用于检测信道延迟非对称性的方法和装置制造方法

文档序号:7806573阅读:540来源:国知局
用于检测信道延迟非对称性的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于检测传输线路保护装置之间的信道延迟非对称性的方法和装置。该方法包括:重复地计算在信道不同路径上的保护装置的时钟之间的时钟误差以及通信延迟;将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较;如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈值;则确定发生了通道转换;以及如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异值超过第三阈值,则确定该通道延迟是非对称的。
【专利说明】用于检测信道延迟非对称性的方法和装置
[0001] 本申请是申请号为200980162766. 7、申请日为2009年12月31日、名称为"用于 检测信道延迟非对称性的方法和装置"的发明专利申请的分案申请。

【技术领域】
[0002] 本发明涉及传输线路保护系统的通信技术。尤其涉及用于检测信道延迟非对称性 的方法和装置,并且确保线路差动保护装置被精确地同步。

【背景技术】
[0003] 数字化线路电流差动保护已经成为最受欢迎的传输线路保护之一。这主要是由于 其简洁和清晰的特性。线路差动保护具有天然的分相动作能力、不受系统震荡的影响、适用 于弱馈线落(in-feed),并且适用于多端线路等特点。通信技术的发展甚至促进了线路差动 保护更加广泛的应用。
[0004] 在数字化线路差动保护中,电流采样信号是由在地理位置上相互分离的保护装置 (如IEDs)获取的。来自不同保护装置(通常位于不同的线端)采样的电流信号在相互比 较之前需要被同步(也被称为时间协调),从而避免引入误差。
[0005] 来自不同保护装置采样信号的同步(在本发明中,称为不同保护装置之间的同 步)必须非常准确,否则同步误差可以导致线路电流差动保护严重的误动作。在50Hz的 交流系统中,〇. lms的误差会给操作电流带来近3%的最大幅值误差;同时lms的误差会带 来近31 %的最大幅值误差。在60Hz的系统中,相应的误差分别达到近4%和38% (参见 ABB技术参考手册线路差动保护RED670,以及Phil Beaumont、Gareth Baber等发表的"Line Current Differential Relays Operating over SDH/SONET Networks^ , PAC, summer2008) 〇
[0006] 当前,大多数的线路差动继电器采用所谓"回声算法"(也被称为"乒乓算法")以 确保同步。接下来通过一个回声算法流程来简要介绍其原理:
[0007] 如图1所示,A和B代表两个保护装置。并且该保护通过发送和接收消息来互相 通信。保护B在其内部时间T1时刻发送消息给保护A。保护A在其内部时钟时间T2时刻 接收该消息。类似的,保护A在其内部时间T3时刻向保护B发送消息,并且保护B在其内 部时间T4时刻接收该消息。因此,时间T2和T3被用作保护A内部时钟的参照,而时间T1 和T4被用作保护B内部时钟的参照。由此计算在两保护之间消耗的通信时间。
[0008] 时间T2和T3被从保护A传送到保护B (反之依然)。假设在两保护之间发送和接 收的延迟是相等的(也被称为对称的通道延迟)。保护B接下来计算通信延迟时间Td(从 保护A到保护B或者从保护B到保护A)以及保护A和保护B的参考时钟之间的时钟误差 Δ t〇
[0009] 通过在电流差动算法执行之前修改从远端采样的信号,或者通过执行采样时间控 制以达到两个保护的采样时刻被同步,时钟误差Λt和通信延迟随后被用于同步采样的信 号。能够通过许多传统方式来实现同步操作,例如高厚磊、江世芳等于1996年9月《电力系 统自动化》第20卷发表的"数字电流差动保护中几种采样同步方法"。所计算的时钟误差 Λ t和通信延迟必须非常准确以确保同步的准确性。
[0010] 然而,在上述传统的回声算法中对称通道延迟的假设并非一直有效。广受欢迎的 同步数字架构 / 同步光网络(SDH/SONET,Synchronous Digital Hierarchy/Synchronous Optical Network)的应用尤其如此。通过使用自修复环形架构来重新配置和维护服务, SDH/S0NET能够避免网络故障。通信环中的自修复或自转换结构可以是"单向的"或者"双 向的"。在单向转换的情况下,仅仅是故障路径被转换到相反方向;同时非故障路径保持其 原始路线。在双向转换情况下,当环上发生故障,发送和接收的线路都被转换为沿着环的、 相同的反方向。不同之处在于,双向转换对于同样转换的发送和接收路径来说,将保持相同 的信号通信延迟;而单向转换可能会在发送和接收线路上引入永久的、非对称的通信延迟。 然而,需要说明的是,虽然双向转换不会引入永久性的、非对称德通信延迟,但是所引入的 暂态延迟能够达到50ms或者甚至更长。
[0011] 当通道延迟为非对称的(即发送和接收信号的延迟不同)并且该非对称性未被保 护检测到,基于对称的通信延迟假设的传统回声算法将不再有效,而且差动保护保护将处 于误动作的高风险中。因此,无论通道延迟是对称的还是非对称的情况下,都能确保同步的 可靠方法是非常重要并迫切需要的。
[0012] 一些用以解决非对称通信延迟的问题的方法已经被提出来了。基于GPS(或其它 外部时钟,如北斗卫星导航系统,伽利略等)的方法被提出来了。以基于外部时钟的方法为 例,GPS接收器模块被嵌入每一个保护中,采用外部时钟来同步其本地时钟。然而,在实际 中,GPS信号并非一直都被保护完美地或准确地接收到。安装GPS天线需要格外小心。否 贝lj,GPS信号的接收可能被中断。误操作(例如现场工程师不小心切断了电缆或天线)或 者不利的环境(例如,离海滩太近的天线被水腐蚀了或者被军事GPS干扰了)也会导致信 号接收不可靠。在上述描述的状况下,保护可能会丧失容忍通信延迟非对称性的能力。
[0013] 如上述段落所述,现有的方法在许多情况下是不可靠的。因此,迫切需要提供一种 方法,其能够可靠地检测通道延迟非对称性并且确保无论通道延迟是同步还是非同步情况 下都能准确地同步。


