传感器系统的制作方法

本发明涉及用于在高压直流(hvdc)网络中使用的传感器系统，并且涉及用于操作在hvdc网络中使用的传感器系统的方法。

背景技术：

已知在hvdc网络中使用传感器来测量hvdc网络的性质。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供一种用于在高压直流网络中使用的传感器系统，该传感器系统包括多个传感器装置，每个传感器装置配置成得到相应传感器测量，其中多个传感器装置配置成生成串行数据单元以用于到接收方系统的传输，串行数据单元配置成包括多个传感器测量，串行数据单元还配置成包括多个有效性指示符，每个有效性指示符配置成提供多个传感器测量的相应一个传感器测量的单独有效性状态。

每个传感器测量可包括单个物理测量，或者可包括串行布置的物理测量的集合。例如，给定传感器装置可得到包括单个电压或电流的传感器测量或者包括测量数据单元中串行布置的若干电压和/或电流的集合的传感器测量。即，串行数据单元中的每个传感器测量可对应于一个或多个物理测量。

串行数据单元包括在单个数据线上出现的比特序列，并且可采取串行数据分组或帧的形式。将会理解，“比特”是通过软件和/或硬件模块或电路所处理的电或光信号。

串行数据单元的使用实现以低等待时间从多个传感器装置到接收方系统(诸如，hvdc网络控制器)的多个传感器测量的传输，以确保hvdc网络及其组件（诸如，转换器)的控制的稳定性。然而，串行数据单元的完整性能够不利地受到产生于比特差错(其可通过噪声级来引入)的至少一个错误比特所影响。

按常规，串行数据单元包括检错码，其能够用来检测错误是否存在于串行数据单元中。当在串行数据单元中检测到错误时，丢弃整个串行数据单元，并且新串行数据单元必须从多个传感器装置传送到接收方系统。然而，整个原始串行数据单元的丢弃对于hvdc应用可能是不可接受的。这是因为丢弃整个原始串行数据单元可引起特别是与时间敏感情况(诸如故障发生)有关的有用传感器信息的丢弃。

通过在串行数据单元中提供多个有效性指示符，变得可能辨别串行数据单元中存储的每个传感器测量的单独数据质量，以便实现从包括至少一个错误的串行数据单元中检索有用传感器信息，这又可限制或消除对传送新串行数据单元的需要。这具有改进传感器系统的可靠性和性能的效果。

相比之下，检测串行数据单元中的错误的上述常规方法没有考虑每个传感器测量的单独数据质量，即，检测串行数据单元中的错误的上述常规方法不能够确定传感器测量中的哪一个是无效的。

本发明不仅可缩放到传感器系统中的任何数量的传感器装置，而且还允许数据错误率(即，每单位时间的数据错误的数量)与传感器装置的数量无关地被控制。

在本发明的实施例中，传感器系统还可包括传感器管理单元，其配置成评估每个有效性指示符以确定对应传感器测量是有效还是无效。

传感器管理单元的提供允许在传感器测量到接收方系统的传输之前的每个传感器测量的单独数据质量的评估。这又准许适当数据转发策略的实现，以改进从串行数据单元中检索有用传感器信息。

可选地，传感器系统还可包括至少一个网关，其配置成与多个传感器装置进行通信。所述或每个网关可包括传感器管理单元，并且所述或每个网关可配置成与接收方系统是可通信的。

传感器管理单元可配置成响应于传感器管理单元确定多个传感器测量中没有传感器测量是无效的而向接收方系统传送串行数据单元。

传感器管理单元可配置成在传感器管理单元评估每个有效性指示符之后基于串行数据单元来生成修改的串行数据单元，并且将修改的串行数据单元传送给接收方系统。

修改的串行数据单元可以多种方式配置成改进传感器系统的性能。

修改的串行数据单元可配置成包括来自串行数据单元的至少一个有效传感器测量。修改的串行数据单元的这种配置使接收方系统能够从修改的串行数据单元中检索采取所述或每个有效传感器测量的形式的有用传感器信息。

