專利名稱：一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力自動(dòng)化領(lǐng)域的系統(tǒng)方法，具體涉及一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法。
背景技術(shù)：
IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的使用推動(dòng)了過(guò)程層總線技術(shù)的發(fā)展，并促進(jìn)變電站網(wǎng)絡(luò)通信從串口連接、現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)展為以太網(wǎng)傳輸，極大地提高了變電站通信的整體水平，由于采樣數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸后可以實(shí)現(xiàn)全站數(shù)據(jù)共享，有效減少變電站復(fù)雜的電纜接線，不僅有利于簡(jiǎn)化全站結(jié)構(gòu)，同時(shí)還能有效降低變電站的建設(shè)成本，更為重要的能夠推動(dòng)變電站高級(jí)應(yīng)用功能的發(fā)展，進(jìn)一步提聞變電站的總體水平。 在數(shù)字化變電站建設(shè)階段，由于對(duì)采樣同步、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、采樣接收處理等各領(lǐng)域技術(shù)成熟度不高，網(wǎng)絡(luò)采樣雖然得到了試點(diǎn)應(yīng)用但總體效果并不理想，采樣數(shù)據(jù)的同步和網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲給保護(hù)測(cè)控裝置帶來(lái)了巨大影響，尤其是經(jīng)常出現(xiàn)的采樣報(bào)文丟失或者延遲達(dá)至IJ，保護(hù)裝置都未能進(jìn)行有效處理。因此，網(wǎng)絡(luò)采樣在試點(diǎn)之后并未得到有效推廣。2009年5月，隨著國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)規(guī)劃的提出，智能變電站的發(fā)展建設(shè)成為變電站今后的發(fā)展的目標(biāo)，而變電站智能化水平的體現(xiàn)則主要集中在基于變電站全站數(shù)據(jù)共享的高級(jí)應(yīng)用上，而實(shí)現(xiàn)這一問(wèn)題的關(guān)鍵則在于變電站內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)采樣。從智能變電站試點(diǎn)工程建設(shè)的情況來(lái)看，大多數(shù)站仍然采用了傳統(tǒng)的電纜連接，雖然也有不少試點(diǎn)工程采用了網(wǎng)絡(luò)采樣，但僅限于測(cè)控裝置，保護(hù)裝置對(duì)網(wǎng)絡(luò)采樣仍然處于懷疑的狀態(tài)，且其采用通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行連接，不僅增加了全站設(shè)計(jì)的難度和復(fù)雜程度，同時(shí)也增加了總體投入，不利于智能變電站今后的發(fā)展建設(shè)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)當(dāng)前變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采樣應(yīng)用存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，該方法能夠解決網(wǎng)絡(luò)采樣的對(duì)時(shí)同步問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)問(wèn)題以及對(duì)報(bào)文丟失或者延遲后數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性，有效提高采樣同步精度和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，同時(shí)還能夠有效應(yīng)對(duì)在采樣報(bào)文丟失或者延遲等情況下保護(hù)、測(cè)控裝置的處理問(wèn)題，能夠有效指導(dǎo)變電站建設(shè)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)在變電站內(nèi)的應(yīng)用。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其改進(jìn)之處在于，所述方法包括下述步驟( I)采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)；(2)采樣發(fā)送環(huán)節(jié)的等間隔傳輸；(3)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；(4)采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。
其中，所述步驟(I)中，所述高精度同步對(duì)時(shí)包括網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)、高精度同步采樣時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)和高精度守時(shí)電路設(shè)計(jì)。其中，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)采樣裝置(采樣裝置就是變電站中的合并單元，其實(shí)現(xiàn)是基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的，即采用支撐IEEE158標(biāo)準(zhǔn)的CPU或者德州儀器TI的DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片)內(nèi)部CPU或者DP 83640網(wǎng)絡(luò)芯片(CPU或者DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片均支持IEEE1588標(biāo)準(zhǔn))的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)采樣裝置亞微妙級(jí) 的對(duì)時(shí)精度。