过对现有技术的检索发现，文献“插值算法在智能变电站的应用”(电力自动化设备2010.10)，提出了采用锁相环的方法补偿以太网报文的抖动。但此技术主要是针对10us以内的抖动，对平滑误差、提高精度有一定帮助。但实际上，采用FPGA技术的合并单元发出的采样值抖动基本都在100ns以内，接收方是否采用锁相环意义不大。并且出现网络报文碰撞(尤其是SV和GOOSE报文共网)的情况，报文接收时间偏较大(可能到100us)，应用锁相环的方法不能满足插值要求。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，实现继电保护功能不依赖对时的变电站，同时也能满足插值要求。
本发明所要解决的技术问题采取以下技术方案来实现：
一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，所述方法包括：
满足前置条件，前置条件包括条件Ⅰ和条件Ⅱ，条件Ⅰ为SV发送是等间隔的，发送抖动误差小于10us；条件Ⅱ为在接收时钟计时的累计误差满足要求的时间内，间隔层装置一定能收到来自同一合并单元的至少连续3帧SV报文不被其他报文阻塞；
定义时标，其中，时标均基于装置内部时钟，以及确定接收SV报文的状态条件；
判断接收SV报文是否满足状态条件，确定接收SV报文状态；
根据接收SV报文状态满足的不同状态条件，具有不同的状态转移路径；
根据接收SV报文状态，分别计算各状态对应的插值时刻，并对各状态下的数据进行相应的处理，接收SV报文状态包括等间隔状态、曾经等间隔状态和不等间隔状态。
优选地，所述时标包括SV报文到达时刻、SV报文接收间隔、通道固定补偿时间、插值时刻序列、基准时标、两帧相邻SV报文接收间隔的平均值、自动累计的时钟、超时时间，其中，通道固定补偿时间由人工设定，基准时标由未被阻塞过的报文接收时刻得到，超时时间固定为20ms。
优选地，所述自动累计的时钟大于超时时间后保持，不在累计。
优选地，所述接收SV报文的状态条件包括条件A和条件B，条件A为收到连续3帧SV报文，其中，两个相邻的报文接收间隔应均小于10us；条件B为自动累计的时钟大于超时时间。
优选地，所述状态转移路径包括：等间隔状态保持、等间隔状态转移至曾经等间隔状态、曾经等间隔状态转移至等间隔状态、曾经等间隔状态转移至不等间隔状态，不等间隔状态转移至等间隔状态。
优选地，等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝0，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，n为第n帧SV报文，TC为人工设定的通道固定补偿时间，trtime为自动累计的时钟；
曾经等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n+m)＝trbase+TC+tscount*m，其中，tc(n+m)为插值时刻，trbase为等间隔状态下的基准时标，TC为人工设定的通道固定补偿时间，tscount为两帧相邻SV报文接收间隔的平均值，m为第m帧SV报文；
不等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝TRTIMEMAX+1，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，trtime为自动累计的时钟，TRTIMEMAX为超时时间。
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，提出“曾经等间隔状态”的概念，不要求网络报文不碰撞或极少碰撞，而是只要满足在一段时间内，一定能收到来自同一合并单元的至少连续3帧SV报文都是不被其他报文阻塞的，就可以完成基于插值方法的同步采样了。这种方法扩大了插值同步法的应用范围，具有更强的鲁棒性，适用于绝大多组网方式的智能变电站。
附图说明
图1为本发明提供的同步方法的流程图。
图2为本发明SV报文接收状态转移路径图。
具体实施方式
为了对本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
请参阅图1-2，本申请的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，提出“曾经等间隔状态”解决在不依赖对时的同时也能实现插值同步采样。
参阅图1，本申请提供不依赖对时的变电站过程层网络采样数据的同步方法，具体流程如下：
首先，满足前置条件，前置条件包括条件Ⅰ和条件Ⅱ，条件Ⅰ为SV发送是等间隔的，发送抖动误差小于10us；条件Ⅱ为在接收时钟计时的累计误差满足要求的时间内，间隔层装置一定能收到来自同一合并单元的至少连续3帧SV报文不被其他报文阻塞；
其次，定义时标，其中，时标均基于装置内部时钟，以及确定接收SV报文的状态条件；
然后，判断接收SV报文是否满足状态条件，确定接收SV报文状态，根据接收SV报文状态满足的不同状态条件，具有不同的状态转移路径；
最后，根据接收SV报文状态，分别计算各状态对应的插值时刻，并对各状态下的数据进行相应的处理，接收SV报文状态包括等间隔状态、曾经等间隔状态和不等间隔状态。
时标包括SV报文到达时刻、SV报文接收间隔、通道固定补偿时间、插值时刻序列、基准时标、两帧相邻SV报文接收间隔的平均值、自动累计的时钟、超时时间，具体定义符号如下：
tr(1),tr(2),…,tr(n)：SV报文到达时刻；
TR(1),TR(2),…,TR(n):SV报文接收间隔，TR(n)＝tr(n+1)-tr(n)；
TC：通道固定补偿时间，由人工设定；
tc(1),tc(2),…,tc(n)：插值时刻序列
trbase：基准时标，由未被阻塞过的报文接收时刻得到；
tscount：用装置内部时钟对两帧相邻的TR计数的平均值，即两帧相邻SV报文接收间隔的平均值；
trtime:自动累计的时钟；
TRTIMEMAX：超时时间，固定为20ms，trtime>TRTIMEMAX后保持，不再累计，防止溢出。
接收SV报文的状态条件包括条件A和条件B，条件A为收到连续3帧SV报文，其中，两个相邻的报文接收间隔应均小于10us；条件B为自动累计的时钟大于超时时间。