修改的串行数据单元可配置成从串行数据单元中省略有效性指示符。传感器管理单元的这种配置实现修改的串行数据单元的大小的减小，这改进传送修改的串行数据单元的效率。

传感器管理单元可配置成响应于传感器管理单元确定多个传感器测量中的至少一个是无效的而基于串行数据单元来生成修改的串行数据单元。传感器管理单元的这种配置准许响应于确定多个传感器测量中的至少一个是无效的而生成修改的串行数据单元，以便改进从修改的串行数据单元中检索有用传感器信息。

修改的串行数据单元可配置成包括错误指示符，其标识所述或每个无效传感器测量。修改的串行数据单元的这种配置允许接收方系统容易地且准确地标识所述或每个无效传感器测量，因而使得从修改的串行数据单元中检索有用传感器信息更直截了当。

传感器管理单元可配置成通过利用某个或相应替换传感器测量替换所述或每个无效传感器测量来生成修改的串行数据单元。传感器管理单元的这种配置增大能够从修改的串行数据单元中检索的有用传感器信息量。

存在得到所述或相应替换传感器测量的多种方式，其非限制性示例被描述如下。

传感器管理单元可配置成通过执行多个传感器测量中的至少一个的信号处理来得到所述或相应替换传感器测量。

传感器管理单元可配置成通过估计所述或相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。

传感器管理单元可配置成通过过滤在更早的时间所得到的至少一个先前传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。所述或每个先前传感器测量可被存储在对应网关中。

传感器管理单元可配置成通过基于预测模型和在更早的时间所得到的至少一个先前传感器测量预测所述或相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。

传感器管理单元可配置成通过从通过对应冗余传感器装置和/或通过应用级冗余度所得到的冗余传感器测量得出所述或相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。这允许利用从冗余传感器装置所得到的实际传感器测量直接替换无效传感器测量。

将会理解，本发明的上下文中的术语“应用级冗余度”指的是为了得到所述或每个冗余传感器测量而在应用(其在此情况中是高压直流网络)中可用的一个或多个另一测量的使用。

例如，如果给定传感器测量在应用级被链接到一个或多个另一传感器测量，则给定传感器测量的冗余版本能够通过应用级冗余度经由给定传感器测量在应用级与所述或每个另一传感器测量之间的关系来得到。即，虽然传感器装置能够彼此无关，但应用将传感器测量链接在一起。

传感器管理单元可配置成通过从至少一个有效传感器测量得出所述或相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。例如，传感器管理单元可配置成基于一个或多个有效传感器测量来执行所述或相应替换传感器测量的计算(例如外插、内插等)。

修改的串行数据单元可配置成包括检错码，检错码配置成提供修改的串行数据单元的有效性状态。

检错码可采取有效性校验序列号的形式，诸如循环冗余校验(crc)或帧校验和（checksum）序列(fcs)。修改的串行数据中的检错码的提供允许接收方系统评估修改的串行数据的有效性。

修改的串行数据单元可配置成包括至少一个纠错码，所述或每个纠错码与某个或相应无效传感器测量关联，所述或每个纠错码配置成可用于校正对应无效传感器测量中的错误和/或多个有效性指示符的至少一个有效性指示符中的错误。修改的串行数据中的所述或每个纠错码的提供允许接收方系统校正所述或每个无效传感器测量和/或多个有效性指示符中的至少一个有效性指示符。

根据本发明的第二方面，提供一种操作传感器系统的方法，其中传感器系统用于在高压直流网络中使用，传感器系统包括多个传感器装置，每个传感器装置配置成得到相应传感器测量，该方法还包括生成串行数据单元以用于到接收方系统的传输的步骤，串行数据单元配置成包括多个传感器测量，串行数据单元还配置成包括多个有效性指示符，每个有效性指示符配置成提供多个传感器测量的相应一个传感器测量的单独有效性状态。