其中，所述高精度同步采樣時(shí)鐘電路采用恒溫晶振和FPGA的配合(恒溫晶振主要是用來(lái)確保時(shí)鐘運(yùn)行的準(zhǔn)確性，F(xiàn)PGA用來(lái)定時(shí)發(fā)送采樣脈沖給電子式互感器，而其發(fā)送的頻率是通過(guò)晶振進(jìn)行擴(kuò)頻的，即電網(wǎng)的頻率只有50Hz，每一個(gè)周波20ms，但實(shí)際采樣頻率可能4000Hz/周波，晶振就是用來(lái)保證這4000Hz的精準(zhǔn)性，盡量減小其兩次采樣脈沖之間的離散性)；所述高精度守時(shí)電路采用采樣裝置時(shí)鐘與外部時(shí)鐘的偏差并通過(guò)所述恒溫晶振進(jìn)行補(bǔ)償。其中，所述步驟(2)中，采樣數(shù)據(jù)的發(fā)送環(huán)節(jié)采用DSP-FPGA-VxWorks相結(jié)合的方式，F(xiàn)PGA發(fā)送采樣脈沖并接受電子式互感器返回的原始采樣數(shù)據(jù)，之后FPGA將其寫入CPU，原始采樣數(shù)據(jù)基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的組包處理在CPU的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中完成，之后將采樣報(bào)文寫入DSP與FPGA的雙口 RAM中，DSP利用其定時(shí)中斷定時(shí)讀取雙口 RAM的報(bào)文后發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；所述VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入在所述CPU中。其中，所述步驟(3)中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)包括I)采樣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用百兆網(wǎng)口，各百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)再通過(guò)星型網(wǎng)絡(luò)接入千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備；所述采樣裝置是百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備；2)所述采樣網(wǎng)絡(luò)分別通過(guò)所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口接入設(shè)備的不同各劃分VLAN，減少各端口轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)換采樣報(bào)文的數(shù)量，降低報(bào)文隊(duì)列延時(shí)；或整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)也可通過(guò)IEEE802. lak-2007標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多播報(bào)文注冊(cè)協(xié)議MMRP實(shí)現(xiàn)VLAN的自動(dòng)劃分，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的動(dòng)態(tài)加入和退出。其中，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟蓸訄?bào)文遵循IEEE802. IP標(biāo)準(zhǔn)，采樣報(bào)文中采用優(yōu)先級(jí)設(shè)置，且將采樣報(bào)文的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為4。其中，整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)遵循IEC62439標(biāo)準(zhǔn)，采用冗余通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PRP對(duì)整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。其中，所述步驟(4)中，采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理包括A、當(dāng)采樣設(shè)備處于時(shí)間同步狀態(tài)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照接收的順序分別填寫接收設(shè)備各采樣數(shù)據(jù)通道的緩沖區(qū)；或當(dāng)采樣設(shè)備失去外部對(duì)時(shí)同步時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照采樣點(diǎn)號(hào)進(jìn)行排列，并以相同米樣點(diǎn)號(hào)對(duì)同一時(shí)間序列(及同一時(shí)刻或同一時(shí)間段)米樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；B、當(dāng)采樣報(bào)文統(tǒng)一對(duì)齊以后，會(huì)將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32點(diǎn)/周波進(jìn)行快速傅里葉計(jì)算，獲取采樣數(shù)據(jù)的有效值。其中，當(dāng)采樣報(bào)文由于網(wǎng)絡(luò)原因(交換機(jī)故障、網(wǎng)絡(luò)堵塞等)導(dǎo)致個(gè)別采樣報(bào)文丟失或者延遲到達(dá)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)采用三階拉格朗日拋物線插值法進(jìn)行插值計(jì)算，將插值計(jì)算后的計(jì)算值作為丟失點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)或者延時(shí)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)。