智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，采样值以报文的形式传输，方法包括如下步骤：将报文保留字段的填充值初始化为0；报文开始进入交换机进行网络传输，分别记录报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点；得到报文在当前交换机中的驻留时间，并将其与保留字段中的数据叠加后替换保留字段中的数据；判断报文是否到达目标位置，如是，执行下一步骤；否则，寻找下一交换机并返回；取得保留字段中的数据即得到网络时延总值。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置，具有以下有益效果：非同步采样能组网传输、能确定网络时延。
【专利说明】智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及变电站控制领域，特别涉及一种智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前智能变电站米样值报文有两种传输方式:一是组网传输，二是点对点传输。组网传输相对于点对点传输具有可以采用任意拓扑结构，数据共享等优点，摆脱了点对点传输物理线路连接不灵活、不易扩展的限制。但目前的组网传输技术要求采样设备(如电子互感器)进行同步采样，由于同步采样要求有外部高精度时钟进行对时，增加了设备复杂度和维护成本，如果设备时钟不同步将导致保护单元数据重采样时产生相位差，引起保护单元的误判，造成不良后果。非同步采样进行组网传输遇到的难题是网络传输时延不确定性，当前，非同步采样的采样值数据是不能组网传输的。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述非同步采样不能组网传输、网络时延不确定的缺陷，提供一种非同步采样能组网传输、能确定网络时延的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，所述采样值以报文的形式传输，所述报文包括保留字段，所述获取方法包括如下步骤:
A)将所述保留字段的填充值初始化为O;
B)所述报文经过交换机进行网络传输，分别记录所述报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点；
C)依据所述进入时间点与发送时间点得到所述报文在所述当前交换机中的驻留时间，并将所述驻留时间与所述保留字段中的数据叠加后替换所述保留字段中的数据；
D)判断所述报文是否到达目标位置，如是，执行步骤E);否则，寻找下一交换机并返回步骤B);
E)取得所述保留字段中的数据即得到网络时延总值。
[0005]在本发明所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法中，所述步骤B)中通过记录所述报文的第一位到达交换机的时刻得到所述进入时间点，并通过记录所述报文开始离开所述交换机的时刻得到所述发送时间点。
[0006]在本发明所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法中，所述步骤C)中的驻留时间等于所述发送时间点与所述进入时间点的差值。
[0007]在本发明所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法中，在所述步骤A)之前还包括预处理步骤:
A0)采集所述智能变电站的电流和电压数据得到采样值； Al)将所述采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将所述额定时延记录在报文数据集的第一个字段中。
[0008]在本发明所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法中，在所述步骤E)之后还包括步骤:
F)将所述额定时延与所述网络时延总值进行相加，并依据相加后的值得到采样的原始时刻用以完成波形重采样。
[0009]本发明还涉及一种实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，所述采样值以报文的形式传输，所述报文包括保留字段，所述装置包括:
初始化单元:用于将所述保留字段的填充值初始化为O ;
时间点记录单元:用于使所述报文经过交换机进行网络传输，分别记录所述报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点；
数据替换单元:用于依据所述进入时间点与发送时间点得到所述报文在所述当前交换机中的驻留时间，并将所述驻留时间与所述保留字段中的数据叠加后替换所述保留字段中的数据；
