本发明涉及一种智能变电站的数据采集方法，特别是一种母线电压合并单元的电压数据采样选择方法。
背景技术：
随着智能电网的发展，为了保障智能电网运行的可靠性、安全性，智能电网中智能变电站合并单元承担着越来越重要的角色。在采用合并单元的110kV智能变电站中，110kV主变高压侧间隔合并单元(主变高压侧间隔合并单元)、110kV主变保护装置(主变保护)、110kV母线电压合并单元(母线电压合并单元)均为双重化配置，110kV线路间隔合并单元(线路间隔合并单元)、110kV线路保护装置(线路保护)均为单套配置。现有技术的主变高压侧间隔合并单元与母线电压合并单元配合方式为：
1.第一套主变高压侧间隔合并单元通过直连光纤级联接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据，与第一套主变高压侧间隔合并单元采样的电流采样数据合并后，将电压电流采样数据通过直连光纤传输至第一套主变保护，同时将电压电流采样数据通过过程层网络交换机传输至网络分析仪及故障录波装置。第二套主变高压侧间隔合并单元通过直连光纤级联接收第二套母线电压合并单元的电压采样数据，与第二套主变高压侧间隔合并单元采样的电流采样数据合并后，将电压电流采样数据通过直连光纤传输至第二套主变保护，同时将电压电流采样数据通过过程层网络交换机传输至网络分析仪及故障录波装置。
2.线路间隔合并单元通过直连光纤级联接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据，与自身采样的电流采样数据合并后，将电压电流采样数据通过直连光纤传输至线路保护，同时将电压电流采样数据通过过程层网络交换机传输至网络分析仪及故障录波装置。
上述传递电压电流采样数据方法中，主变高压侧间隔合并单元、母线电压合并单元、主变保护均为双重化配置，当单套母线电压合并单元出现异常时，仅影响对应级联接收该套母线电压合并单元的电压采样数据的主变保护，另一套主变保护仍可继续运行，无需将主变压器停电。线路间隔合并单元、线路保护为单套配置，线路间隔合并单元仅级联接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据，当第一套母线电压合并单元出现异常时，110kV的所有线路保护的保护功能均受到影响，按继电保护运行规程要求，一次设备不允许无保护运行，此时需将全站110kV线路间隔停电，影响供电可靠性及稳定性。
此外，母线电压合并单元为公共设备，所有挂接在同一母线电压合并单元上的线路间隔合并单元均使用独立光纤接口通过光纤与同一母线电压合并单元连接，导致母线电压合并单元光纤接口数量及其连接光纤数量繁多，母线电压合并单元发热过大，不利于母线电压合并单元的设备稳定可靠运行。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种智能变电站基于延时可测交换机的母线电压采样选择方法，要解决的技术问题是提高线路保护装置的运行可靠稳定性。
本发明采用以下技术方案：一种智能变电站基于延时可测交换机的母线电压采样选择方法，包括以下步骤：
一、设置延时可测交换机，建立第一套主变高压侧间隔合并单元经延时可测交换机与第一套母线电压合并单元级联连接，第二套主变高压侧间隔合并单元经延时可测交换机与第二套母线电压合并单元级联连接，1～n个线路间隔合并单元分别经延时可测交换机与第一套母线电压合并单元和第二套母线电压合并单元级联连接，所述n为线路间隔合并单元的数量；
二、延时可测交换机接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据报文、第二套母线电压合并单元的电压采样数据报文，分别计算电压采样数据报文通过延时可测交换机的传输时间，将传输时间分别写入所传输的电压采样数据报文中；
三、双重化配置的主变高压侧间隔合并单元使用延时可测交换机的组网端口分别级联接收双重化配置的母线电压合并单元的电压采样数据，单套配置的1～n个线路间隔合并单元使用延时可测交换机的1～n个组网端口级联接收双重化配置的两套母线电压合并单元的电压采样数据，线路间隔合并单元选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据；
四、主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元将电压采样数据分别与各自采集的电流采样数据合并，通过组网端口将合并后的电压电流采样数据的报文经延时可测交换机传输至网络分析仪及故障录波装置，所述传输电压电流采样数据的组网端口与级联接收电压采样数据的组网端口为同一组网端口。
本发明的主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元将电压电流采样数据通过直连光纤分别传输至主变保护装置和线路保护装置。
本发明的步骤三线路间隔合并单元选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据前，检测两套母线电压合并单元的电压采样数据报文的品质有效性标志、等间隔性和链路通信状态；所述电压采样数据的品质有效性标志按IEC61850-9-2中规定的标志报文中的品质有效性状态位，状态位标志为“0”时，判定该报文有效；所述电压采样数据的等间隔性为连续两帧报文时间间隔在290μs～310μs范围内，判定电压采样数据满足等间隔要求；所述链路通信中无丢帧、通信无中断现象，为链路通信状态正常。