其中，當(dāng)連續(xù)10個(gè)采樣間隔的采樣報(bào)文未收到時(shí)，接收設(shè)備將采樣通道置為異常并告警，對(duì)于保護(hù)裝置(保護(hù)裝置是采樣接收裝置的一種)則同時(shí)閉鎖與此采樣值相關(guān)的保護(hù)功能，對(duì)于測(cè)控裝置(測(cè)控裝置是采樣接收裝置的一種)則將該采樣數(shù)據(jù)設(shè)置為最后接收到的采樣數(shù)據(jù)，并保持不變。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明達(dá)到的有益效果是I、本發(fā)明提供一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，該方法在采樣環(huán)節(jié)通過(guò)高精度對(duì)時(shí)，確保采樣數(shù)據(jù)與采樣時(shí)間的高度同步；在采樣發(fā)送環(huán)節(jié)通過(guò)等間隔發(fā)送，減少數(shù)據(jù)發(fā)送延遲；在網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)；在數(shù)據(jù)接收環(huán)節(jié)進(jìn)行重采樣。其中采樣環(huán)節(jié)包括IEEE1588高精度對(duì)時(shí)、高精度采樣時(shí)鐘設(shè)計(jì)以及高精度守 時(shí)電路設(shè)計(jì)；發(fā)送環(huán)節(jié)采用DSP-FPGA-VxWorks的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的等間隔發(fā)送；網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)通過(guò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、PRP雙網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)、報(bào)文優(yōu)先級(jí)、VLAN劃分和MMRP協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化；采樣接收環(huán)節(jié)包括對(duì)正常數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)丟失、延遲及異常的處理。采用本發(fā)明所述的方法，能夠從系統(tǒng)層面統(tǒng)一考慮，提高采樣同步精度，減少網(wǎng)絡(luò)延遲，并能夠?qū)Σ蓸赢惓Ｇ闆r下的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，能夠有效提高變電站網(wǎng)絡(luò)化水平和網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)在變電站的廣泛應(yīng)用，提高變電站的智能化水平。2、本發(fā)明提供的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，能夠從系統(tǒng)層面統(tǒng)一考慮，解決網(wǎng)絡(luò)采樣的對(duì)時(shí)同步問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)問(wèn)題以及對(duì)報(bào)文丟失或者延遲后數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性，有效提高采樣同步精度和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，同時(shí)還能夠有效應(yīng)對(duì)在采樣報(bào)文丟失或者延遲等情況下保護(hù)、測(cè)控裝置的處理問(wèn)題，能夠有效指導(dǎo)變電站建設(shè)。


圖I是本發(fā)明提供的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法流程圖；圖2是本發(fā)明提供的采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)的流程圖；圖3是本發(fā)明提供的對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程圖；圖4是本發(fā)明提供的采樣數(shù)據(jù)的接收處理流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法流程圖如圖I所示，該方法包括下述步驟(I)采樣環(huán)節(jié)的高精度對(duì)時(shí)，確保采樣裝置時(shí)間與外部時(shí)鐘的高度同步；采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)包含三個(gè)方面，分別是基于IEEE1588的網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)、高精度同步采樣時(shí)鐘的設(shè)計(jì)、高精度守時(shí)電路的設(shè)計(jì)，本發(fā)明提供的采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)的流程圖如圖2所示，具體如下①采樣環(huán)節(jié)的外部對(duì)時(shí)基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)采樣裝置(采樣裝置就是變電站中的合并單元，其實(shí)現(xiàn)是基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的，即采用支撐IEEE158標(biāo)準(zhǔn)的CPU或者德州儀器TI的DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片)內(nèi)部CPU或者DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片(CPU或者DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片均支持IEEE1588標(biāo)準(zhǔn))的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)采樣裝置亞微妙級(jí)的對(duì)時(shí)精度。