目标位置判断单元:用于判断所述报文是否到达目标位置，并在到达时寻找下一交换机；
网络传输时延获取单元:用于取得所述保留字段中的数据即得到网络时延总值。
[0010]在本发明所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置中，所述时间点记录单元中通过记录所述报文的第一位到达交换机的时刻得到所述进入时间点，并通过记录所述报文开始离开所述交换机的时刻得到所述发送时间点。
[0011]在本发明所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置中，所述数据替换单元中的驻留时间等于所述发送时间点与所述进入时间点的差值。
[0012]在本发明所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置中，还包括:
采集单元:用于采集所述智能变电站的电流和电压数据得到采样值；
额定时延获取单元:用于将所述采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将所述额定时延记录在报文数据集的第一个字段中。
[0013]在本发明所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置中，还包括:
时间相加及重采样单元:用于将所述额定时延与所述网络时延总值进行相加，并依据相加后得到的值推算出采样的原始时刻用以完成波形重采样。
[0014]实施本发明的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置，具有以下有益效果:由于通过记录报文开始进入交换机的时刻以及开始离开交换机的时刻，并由此得到报文在交换机中的驻留时间，将驻留时间与保留字段中的数据进行叠加并将叠加后得到的值替换保留字段中的数据，将报文经过的所有交换机的驻留时间全部叠加后就得到网络时延总值，所以其非同步采样能组网传输、能确定网络时延。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本发明智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置一个实施例中报文格式的示意图；
图2为所述实施例中组网传输时延计算的原理示意图；
图3是所述实施例中获取方法的流程图；
图4是所述实施例中预处理步骤的流程图；
图5是所述实施例中报文网络传输时延获取方法的不意图；
图6是所述实施例中实现智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置的结构示意图；
图7是所述实施例中交换机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0018]在本发明智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法及装置实施例中，智能变电站采样值(Sample Value，简称SV)报文采用以太网帧格式承载。图1是本实施例中报文格式的示意图，其中，SV以太网巾贞格式有4个字节的保留字段，Reservedl和Reserved2为保留字段，协议规定该保留字段用在特殊场合保留使用，本实施例中，使用该保留字段存储报文网络传输时延数值。值得一提的是，该种时延存储方法也适用于GOOSE报文格式。如图1所示，报文头部到保护字段共有22字节的报文。
图2为本实施例中组网传输时延计算的原理示意图，如图2所示，SV采样值报文经过网络传输时延计算原理具体就是电子互感器对变电站电流、电压数据进行采样后，将数据发送到合并单元(Merge Unit,简称MU),合并单元对数据进行处理得到额定时延,并记录在SV报文数据集的第一个字段。报文再经过交换机网络传输，使用相关算法计算得到网络传输时延，并记录在如图1所示的SV报文保留字段。保护单元将额定时延和网络传输时延叠力口，可反推得到报文采集的原始时刻，从而完成重采样。值得一提的是，本实施例中，电子互感器和合并单元共有三组，如图2中的第一组是第一电子互感器和第一合并单元，第二组是第二电子互感器和第二合并单元，第三组是第三电子互感器和第三合并单元。当然，电子互感器和合并单元的组数根据实际情况可进行相应调整。本实施例中的交换机为3个，分别为交换机A、交换机B和交换机C，根据具体情况，交换机的个数也可进行相应调整。
[0019]其中，交换机拥有硬件时间戳记录模块，用于记录交换机接收报文和发送报文时的时间点；拥有驻留时间计算模块(包括硬件和软件)，用于计算报文在交换机的驻留时间；交换机内拥有本地和外部时钟源模块,用于交换机计时。