【发明内容】

[0014] 本发明提出了一种方法,用以检测通信延迟非对称性并且确保线路差动保护装置 准确地同步。
[0015] 根据本发明的一个优选实施例,其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信 道延迟非对称性的方法。该方法包括:重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及该 信道不同路径上的通信延迟;将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误 差和通信延迟进行比较;如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所 计算的通信延迟的变化值超过第二阈值;则确定发生了通道转换;以及如果通道转换后所 计算的不同路径的通信延迟之间的差异超过第三阈值,则确定该通道延迟是非对称的。
[0016] 根据本发明的另一优选实施例,其中,基于数据发送与接收路径的通信延迟之间 的差异来计算该时钟误差和通信延迟;以及基于所计算的时钟误差和通信延迟,同步由保 护装置采样的信号。
[0017] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:基于该通道转换前所计 算的时钟误差,计算该通道转换后发送和接收路径上的通信延迟;以及计算该通道转换后 发送和接收路径的通信延迟之间的差异。
[0018] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:将通道转换后所计算的 通信延迟与通道转换前所计算的通信延迟进行比较;如果所计算的路径的通信延迟的变化 值小于第四阈值,识别该通信路径未被转换;通过未被转换的信道的通信延迟来调整时钟 误差;以及通过所调整的时钟误差,调整数据发送和接收路径的通信延迟。
[0019] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:计算所计算的时钟误差 的平均值、所计算的数据发送路径的通信延迟的平均值、所计算的数据接收路径的通信延 迟的平均值;将最新计算的时钟误差与所计算的时钟误差的平均值进行比较;以及将最新 计算的通信延迟与所计算的通信延迟的平均值进行比较。
[0020] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:计算所计算的发送路径 的通信延迟的平均值、所计算的接收路径的通信延迟的平均值;计算发送路径和接收路径 的通信延迟的平均值之间的差异。
[0021] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:计算在通道转换前所计 算的通信延迟的平均值;计算在该通道转换后所计算的通信延迟的平均值;将该通道转换 后所计算的平均值与该通道转换前所计算的平均值进行比较。
[0022] 根据本发明的另一优选实施例,其中,第一和第四阈值取决于保护装置晶振的精 度、因通道转换而导致的通信中断时长以及信道的抖动特性;以及该第二和第三阈值取决 于该信道的抖动特性。
[0023] 根据本发明的另一优选实施例,其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信 道延迟非对称性的方法。该方法包括以下步骤:通过第一通道和第二通道发送和接收数据; 计算依次通过第一通道和第二通道发送和接收数据的第一延迟;计算依次通过第二通道和 第一通道发送和接收数据的第二延迟;以及如果该第一延迟和第二延迟之间的差值超过第 五阈值,则确定该些信道是非对称的。
[0024] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该方法进一步包括:至少两次计算通过第一 通道发送和接收数据的第三延迟;至少两次计算通过第二通道发送和接收数据的第四延 迟;获取至少两个第三延迟之间的差异值以及至少两个第四延迟之间的差异值;如果第三 延迟之间的差异值大于第六阈值,则确定该第一通道为被转换的通道;以及如果第四延迟 之间的差异值大于该第六阈值,则确定该第二通道为被转换的通道;计算该被转换的通道 的发送和接收路径的通信延迟。
[0025] 根据本发明的另一优选实施例,其中,该第五和第六阈值取决于该信道的抖动特 性。
[0026] 根据本发明的另一优选实施例,其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信 道延迟非对称性的装置。该装置包括:计算单元,用于重复地计算保护装置时钟之间的时钟 误差以及在该信道不同路径上的通信延迟;比较单元,用于将最新计算的时钟误差和通信 延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比较;第一确定单元,用于如果所计算的 时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的变化值超过第二阈 值,确定发生了通道转换;以及第二确定单元,用于如果通道转换后所计算的不同路径的通 信延迟之间的差异值超过第三阈值,确定该通道延迟是非对称的。
[0027] 根据本发明的另一优选实施例,其提供了一种用于检测传输线路保护装置间的信 道延迟非对称性的装置。该装置包括:发送和接收单元,用于通过第一通道和第二通道发送 和接收数据;第一计算单元,用于计算依次通过第一通道和第二通道发送和接收数据的第 一延迟;第一计算单元,用于计算依次通过第二通道和第一通道发送和接收数据的第二延 迟;以及确定单元,用于如果该第一延迟和第二延迟之间的差异值超过第五阈值,确定该信 道是非对称的。
[0028] 根据本发明的另一优选实施例,其提供了一种数字计算机。所述数字计算机具有 内部存储器;用于同步传输线路保护装置间的信道延迟的计算机程序可以加载到所述内部 存储器中,以及当所述程序被加载时,该计算机执行前述方法中任意一项所述的步骤。