②采樣裝置的同步采樣時(shí)鐘采樣恒溫晶振和FPGA (恒溫晶振主要是用來(lái)確保時(shí)鐘運(yùn)行的準(zhǔn)確性，F(xiàn)PGA用來(lái)定時(shí)發(fā)送采樣脈沖給電子式互感器，而其發(fā)送的頻率是通過(guò)晶振進(jìn)行擴(kuò)頻的，即電網(wǎng)的頻率只有50Hz，每一個(gè)周波20ms，但實(shí)際采樣頻率可能4000Hz/周波，晶振就是用來(lái)保證這4000Hz的精準(zhǔn)性，盡量減小其兩次采樣脈沖之間的離散性)的配合，能有效提高采樣脈沖發(fā)送的準(zhǔn)確性，減少采樣脈沖發(fā)送的離散型。通過(guò)計(jì)算采樣裝置時(shí)鐘與外部時(shí)鐘的偏差，利用恒溫晶振進(jìn)行補(bǔ)償，確保采樣裝置在外部對(duì)時(shí)信號(hào)丟失后能在2小時(shí)內(nèi)進(jìn)行守時(shí)，確保時(shí)鐘誤差仍然保持在Ius以內(nèi)。(2)采樣發(fā)送環(huán)節(jié)的等間隔發(fā)送，減少數(shù)據(jù)發(fā)送延遲；采樣數(shù)據(jù)的發(fā)送環(huán)節(jié)采用DSP-FPGA-VxWorks相結(jié)合的方式，F(xiàn)PGA發(fā)送采樣脈沖并接受電子式互感器返回的原始采樣數(shù)據(jù)，之后FPGA將其寫入CPU，原始采樣數(shù)據(jù)基于 IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的組包處理在CPU的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中完成，之后將采樣報(bào)文寫A DSP與FPGA的雙口 RAM中，DSP利用其定時(shí)中斷定時(shí)讀取雙口 RAM的報(bào)文后發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入在CPU中。(3)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)；本發(fā)明提供的對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程圖如圖3所示，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)包括I)采樣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用百兆網(wǎng)口，各百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)再通過(guò)星型網(wǎng)絡(luò)接入千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備；所述采樣裝置是百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備；2)所述采樣網(wǎng)絡(luò)分別通過(guò)所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口接入設(shè)備的不同各劃分VLAN (百兆交換機(jī)和千兆交換機(jī)共同組成了一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)，VLAN的換分是針對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備的，存在接入不同百兆交換機(jī)的合并單元可能會(huì)組成一個(gè)VLANjP其連接就包含千兆交換機(jī))，減少各端口轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)換采樣報(bào)文的數(shù)量，降低報(bào)文隊(duì)列延時(shí)；或整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)也可通過(guò)IEEE802. lak-2007標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多播報(bào)文注冊(cè)協(xié)議MMRP實(shí)現(xiàn)VLAN的自動(dòng)劃分，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的動(dòng)態(tài)加入和退出?；诰W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟蓸訄?bào)文遵循IEEE802. IP標(biāo)準(zhǔn)，采樣報(bào)文中采用優(yōu)先級(jí)設(shè)置，且將采樣報(bào)文的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為4。整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)遵循IEC62439標(biāo)準(zhǔn)，采用冗余通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PRP對(duì)整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。(4)采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理；本發(fā)明提供的采樣數(shù)據(jù)的接收處理流程圖如圖4所示，采樣接收設(shè)備(采樣接收設(shè)備主要指保護(hù)裝置和測(cè)控裝置)對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理包括A、當(dāng)采樣設(shè)備處于時(shí)間同步狀態(tài)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照接收的順序分別填寫接收設(shè)備各采樣數(shù)據(jù)通道的緩沖區(qū)；或當(dāng)采樣設(shè)備失去外部對(duì)時(shí)同步時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照采樣點(diǎn)號(hào)進(jìn)行排列，并以相同米樣點(diǎn)號(hào)對(duì)同一時(shí)間序列(及同一時(shí)刻或同一時(shí)間段)米樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