本发明的电压采样数据的品质有效性标志按IEC61850-9-2中规定的标志报文中的品质有效性状态位，状态位标志为“1”时，判定该报文无效；所述电压采样数据的等间隔性为连续两帧报文时间间隔在290μs～310μs范围外，不满足等间隔要求；所述链路通信中丢帧、通信中断，为链路通信状态异常。
本发明的线路间隔合并单元按每秒4000帧报文的速率检测接收到的两套母线电压合并单元的电压采样数据。
本发明的步骤三线路间隔合并单元选择的步骤为：
(1)两套母线电压合并单元的电压采样数据报文均有效，等间隔性均满足要求，链路通信状态均正常时，线路间隔合并单元默认选择第一套母线电压合并单元的电压采样数据；
(2)线路间隔合并单元选择使用第一套母线电压合并单元的电压采样数据后，运行过程中检测到第一套母线电压合并单元的电压采样数据报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，检测第二套母线电压合并单元的电压采样数据的报文有效，等间隔性满足要求，链路通信状态正常，线路间隔合并单元切换到使用第二套母线电压合并单元的电压采样数据；
(3)两套母线电压合并单元的电压采样数据均异常，报文均无效、等间隔性均不满足要求或链路通信状均态异常时，线路间隔合并单元不选择任一套母线电压合并单元的电压采样数据。
本发明的线路间隔合并单元选择使用第一套母线电压合并单元的电压采样数据后，运行过程中检测到第一套母线电压合并单元的电压采样数据报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，检测第二套母线电压合并单元的电压采样数据报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，线路间隔合并单元不选择任一套母线电压合并单元的电压采样数据。
本发明的第一套主变高压侧间隔合并单元与第一套主变保护装置经直连光纤连接，第二套主变高压侧间隔合并单元与第二套主变保护装置经直连光纤连接，1～n个线路间隔合并单元分别与1～n个线路保护装置经直连光纤连接。
本发明的母线电压合并单元为110kV母线电压合并单元，主变高压侧间隔合并单元为110kV主变高压侧间隔合并单元，线路间隔合并单元为110kV线路间隔合并单元，主变保护装置为110kV主变保护装置，线路保护装置为110kV线路保护装置。
本发明与现有技术相比，采用延时可测交换机，组网端口复用，大大减少了现场主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元和母线电压合并单元光纤接口数量和连接光纤的数量，降低了母线电压合并单元发热和功耗，单套配置的线路间隔合并单元选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据，当线路间隔合并单元使用的母线电压合并单元的电压采样数据出现异常时，线路间隔合并单元能快速判断并切换使用另一套母线电压合并单元的电压采样数据，避免了因母线电压合并单元异常影响全变电站同一电压等级线路保护正常运行而引起的停电，极大的提高变电站设备运行的稳定性和供电可靠性，降低因母线电压合并单元异常引起一次设备停电的风险，可广泛应用于110kV电压等级的智能变电站。
附图说明
图1是本发明的智能变电站合并单元级联配置网络拓扑图。
具体实施方式
本发明的智能变电站基于延时可测交换机的母线电压采样选择方法，用于110kV智能变电站(智能变电站)，包括以下步骤：
一、智能变电站设置延时可测交换机，如图1所示，延时可测交换机连接第一套母线电压合并单元、第二套母线电压合并单元、第一套主变高压侧间隔合并单元、第二套主变高压侧间隔合并单元和1～n个线路间隔合并单元。建立第一套主变高压侧间隔合并单元经延时可测交换机与第一套母线电压合并单元级联连接，第二套主变高压侧间隔合并单元经延时可测交换机与第二套母线电压合并单元级联连接，1～n个线路间隔合并单元分别经延时可测交换机与第一套母线电压合并单元和第二套母线电压合并单元级联连接。n为智能变电站中110kV线路间隔合并单元的数量。
第一套主变高压侧间隔合并单元与第一套主变保护经直连光纤连接，第二套主变高压侧间隔合并单元与第二套主变保护经直连光纤连接，1～n个线路间隔合并单元分别与1～n个线路保护经直连光纤连接。
延时可测交换机连接有网络分析仪及故障录波装置，用于对延时可测交换机网络中传输的SV、GOOSE报文进行记录和分析。
二、延时可测交换机接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据报文、第二套母线电压合并单元的电压采样数据报文，分别计算电压采样数据报文通过延时可测交换机的传输时间，将计算获得的传输时间分别写入所传输的电压采样数据报文中，接收电压采样数据报文的主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元获得延时可测交换机发出电压采样数据报文的时间。