[0020]本实施例中，智能变电站使用光纤进行报文传输，光纤的传输速度为2/3光速，其远远大于线路长度，由公式:时间=距离/速度，可以计算得到报文在线路上的传输时间，它的值很小，实际计算中将其忽略。
[0021]图3是本实施例中智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的流程图，本实施例中，采样值以报文的形式传输，该报文包括保留字段，图3中，该获取方法包括如下步骤:
步骤SOl将保留字段的填充值初始化为O:本步骤中，报文进入交换机网络的初始状态，按照IEC61850协议规定其保留字段填充值初始化为0，也就是将保留字段中的初始值设置为O。
[0022]
步骤S02报文经过交换机进行网络传输，分别记录报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点:本步骤中，报文经过交换机进行网络传输，这时分别记录报文进入当前交换机时刻的进入时间点及离开当前交换机时刻(交换机发送报文)的发送时间点。本步骤中是通过记录报文的第一位开始到达交换机的时刻得到进入时间点，并通过记录报文开始离开交换机的时刻得到发送时间点。具体就是，报文经过交换机接入到网络，当报文的第一比特到达交换机时，记录其到达时刻Tr ;当报文开始离开交换机瞬间，记录报文尚开交换机时刻Tt。
[0023]步骤S03依据进入时间点与发送时间点得到报文在当前交换机中的驻留时间，并将驻留时间与保留字段中的数据叠加后替换保留字段中的数据:本步骤中，依据进入时间点与发送时间点可得到报文在当前交换机中的驻留时间，并将该驻留时间与保留字段中的数据进行叠加，并用叠加后得到的数据替换保留字段中的数据。本实施例中，驻留时间等于发送时间点与进入时间点的差值。具体就是，计算报文在当前交换机的驻留时间Λ t，Δ t=Tt-Tr。获取报文保留字段原始驻留时间值Λ r,并将其与Λ t叠加，得到当前报文临时网络传输时延Λ s,A S= Δ r+ Δ t，再用Λ s覆盖报文保留域字段。
[0024]本实施例中，报文从头部开始发送，从交换机发送报文第一个比特的时刻(即发送时间点Tt)，到发送保留域字段时刻，这个时间间隔很有限(22字节/端口线速)，但在此时间内要完成上述计算，因此采用软硬件结合的方式高效实现。
[0025]步骤S04判断报文是否到达目标位置:本步骤中，判断报文是否到达目标位置，也就是判断报文通过网络中一条路径是否传送到目标位置，该目标位置可以是保护单元，本步骤中，如果判断的结果为是，则执行步骤S06 ;否则，执行步骤S05。
[0026]步骤S05寻找下一交换机:如果上述步骤S04的判断结果为否，则执行本步骤。本步骤中，报文离开交换机，若未到达目的地即保护单元，寻找下一交换机，报文进入下一个交换机进行处理，执行完本步骤，返回步骤S02，也即则按照步骤S02-S04的方法依次叠加报文在新交换机的驻留时间值并转发。
[0027]步骤S06取得保留字段中的数据即得到网络时延总值:报文达到目的地即保护单元，此时报文保留域字段的值即为网络传输时延值，本步骤中，取得保留字段中的数据即得到网络时延总值，由于保留字段中存储的是报文在所有交换机中的驻留时间的叠加值，所以最终取得的是网络时延总值。本发明的获取方法可以精确计算采样值报文的网络传输时延，使保护单元在非同步采样数据组网传输的情况下依然可以精确可靠地完成电流、电压数据的重采样；在同步采样时，可以校验同步时钟的正确性，精度可达到纳秒(ns)级别。
[0028]本实施例中，执行完步骤S06，该获取方法还包括: 步骤S07将额定时延与网络时延总值进行相加，并依据相加后的值得到采样的原始时刻用以完成波形重采样:本步骤中，保护单元将额定时延与网络时延总值相加，可反推出电子互感器采样的原始时刻，完成波形重采样。该获取方法只需保护单元识别以太网报文的保留字段获取网络传输时延值，即可实现电子互感器在不同步采样的情况下进行采样报文的组网传输，突破了目前不同步采样报文不能进行组网传输的限制，而且它还具有兼容性好、精度高、适用性好(任意网络拓扑、多种报文格式)等优点。
[0029]本实施例中，在步骤SOl之前还包括预处理步骤，预处理步骤包括:
步骤SOOl采集智能变电站的电流和电压数据得到采样值:本步骤中，采集智能变电站的电流和电压数据得到采样值。本实施例中，是由电子互感器采集智能变电站的电流和电压数据而得到采样值的。