B、當(dāng)采樣報(bào)文統(tǒng)一對(duì)齊以后，會(huì)將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32點(diǎn)/周波進(jìn)行快速傅里葉計(jì)算，獲取采樣數(shù)據(jù)的有效值。其中，當(dāng)采樣報(bào)文由于網(wǎng)絡(luò)原因(交換機(jī)故障、網(wǎng)絡(luò)堵塞等)導(dǎo)致個(gè)別采樣報(bào)文丟失或者延遲到達(dá)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)采用三階拉格朗日拋物線插值法進(jìn)行插值計(jì)算，將插值計(jì)算后的計(jì)算值作為丟失點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)或者延時(shí)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)。其中，當(dāng)連續(xù)10個(gè)采樣間隔的采樣報(bào)文未收到時(shí)，接收設(shè)備將采樣通道置為異常并告警，對(duì)于保護(hù)裝置(保護(hù)裝置是采樣接收裝置的一種)則同時(shí)閉鎖與此采樣值相關(guān)的保護(hù)功能，對(duì)于測(cè)控裝置(測(cè)控裝置是采樣接收裝置的一種)則將該采樣數(shù)據(jù)設(shè)置為最后接收到的采樣數(shù)據(jù)，并保持不變。本發(fā)明就是針對(duì)當(dāng)前變電站內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)采樣應(yīng)用存在的問(wèn)題，利用現(xiàn)有的工程經(jīng)驗(yàn)以及最新技術(shù)，提出了一種提高變電站網(wǎng)路采樣可靠性的系統(tǒng)方法，能夠有效解決網(wǎng)絡(luò)采樣的對(duì)時(shí)同步問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)問(wèn)題以及對(duì)報(bào)文丟失或者延遲后數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性，有效提高采樣同步精度和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，同時(shí)還能夠有 效應(yīng)對(duì)在采樣報(bào)文丟失或者延遲等情況下保護(hù)、測(cè)控裝置的處理問(wèn)題，能夠有效指導(dǎo)變電站建設(shè)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)在變電站內(nèi)的應(yīng)用。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述方法包括下述步驟 (1)采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)； (2)采樣發(fā)送環(huán)節(jié)的等間隔傳輸； (3)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)； (4)采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。
2.如權(quán)利要求I所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述步驟(I)中，所述高精度同步對(duì)時(shí)包括網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)、高精度同步采樣時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)和高精度守時(shí)電路設(shè)計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)基于IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)采樣裝置內(nèi)部CPU或者DP83640網(wǎng)絡(luò)芯片的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)采樣裝置亞微妙級(jí)的對(duì)時(shí)精度。
4.如權(quán)利要求2所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述高精度同步采樣時(shí)鐘電路采用恒溫晶振和FPGA的配合；所述高精度守時(shí)電路采用采樣裝置時(shí)鐘與外部時(shí)鐘的偏差并通過(guò)所述恒溫晶振進(jìn)行補(bǔ)償。
5.如權(quán)利要求I所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述步驟(2)中，采樣數(shù)據(jù)的發(fā)送環(huán)節(jié)采用DSP-FPGA-VxWorks相結(jié)合的方式，F(xiàn)PGA發(fā)送采樣脈沖并接受電子式互感器返回的原始采樣數(shù)據(jù)，之后FPGA將其寫入CPU，原始采樣數(shù)據(jù)基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的組包處理在CPU的VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中完成，之后將采樣報(bào)文寫A DSP與FPGA的雙口 RAM中，DSP利用其定時(shí)中斷定時(shí)讀取雙口 RAM的報(bào)文后發(fā)送采樣數(shù)據(jù)； 所述VxWorks實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入在所述CPU中。
6.如權(quán)利要求I所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述步驟(3)中，對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)包括 1)采樣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用百兆網(wǎng)口，各百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)再通過(guò)星型網(wǎng)絡(luò)接入千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備；所述采樣裝置是百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的接入設(shè)備； 2)所述采樣網(wǎng)絡(luò)分別通過(guò)所述百兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)端口接入設(shè)備的不同各劃分VLAN，減少各端口轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)換采樣報(bào)文的數(shù)量，降低報(bào)文隊(duì)列延時(shí)；或 整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)也可通過(guò)IEEE802. lak-2007標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)多播報(bào)文注冊(cè)協(xié)議MMRP實(shí)現(xiàn)VLAN的自動(dòng)劃分，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的動(dòng)態(tài)加入和退出。