本发明的第一方面的传感器系统及其实施例的特征和优点经过必要修改适用于本发明的第二方面的方法及其实施例。

本发明的方法可包括评估每个有效性指示符以确定对应传感器测量是有效还是无效的步骤。

本发明的方法可包括响应于确定多个传感器测量中没有传感器测量是无效的而向接收方系统传送串行数据单元的步骤。

本发明的方法可包括下列步骤：在每个有效性指示符的评估之后基于串行数据单元来生成修改的串行数据单元；以及将修改的串行数据单元传送给接收方系统。

在本发明的方法中，修改的串行数据单元可配置成包括来自串行数据单元的至少一个有效传感器测量。

在本发明的方法中，修改的串行数据单元可配置成从串行数据单元中省略有效性指示符。

本发明的方法可包括响应于确定多个传感器测量中的至少一个是无效的而基于串行数据单元来生成修改的串行数据单元的步骤。

在本发明的方法中，修改的串行数据单元可配置成包括错误指示符，其标识所述或每个无效传感器测量。

本发明的方法可包括通过利用某个或相应替换传感器测量替换所述或每个无效传感器测量来生成修改的串行数据单元的步骤。

本发明的方法可包括通过以下至少一项来得到所述或相应替换传感器测量的步骤：

执行多个传感器测量中的至少一个传感器测量的信号处理；

估计所述或相应替换传感器测量；

过滤在更早的时间所得到的至少一个先前传感器测量；

基于预测模型和在更早的时间所得到的至少一个先前传感器测量来预测所述或相应替换传感器测量；

从通过对应冗余传感器装置和/或通过应用级冗余度所得到的冗余传感器测量来得出所述或相应替换传感器测量；

从至少一个有效传感器测量来得出所述或相应替换传感器测量。

在本发明的方法中，修改的串行数据单元可配置成包括检错码，检错码配置成提供修改的串行数据单元的有效性状态。

在本发明的方法中，修改的串行数据单元可配置成包括至少一个纠错码，所述或每个纠错码与某个或相应无效传感器测量关联，所述或每个纠错码配置成可用于校正对应无效传感器测量中的错误和/或多个有效性指示符的至少一个中的错误。

附图说明

现在将通过非限制性示例、参照附图来描述本发明的优选实施例，附图中：

图1至图3分别示意示出具有星形拓扑、总线拓扑和环形拓扑的通信网络；

图4示出常规串行数据帧；

图5示出根据本发明的实施例、由传感器系统所生成的示范串行数据帧；以及

图6是示出描绘由本发明的传感器系统所实现的示范数据转发算法的流程图。

具体实施方式

提供根据本发明的实施例的传感器系统，其中传感器系统用于hvdc网络中使用。

该传感器系统包括多个传感器装置和网关g。每个传感器装置(例如电流传感器、电压传感器等)配置成测量hvdc网络的性质(例如电流、电压等)。每个传感器装置与网关g通信，网关g又配置成使用中与接收方系统c(例如hvdc网络控制器(例如转换器控制器))通信。

这样，多个传感器装置、网关g和接收方系统c定义通信网络。结合多个传感器装置、网关g和接收方系统c的通信网络的示例在图1至图3中示出，其中通信网络分别具有星形拓扑、总线拓扑和环形拓扑。

在其他实施例中，设想传感器系统可包括一个或多个附加网关。所述或每个附加网关可共享与网关g相同的配置，以便对传感器系统提供冗余度。

在使用中，多个传感器装置的每个得到与hvdc网络的性质对应的相应传感器测量s1、s2、sn。

每个传感器测量s1、s2、sn可包括单个物理测量，或者可包括串行布置的物理测量的集合。例如，给定传感器装置可得到包括单个电压或电流的传感器测量s1、s2、sn或者包括测量数据单元中串行布置的若干电压和/或电流的集合的传感器测量s1、s2、sn。即，每个传感器测量可对应于一个或多个物理测量。

当多个传感器装置与网关g之间的距离l不是显著大于网关g与接收方系统c之间的距离d时，期望在串行数据帧中布置多个传感器测量s1、s2、sn，以便实现多个传感器测量s1、s2、sn以低等待时间从多个传感器装置到接收方系统c的传输，以确保hvdc网络及其组件的控制的稳定性。