[0030]步骤S002将采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将额定时延记录在报文数据集的第一个字段中:本步骤中，将采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将额定时延记录在报文数据集的第一个字段中，本实施例中，也是由多个合并单元进行重采样的，合并单元的个数与电子互感器的个数一致。这样，由合并单元将报文送到交换机网络。
[0031]图5是本实施例中报文网络传输时延获取方法的示意图，在报文进出交换机时分别记录其时间值，并由此计算报文在交换机的驻留时间，并将驻留时间写入报文的保留字段。报文经过多个交换机时，对经过每个交换机的驻留时间值进行叠加。最终，当报文离开网络到达保护单元时，报文保留字段中记录的驻留时间值即为报文经过整个网络的传输时延总值。
[0032]本实施例还涉及一种实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，采样值以报文的形式传输，报文包括保留字段，该装置的结构示意图如图6所示。图6中，该装置包括初始化单元1、时间点记录单元2、数据替换单元3、目标位置判断单元4和网络传输时延获取单元5 ;其中，初始化单元I用于将保留字段的填充值初始化为O ;时间点记录单元2用于使报文经过交换机进行网络传输，分别记录报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点；数据替换单元3用于依据进入时间点与发送时间点得到报文在当前交换机中的驻留时间，并将驻留时间与保留字段中的数据叠加后替换保留字段中的数据；目标位置判断4用于判断报文是否到达目标位置，并在到达时寻找下一交换机；网络传输时延获取单元5用于取得保留字段中的数据即得到网络时延总值。值得一提的是，时间点记录单元2中通过记录报文的第一位到达交换机的时刻得到进入时间点，并通过记录报文开始离开交换机的时刻得到发送时间点。数据替换单元3中的驻留时间等于发送时间点与进入时间点的差值。
[0033]在本实施例的一些情况下，该装置还包括采集单元6、额定时延获取单元7和时间相加及重采样单元8;其中，采集单元6用于采集智能变电站的电流和电压数据得到采样值；额定时延获取单元7用于将采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将额定时延记录在报文数据集的第一个字段中；时间相加及重采样单元8用于将额定时延与所述网络时延总值进行相加，并依据相加后得到的值推算出采样的原始时刻用以完成波形重采样。
[0034]图7是本实施例中交换机的结构示意图，图7中，交换机拥有硬件接收时间戳记录模块和硬件发送时间戳记录模块，用于记录报文接收和发送时的时间点，以便于确定报文在当前交换机的驻留时间。该交换机还拥有驻留时间硬件计算模块和驻留时间软件计算模块，用于计算报文在当前交换机的驻留时间，并实现驻留时间叠加功能，得到报文从进入网络到经过当前交换机的总时延。若报文离开当前交换机到达目的地即保护单元，此时保护单元解析报文保留字段得到的时延值即为网络总时延。该交换机还设有本地和外部时钟源模块，用于交换机计时。值得一提的是，本实施例中，硬件接收时间戳记录模块和硬件发送时间戳记录模块使用的时钟源既可为交换机本地时钟源，也可为外部时钟源(如1588，GPS )。
[0035]总之，在本实施例中，采用SV报文的保留字段存储网络时延值，采用硬件装置记录报文接收和发送的时间戳，计算报文在交换机的驻留时间，经过多个交换机时其值逐次叠加，到达目的地即保护单元时，保留字段的值即为报文经过网络的总时延。该种智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法具有以下优点:(1)不改变帧格式，兼容目前IEC61850国际规范，国家电网、南方电网规范，适用于SV采样值和GOOSE报文；(2)在同步的情况下(外部对时如1588)，可以获得高精度的时钟源；在不同步的情况下利用交换机本地晶振作为时钟源，也可达到ns级别的时间精度，例如晶振为120MHz，则时间精度为8.3ns； (3)使用硬件接收时间戳记录模块和硬件发送时间戳记录模块分别记录报文接收和发送的时间戳，其速度可以超过端口线速，满足快速捕捉的需求。具体实现时，该硬件装置可以集成到交换机，亦可放在物理层PHY ; (4)对网络拓扑无任何假定，适用于任意网络拓扑，如星形、环形、树形等；(3)具有多种用途:在进行不同步采样时，该获取方法可用于采样值组网传输延迟的计算；在同步采样时，可以用于监视和校验采样系统是否处于同步状态。原理如下:若同步采样过程中，发生失同步，通过该方法获得报文网络传输时延值，反推其采样时刻，计算结果若与接收到的报文同步序号一致，则同步采样系统正确，否则错误。