延时可测交换机的工作过程为：对于符合IEEE802.3标准的采样值SV的采样数据报文，延时可测交换机内部的现场可编程门阵列FPGA记录采样数据报文帧的第1个比特Bit进入延可测交换机入口端的时刻Tr、该帧报文第1个Bit从延时可测交换机出口端发出的时刻Tt，时间戳精度为纳秒级，FPGA计算出此帧报文在延时可测交换机的驻留时间Δt＝Tt-Tr，将此驻留延时Δt写入SV报文内的保留位2(Reserved2)中，存储方法是将该值转化为二进制数值，由最低位向最高位依次传输时延数值。
主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元记录下接收的每帧电压采样数据报文准确的到达时间tR，根据采样数据报文的到达时间tR，对应接收母线电压合并单元输出的电压采样数据额定延迟时间td，经过延时可测交换机的驻留时间Δt，采取二次插值的算法还原出电压采样数据原始采样时刻tS＝tR-td-Δt，实现与电压采样数据时间同步。采样这种处理方式，主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元接收母线电压合并单元的电压采样数据，等同于通过光纤直接连接的方式，实现母线电压合并单元的电压采样数据经过延时可测交换机传输时不依赖于同步时钟，用以实现主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元的组网端口复用。
三、主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元使用组网端口通过延时可测交换机级联接收母线电压合并单元的电压采样数据。
双重化配置的主变高压侧间隔合并单元，使用组网端口通过延时可测交换机级联接收相对应的母线电压合并单元的电压采样数据，第一套主变高压侧间隔合并单元级联接收第一套母线电压合并单元的电压采样数据，第二套主变高压侧间隔合并单元级联接收第二套母线电压合并单元的电压采样数据。
单套配置的线路间隔合并单元，使用组网端口通过延时可测交换机同时级联接收双重化配置的两套母线电压合并单元的电压采样数据，由线路间隔合并单元判断选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据。
判断方法为：线路间隔合并单元按每秒4000帧报文的速率检测接收到的两套母线电压合并单元的电压采样数据报文的品质有效性标志、等间隔性和链路通信状态。
电压采样数据的品质有效性标志按IEC61850-9-2中规定的标志报文中的品质有效性状态位，状态位标志为“0”时，判定该报文有效，状态位标志为“1”时，判定该报文无效。
电压采样数据的等间隔性为连续两帧报文时间间隔在290μs～310μs范围内，判定电压采样数据满足等间隔要求，连续两帧报文时间间隔在290μs～310μs范围外，判定电压采样数据不满足等间隔要求。
链路通信中无丢帧、通信无中断现象，为链路通信状态正常，链路通信中丢帧、通信中断，为链路通信状态异常。
选择的步骤为：
(1)初始，当两套母线电压合并单元的电压采样数据正常，报文均有效，等间隔性均满足要求，链路通信状态均正常时，线路间隔合并单元默认选择使用第一套母线电压合并单元的电压采样数据。
线路间隔合并单元选择了一套母线电压合并单元的电压采样数据后，一直使用该套母线电压合并单元的电压采样数。
(2)当线路间隔合并单元选择使用第一套母线电压合并单元的电压采样数据后，运行过程中检测到第一套母线电压合并单元的电压采样数据异常，报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，检测第二套母线电压合并单元的电压采样数据的报文的品质有效性标志、等间隔性和链路通信状态，若第二套母线电压合并单元的电压采样数据正常，报文有效，等间隔性满足要求，链路通信状态正常，线路间隔合并单元切换到选择使用第二套母线电压合并单元的电压采样数据。要是第二套母线电压合并单元的电压采样数据也异常，报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，线路间隔合并单元不选择使用任一套母线电压合并单元的电压采样数据。
当线路间隔合并单元选择使用第二套母线电压合并单元的电压采样数据后，运行过程中检测到第二套母线电压合并单元的电压采样数据异常，报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，检测第一套母线电压合并单元的电压采样数据的报文的品质有效性标志、等间隔性和链路通信状态，若第一套母线电压合并单元的电压采样数据正常，报文均有效，等间隔性均满足要求，链路通信状态正常，线路间隔合并单元切换到选择使用第一套母线电压合并单元的电压采样数据。要是第一套母线电压合并单元的电压采样数据也异常，报文无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态不正常时，线路间隔合并单元不选择使用任一套母线电压合并单元的电压采样数据。
(3)当两套母线电压合并单元的电压采样数据均异常，报文均无效、等间隔性不满足要求或链路通信状态异常时，线路间隔合并单元不选择使用任一套母线电压合并单元的电压采样数据。