7.如權(quán)利要求6所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟蓸訄?bào)文遵循IEEE802. IP標(biāo)準(zhǔn)，采樣報(bào)文中采用優(yōu)先級(jí)設(shè)置，且將采樣報(bào)文的優(yōu)先級(jí)設(shè)置為4。
8.如權(quán)利要求6所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)遵循IEC62439標(biāo)準(zhǔn)，采用冗余通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議PRP對(duì)整個(gè)采樣網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。
9.如權(quán)利要求I所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，所述步驟(4)中，采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理包括 A、當(dāng)采樣設(shè)備處于時(shí)間同步狀態(tài)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照接收的順序分別填寫接收設(shè)備各采樣數(shù)據(jù)通道的緩沖區(qū)；或 當(dāng)采樣設(shè)備失去外部對(duì)時(shí)同步時(shí)，接收設(shè)備會(huì)按照采樣點(diǎn)號(hào)進(jìn)行排列，并以相同采樣點(diǎn)號(hào)對(duì)同一時(shí)間序列采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理； B、當(dāng)采樣報(bào)文統(tǒng)一對(duì)齊以后，會(huì)將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成32點(diǎn)/周波進(jìn)行快速傅里葉計(jì)算，獲取采樣數(shù)據(jù)的有效值。
10.如權(quán)利要求9所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，當(dāng)采樣報(bào)文由于網(wǎng)絡(luò)原因?qū)е聜€(gè)別采樣報(bào)文丟失或者延遲到達(dá)時(shí)，接收設(shè)備會(huì)采用三階拉格朗日拋物線插值法進(jìn)行插值計(jì)算，將插值計(jì)算后的計(jì)算值作為丟失點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)或者延時(shí)點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)。
11.如權(quán)利要求9所述的提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，其特征在于，當(dāng)連續(xù)10個(gè)采樣間隔的采樣報(bào)文未收到時(shí)，接收設(shè)備將采樣通道置為異常并告警，對(duì)于保護(hù)裝置則同時(shí)閉鎖與此采樣值相關(guān)的保護(hù)功能，對(duì)于測(cè)控裝置則將該采樣數(shù)據(jù)設(shè)置為最后接收到的采樣數(shù)據(jù)，并保持不變。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高變電站網(wǎng)絡(luò)采樣可靠性的系統(tǒng)方法，該方法包括下述步驟(1)采樣環(huán)節(jié)的高精度同步對(duì)時(shí)；(2)采樣發(fā)送環(huán)節(jié)的等間隔傳輸；(3)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；(4)采樣接收設(shè)備對(duì)接收的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理。該方法能夠從系統(tǒng)層面統(tǒng)一考慮，解決網(wǎng)絡(luò)采樣的對(duì)時(shí)同步問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)問(wèn)題以及對(duì)報(bào)文丟失或者延遲后數(shù)據(jù)的處理問(wèn)題，不僅能夠提高網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性，有效提高采樣同步精度和降低網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)，同時(shí)還能夠有效應(yīng)對(duì)在采樣報(bào)文丟失或者延遲等情況下保護(hù)、測(cè)控裝置的處理問(wèn)題，能夠有效指導(dǎo)變電站建設(shè)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)采樣技術(shù)在變電站內(nèi)的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04L12/24GK102801557SQ20121026523
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者樊陳, 徐歆, 姚志強(qiáng), 倪益民, 竇仁暉, 趙東坡 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司