【专利附图】

【附图说明】
[0029] 图1A和1B示出了两保护之间的信道和回声算法过程的示意图;
[0030] 图2示出了具有两保护的线路保护系统的示意图;
[0031] 图3示出了两保护之间回声算法过程的示意图;
[0032] 图4示出了具有四个保护的线路保护系统的示意图。

【具体实施方式】
[0033] 实施例1
[0034] 如图1A所示,两个保护用于保护传输线路,即保护A和保护B。并且两保护通过两 组信道相互通信,即主通道(P)和次通道(S)。每个通道具有两条路径,即发送路径和接收 路径。对于保护A来说,经由主通道(P)的发送延迟被称为T P1,经由次通道(S)的发送延迟 被称为Tsl。经由主通道⑵的接收延迟被称为Tp2,经由次通道⑶的接收延迟被称为T s2。
[0035] 主通道和次通道都是对称的,然而,由于包含许多通信器件(如多路复用器、数字 开关等)的信道的抖动特性,同一通道的发送延迟和接收延迟相互之间可能时不时地具有 微小的变化(也被称为"抖动")。需要说明的是,当其不会导致对线路差动保护的误操作, 这些抖动是可以被接受的。下表1给出了一组示例性的通信延迟数据。
[0036] 在任意时刻,每个保护能够经由一条路径(既可以是主通道也可以是次通道)向 其它保护发送消息,并经由一条路径(既可以是主通道也可以是次通道)从其它保护接收 消息。如果发送和接收路径都在主通道或者在次通道中,则通信延迟是对称的;或者换句 话说,这种情形被称为通道延迟的对称性。然而,在不适宜的情形下,发送路径是在主通道 里,而接收路径在次通道里;或者发送路径在次通道里,而接收路径在主通道里;则通信延 迟是非对称的;或者换句话说,这种情形被称为通道延迟的非对称性。
[0037] 表1信道的通信延迟
[0038] Tp2(ms) 1.618 3 626 1.619 1 637 1 526 1.613 1 579 1 554 Tpi(ms) 1.636 1.587 1.613 1.548 1.601 1.598 1.635 1.617 Ts2(ms) 13.139 13.212 13.198 13.203 13.282 13.197 13.168 13.196 Tsi(ms) 13.153 13 098 13.147 13.163 13.204 13,173 13.104 13.177
[0039] 如表1所示,每个通道的通信延迟并不是稳定不变的。当通过同一线路(例如,都 通过主通道或都通过次通道)发送和接收消息时,在不同采样周期(例如大约〇. lms),延迟 的数值会相互变化。因此,所计算的不同保护内部时钟之间的时钟误差At可能时不时地 发生变化。
[0040] 如图1B所示,所计算的一条路径的通信延迟1^能够由下述公式⑴获得,并且 所计算的保护A与保护B之间的时钟误差△ tMl可以通过公式(2)获得:
[0041] 1^=((^) + (^))/2 (1)
[0042] Λ tcal = ((1^3)-(1^4))/2 (2)
[0043] 表2示出了在每个保护上所测量的时间?\到T4以及所测量的TdMl和Λ tMl。Tdl 和Td2分别是保护B的发送和接收延迟。可以看出保护B每5ms发送消息给保护A以启动 一个回声算法过程。保护A的时钟早于保护B的大约18. 3ms,即真正的时钟误差Λ tart = 18. 3ms〇
[0044] 表2Td和Λ t的计算
[0045]