图4示出基于多个传感器测量s1、s2、sn的常规串行数据帧。在使用中，常规串行数据帧经由网关g来传送给接收方系统c。

常规串行数据帧的报尾包括采取crc形式的检错码，其基于常规串行数据帧中的所有传感器测量s1、s2、sn来计算。检错码然后使用crc校验算法由网关g来评估，以确定常规串行数据帧的有效性。这确保由多个传感器装置向接收方系统c所提供的传感器信息的一致性。crc可通过另一种类型的有效性校验序列号(例如fcs)来替换。

常规串行数据帧的完整性能够不利地受到至少一个错误比特所影响，这在检错码由接收方系统c来评估时产生错误值。当发现错误存在于常规串行数据帧中时，整个常规串行数据帧由网关g基于整个常规串行数据帧包含不能被传递给接收方系统c的错误传感器信息被丢弃。然后必要的是将新常规串行数据帧从多个传感器装置传送给接收方系统c。

虽然上述常规方式对容许延迟应用(例如非实时计算、数字tv传输系统、因特网通信、电子邮件系统等)可能是可接受的，然而整个常规串行数据帧的丢弃对hvdc应用可以是不可接受的。这是因为丢弃整个常规串行数据帧可引起特别是与时间敏感情况(诸如故障发生，可靠波形测量的提供对于其能够是重要的)有关的有用传感器信息的丢弃。

图5示出由按照本发明的多个传感器装置所生成的示范串行数据帧。除了多个传感器测量s1、s2、sn之外，本发明的串行数据帧还包括多个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn，各自采取fcs的形式(其可通过诸如crc等的另一种类型的有效性校验序列号来替换)。每个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn基于多个传感器测量s1、s2、sn的相应一个传感器测量来计算，并且按照这种方式配置成提供对应传感器测量s1、s2、sn的单独有效性状态。本发明的串行数据帧包括采取crc形式的检错码，以准许有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn中的任何错误的识别。

将会理解，在本发明的串行数据帧中包含报头和报尾是可选的。

在本发明的串行数据帧从多个传感器装置传送给网关g之后，网关g的传感器管理单元(未示出)通过基于本发明的串行数据帧中存储的给定传感器测量s1、s2、sn计算值并且将所计算的值与对应有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn进行比较，来评估每个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn。如果所计算的值和对应有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn是相同的，则本发明的串行数据帧中存储的给定传感器测量s1、s2、sn被确定为有效。否则，如果所计算的值和对应有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn不是相同的，则本发明的串行数据帧中存储的给定传感器测量s1、s2、sn被确定为无效。

这样，本发明的串行数据帧中的多个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn的提供使传感器管理单元能够辨别每个传感器测量s1、s2、sn的单独数据质量，以便确定每个传感器测量s1、s2、sn是有效还是无效的。

相比之下，检测常规串行数据帧中的错误的上述常规方法没有考虑每个传感器测量s1、s2、sn的单独数据质量，即，检测常规串行数据帧中的错误的上述常规方法不能够确定传感器测量s1、s2、sn的哪个是无效的。

本发明的串行数据帧的有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn的上述评估准许网关实现适当数据转发策略，以改进从串行数据帧中检索有用传感器信息。

当本发明的串行数据帧中存储的多个传感器测量s1、s2、sn中没有传感器测量被确定为无效时，传感器管理单元则向接收方系统c传送本发明的串行数据帧。

可选地，传感器管理单元可通过从串行数据帧中省略有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn来生成修改的串行数据帧，并且向接收方系统c传送修改的串行数据帧。

在本发明的串行数据帧中存储的至少一个传感器测量s1、s2、sn被确定为无效时，传感器管理单元则在将修改的串行数据帧传送给接收方系统c之前生成包括任何有效传感器测量s1、s2、sn的修改的串行数据帧以及标识所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn的错误指示符。修改的串行数据帧的这种配置使接收方系统c能够不仅从修改的串行数据帧中检索采取所述或每个有效传感器测量s1、s2、sn的形式的有用传感器信息，而且还容易地且准确地标识所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn，因而使得从修改的串行数据帧中检索有用传感器信息更直截了当。