四、主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元分别将电压采样数据与主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元采集的电流采样数据合并，将电压电流采样数据通过直连光纤分别传输至主变保护和线路保护。
同时，通过组网端口将主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元合并后的电压电流采样数据的报文经延时可测交换机传输至网络分析仪及故障录波装置，供网络分析仪及故障录波装置用于记录与分析。
本实施例的110kV智能变电站，利用延时可测交换机组网，组网端口利用延时可测交换机的接口。双重化配置的两套母线电压合并单元分别通过组网端口入口将电压采样数据发送至延时可测交换机。双重化配置的主变高压侧间隔合并单元通过一对组网端口分别接收一套母线电压合并单元的电压采样数据，1～n个线路间隔合并单元分别通过另外1～n个组网端口接收两套母线电压合并单元的电压采样数据后，选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据，与各自主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元采集的电流采样数据合并后，再分别通过接收电压采样数据相同的组网端口将电压电流采样数据发送至延时可测交换机，供网络分析仪及故障录波装置使用。同时，主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元分别通过点对点光纤接口将电压电流采样数据发送至与其连接的主变保护、线路保护。主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元分别利用同一组网端口级联接收电压采样数据和发送电压电流采样数据，即主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元各自通过组网端口按每秒4000帧报文速率接收母线电压合并单元的电压采样数据，按每秒4000帧报文的速率各自经相同的组网端口发送合并后的电压电流采样数据，每套高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元级联接收电压采样数据的组网端口与发送电压电流采样数据的组网端口为同一组网端口，实现级联接收电压采样数据的组网端口与发送电压电流采样数据的组网端口复用。
联接收电压采样数据的组网端口与发送电压电流采样数据的组网端口复用，简化了组网物理结构，减少了线路间隔合并单元级联母线电压合并单元光纤接口和光纤的数量，降低了智能变电站的成本。如线路间隔合并单元需同时接收第一套、第二套母线电压合并单元的电压采样数据，则需要两对光纤接口与母线电压合并单元直连，同时两套母线电压合并单元也需要两对光纤接口与线路间隔合并单元直连，一套线路间隔合并单元需要4对光纤接口，目前行业内使用的光模块多采用美国安华高科技公司AVAGO的光纤接口，每对光纤接口价格约人民币200元，采用本发明的技术方案一套线路间隔合并单元就省下4对光纤接口，节省约800元，同时，线路间隔合并单元、母线电压合并单元为户外安装，连接用光纤均为铠装光缆，距离为50～200米，耗费的铠装光缆的费用也较高。
光纤接口发热为智能变电站设备的主要发热源，采用级联接收电压采样数据的组网端口与发送电压电流采样数据的组网端口复用，可大大减少光模块的使用数量，降低智能变电站设备发热，节省能源，并延长智能变电站设备的使用寿命。
本实施例中，延时可测交换机采用长园深瑞继保自动化有限公司的PRS-7961型延时可测交换机，用C99程序语言(ISO/IEC 9899:1999-Programming languages)实现计算电压采样数据报文通过延时可测交换机的传输时间。线路间隔合并单元采用长园深瑞继保自动化有限公司的PRS-7393-1A-G型线路间隔合并单元，用C99程序语言实现判断选择。
线路间隔合并单元检测接收到的两套母线电压合并单元电压采样数据的命令：
本发明的主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元通过延时可测交换机级联接收母线电压合并单元的电压采样数据的组网端口，与主变高压侧间隔合并单元和线路间隔合并单元发送电压电流采样数据的组网端口复用，大大减少了现场主变高压侧间隔合并单元、线路间隔合并单元和母线电压合并单元光纤接口数量和连接光纤的数量，降低了母线电压合并单元发热和功耗，同时也降低了智能变电站成本。
单套配置的线路间隔合并单元同时级联接收双重化配置的两套母线电压合并单元的电压采样数据，通过判断选择使用其中一套母线电压合并单元的电压采样数据，实现母线电压采样数据冗余配置。
当线路间隔合并单元选择使用的母线电压合并单元的电压采样数据出现异常时，线路间隔合并单元能快速判断并实现选择切换，使用另一套母线电压合并单元的电压采样数据，实现采样数据无缝切换。避免了因母线电压合并单元异常影响全变电站同一电压等级线路保护正常运行而引起的停电，极大的提高的变电站设备运行的稳定性和供电可靠性。