【权利要求】
1. 一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的方法,其特征在于,该方 法包括以下步骤: 重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及该信道不同路径上的通信延迟; 将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信延迟进行比 较; 如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所计算的通信延迟的 变化值超过第二阈值;则确定发生了通道转换;以及 如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异超过第三阈值,则确定该通 道延迟是非对称的。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于,基于数据发送与接收路径的通信延迟之 间的差异来计算该时钟误差和通信延迟;以及该方法进一步包括:基于所计算的时钟误差 和通信延迟,同步由保护装置采样的信号。
3. 根据权利要求1或2所述的方法,确定该些通道延迟是非对称的步骤包括:基于该 通道转换前所计算的时钟误差,计算该通道转换后发送和接收路径上的通信延迟;以及计 算该通道转换后发送和接收路径的通信延迟之间的差异。
4. 根据权利要求3所述的方法,计算该通道转换后的通信延迟的步骤进一步包括: 将通道转换后所计算的通信延迟与通道转换前所计算的通信延迟进行比较; 如果所计算的路径的通信延迟的变化值小于第四阈值,识别该通信路径未被转换; 通过未被转换的信道的通信延迟来调整时钟误差;以及 通过所调整的时钟误差,调整数据发送和接收路径的通信延迟。
5. 根据权利要求1所述的方法,比较时钟误差和通信延迟的步骤进一步包括: 计算所计算的时钟误差的平均值、所计算的数据发送路径的通信延迟的平均值、所计 算的数据接收路径的通信延迟的平均值; 将最新计算的时钟误差与所计算的时钟误差的平均值进行比较;以及 将最新计算的通信延迟与所计算的通信延迟的平均值进行比较。
6. 根据权利要求3所述的方法,计算发送和接收路径的通信延迟之间的差异的步骤包 括:计算所计算的发送路径的通信延迟的平均值、所计算的接收路径的通信延迟的平均值; 以及计算发送路径和接收路径的通信延迟的平均值之间的差异。
7. 根据权利要求4所述的方法,比较所计算的通信延迟的步骤包括: 计算在通道转换前所计算的通信延迟的平均值; 计算在该通道转换后所计算的通信延迟的平均值; 将该通道转换后所计算的平均值与该通道转换前所计算的平均值进行比较。
8. 根据权利要求4所述的方法,其特征在于,第一和第四阈值取决于保护装置晶振的 精度、因通道转换而导致的通信中断时长以及信道的抖动特性;以及该第二和第三阈值取 决于该信道的抖动特性。
9. 一种用于检测传输线路保护装置间的信道延迟非对称性的装置,其特征在于,所述 装置包括: 计算单元,用于重复地计算保护装置的时钟之间的时钟误差以及在该信道不同路径上 的通信延迟; 比较单元,用于将最新计算的时钟误差和通信延迟分别与先前计算的时钟误差和通信 延迟进行比较; 第一确定单元,用于如果所计算的时钟误差的变化值超过第一阈值或者任意路径上所 计算的通信延迟的变化值超过第二阈值,确定发生了通道转换;以及 第二确定单元,用于如果通道转换后所计算的不同路径的通信延迟之间的差异值超过 第三阈值,确定该通道延迟是非对称的。
【文档编号】H04J3/06GK104052564SQ201410275817
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2009年12月31日 优先权日:2009年12月31日
【发明者】苏斌, 李幼仪, 托尔比约恩·埃纳尔松 申请人:Abb研究有限公司
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