[0036]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
【权利要求】
1.一种智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，其特征在于，所述采样值以报文的形式传输，所述报文包括保留字段，所述获取方法包括如下步骤: A)将所述保留字段的填充值初始化为O; B)所述报文经过交换机进行网络传输，分别记录所述报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点； C)依据所述进入时间点与发送时间点得到所述报文在所述当前交换机中的驻留时间，并将所述驻留时间与所述保留字段中的数据叠加后替换所述保留字段中的数据； D)判断所述报文是否到达目标位置，如是，执行步骤E);否则，寻找下一交换机并返回步骤B); E)取得所述保留字段中的数据即得到网络时延总值。
2.根据权利要求1所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，其特征在于，所述步骤B)中通过记录所述报文的第一位到达交换机的时刻得到所述进入时间点，并通过记录所述报文开始离开所述交换机的时刻得到所述发送时间点。
3.根据权利要求2所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，其特征在于，所述步骤C)中的驻留时间等于所述发送时间点与所述进入时间点的差值。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，其特征在于，在所述步骤A)之前还包括预处理步骤: AO)采集所述智能变电站的电流和电压数据得到采样值； Al)将所述采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将所述额定时延记录在报文数据集的第一个字段中。
5.根据权利要求4所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法，其特征在于，在所述步骤E)之后还包括步骤: F)将所述额定时延与所述网络时延总值进行相加，并依据相加后的值得到采样的原始时刻用以完成波形重采样。
6.一种实现如权利要求1所述的智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，其特征在于，所述采样值以报文的形式传输，所述报文包括保留字段，所述装置包括: 初始化单元:用于将所述保留字段的填充值初始化为O ; 时间点记录单元:用于使所述报文经过交换机进行网络传输，分别记录所述报文进入当前交换机的进入时间点及离开当前交换机的发送时间点； 数据替换单元:用于依据所述进入时间点与发送时间点得到所述报文在所述当前交换机中的驻留时间，并将所述驻留时间与所述保留字段中的数据叠加后替换所述保留字段中的数据； 目标位置判断单元:用于判断所述报文是否到达目标位置，并在到达时寻找下一交换机； 网络传输时延获取单元:用于取得所述保留字段中的数据即得到网络时延总值。
7.根据权利要求6所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，其特征在于，所述时间点记录单元中通过记录所述报文的第一位到达交换机的时刻得到所述进入时间点，并通过记录所述报文开始离开所述交换机的时刻得到所述发送时间点。
8.根据权利要求6所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，其特征在于，所述数据替换单元中的驻留时间等于所述发送时间点与所述进入时间点的差值。
9.根据权利要求6至8任意一项所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，其特征在于，还包括: 采集单元:用于采集所述智能变电站的电流和电压数据得到采样值； 额定时延获取单元:用于将所述采样值的报文发送到合并单元进行处理得到额定时延，并将所述额定时延记录在报文数据集的第一个字段中。
10.根据权利要求9所述的实现上述智能变电站采样值组网传输网络时延的获取方法的装置，其特征在于，还包括: 时间相加及重采样单元:用于将所述额定时延与所述网络时延总值进行相加，并依据相加后得到的值推算出采样的原始时刻用以完成波形重采样。
【文档编号】H02J13/00GK104468247SQ201310422781
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】竹之涵, 马文霜, 叶源根 申请人:广州思唯奇电力科技有限公司