状态转移路径包括：等间隔状态保持、等间隔状态转移至曾经等间隔状态、曾经等间隔状态转移至等间隔状态、曾经等间隔状态转移至不等间隔状态，不等间隔状态转移至等间隔状态。根据接收SV报文是否满足条件A和条件B，将接收SV报文状态分别定义为：等间隔状态为状态1，曾经等间隔状态为状态2，不等间隔状态为状态3，三种状态转移路径具体如下，参阅图2：
路径①：在状态1，满足条件A，继续保留在状态1；
路径②：在状态1，不满足条件A，且不满足条件B，转移到状态2；
路径③：在状态2，满足条件A，转移到状态1；
路径④：在状态2，不满足条件A，且满足条件B，转移到状态3；
路径⑤：在状态3，满足条件A，转移到状态1。
三种状态下的插值时刻，及数据处理如下：
状态1：等间隔状态
记录:trbase＝tr(n+2)；置trtime＝0；
插值时刻：tc(n)＝trbase+TC；
状态2：曾经等间隔状态
沿用等间隔状态的trbase；
插值时刻：tc(n+m)＝trbase+TC+tscount*m；
此状态下判断是否丢帧的处理方法为：如果中间有TR大于(tscount+tscount/2)，认为丢1帧。
状态3：不等间隔状态
记录:trbase＝tr(n+2)；trtime＝TRTIMEMAX+1
插值时刻：tc(n)＝trbase+TC；
同时置SV不同步标识。
等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝0，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，n为第n帧SV报文，TC为人工设定的通道固定补偿时间，trtime为自动累计的时钟；
曾经等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n+m)＝trbase+TC+tscount*m，其中，tc(n+m)为插值时刻，trbase为等间隔状态下的基准时标，TC为人工设定的通道固定补偿时间，tscount为两帧相邻SV报文接收间隔的平均值，m为第m帧SV报文；
不等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝TRTIMEMAX+1，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，trtime为自动累计的时钟，TRTIMEMAX为超时时间。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应当了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，所述方法包括：
满足前置条件，前置条件包括条件Ⅰ和条件Ⅱ，条件Ⅰ为SV发送是等间隔的，发送抖动误差小于10us；条件Ⅱ为在接收时钟计时的累计误差满足要求的时间内，间隔层装置一定能收到来自同一合并单元的至少连续3帧SV报文不被其他报文阻塞；
定义时标，其中，时标均基于装置内部时钟，以及确定接收SV报文的状态条件；
判断接收SV报文是否满足状态条件，确定接收SV报文状态；
根据接收SV报文状态满足的不同状态条件，具有不同的状态转移路径；
根据接收SV报文状态，分别计算各状态对应的插值时刻，并对各状态下的数据进行相应的处理，接收SV报文状态包括等间隔状态、曾经等间隔状态和不等间隔状态。
2.根据权利要求1所述的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，所述时标包括SV报文到达时刻、SV报文接收间隔、通道固定补偿时间、插值时刻序列、基准时标、两帧相邻SV报文接收间隔的平均值、自动累计的时钟、超时时间，其中，通道固定补偿时间由人工设定，基准时标由未被阻塞过的报文接收时刻得到，超时时间固定为20ms。
3.根据权利要求2所述的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，所述自动累计的时钟大于超时时间后保持，不在累计。
4.根据权利要求3所述的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，所述接收SV报文的状态条件包括条件A和条件B，条件A为收到连续3帧SV报文，其中，两个相邻的报文接收间隔应均小于10us；条件B为自动累计的时钟大于超时时间。
5.根据权利要求1所述的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，所述状态转移路径包括：等间隔状态保持、等间隔状态转移至曾经等间隔状态、曾经等间隔状态转移至等间隔状态、曾经等间隔状态转移至不等间隔状态，不等间隔状态转移至等间隔状态。
6.根据权利要求1或2所述的一种不依赖对时的过程层网络采样数据的同步采集方法，其特征在于，
等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝0，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，n为第n帧SV报文，TC为人工设定的通道固定补偿时间，trtime为自动累计的时钟；
曾经等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n+m)＝trbase+TC+tscount*m，其中，tc(n+m)为插值时刻，trbase为等间隔状态下的基准时标，TC为人工设定的通道固定补偿时间，tscount为两帧相邻SV报文接收间隔的平均值，m为第m帧SV报文；
不等间隔状态下的插值时刻计算公式为：tc(n)＝trbase+TC，其中，trbase＝tr(n+2)，trtime＝TRTIMEMAX+1，tc(n)为插值时刻，trbase为基准时标，tr(n+2)为第n+2帧SV报文到达时刻，trtime为自动累计的时钟，TRTIMEMAX为超时时间。
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