可选地，修改的串行数据帧可配置成从串行数据帧中省略有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn，使得修改的串行数据帧的大小能够减小，以改进向接收方系统c传送修改的串行数据帧的效率。

为了增大能够从修改的串行数据帧中检索的有用传感器信息量，传感器管理单元可通过利用某个或相应替换传感器测量替换所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn，来生成修改的串行数据帧。

所述或相应替换传感器测量可由传感器管理单元通过多个传感器测量s1、s2、sn的至少一个的信号处理来得到。将会理解，信号处理策略可至少部分处于接收方系统c的控制下。

在多个传感器测量s1、s2、sn的至少一个的信号处理的示例中，传感器管理单元可使用应用级冗余度来得到所述或相应替换传感器测量。例如，传感器管理单元可基于一个或多个有效传感器测量s1、s2、sn来执行所述或相应替换传感器测量的估计的计算(例如外插、内插等)。

在多个传感器测量的至少一个的信号处理的另一个示例中，传感器管理单元可通过过滤在更早的时间所得到并且在网关中存储的至少一个先前传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。

例如，给定传感器测量(例如s1(k))可由于帧中的错误而从串行数据帧缺失，其中‘k’指的是时刻。然后，如果对于更早的‘m’个时刻的所述或每个先前传感器测量s1(m)存储在网关中，则传感器管理单元能够通过过滤所述或每个先前传感器测量s1(m)来得到过滤的传感器测量s1(k)。示范过滤信号s1(k)可通过s1(k)=(1/m)×[s1(k-1)+...+s1(k-m)]给出。

在多个传感器测量的至少一个的信号处理的另一示例中，传感器管理单元可通过基于预测模型以及在更早的时间所得到并且在网关中存储的至少一个先前传感器测量预测所述或每个相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。

例如，给定传感器测量(例如s1(k))可由于帧中的错误而从串行数据帧缺失，其中‘k’指的是时刻。然后，如果对于更早的‘m’个时刻的所述或每个先前传感器测量s1(m)存储在网关中，则传感器管理单元能够基于预测模型和所述或每个先前传感器测量s1(m)来得到预测传感器测量s1(k)。示范预测信号s1(k)可通过s1(k)=predictionmodel(s1(k-1),...,s1(k-m))给出。预测模型可以是或者可包括数学方程集合，其将信号s1的预计演进描述为时间的函数，并且基于所述或每个先前传感器测量s1(m)。

此外，传感器系统可包括多个冗余传感器装置(未示出)，其每个配置成测量与多个传感器装置的相应一个传感器装置相同的hvdc的性质。这允许传感器管理单元通过从由对应冗余传感器装置所得到的冗余传感器测量得出所述或相应替换传感器测量使用传感器冗余度来得到所述或相应替换传感器测量。这允许采用从冗余传感器装置所得到的实际传感器测量对无效传感器测量s1、s2、sn的直接替换。

另外或备选地，传感器管理单元可通过从通过应用级冗余度所得到的冗余传感器测量得出所述或相应替换传感器测量来得到所述或相应替换传感器测量。在一个示例中，如果给定传感器测量s1经由等式(例如s1=s2+sn)在应用级来链接到一个或多个另一传感器测量s2、sn，则给定传感器测量s1的冗余版本能够通过应用级冗余度经由等式(例如s1(redundant)=s2+sn))来得到。在另一个示例中，如果传感器测量s1、s2、sn是电路回路中的电压测量，则传感器测量s1、s2、sn将经由基尔霍夫电压定律来链接，其然后能够用来得到传感器测量s1、s2、sn的任一个的冗余版本。

可选地，传感器管理单元可在向接收方系统c传送修改的串行数据之前计算修改的串行数据帧的检错码。检错码可采取有效性校验序列号的形式，例如循环冗余校验(crc)或帧校验和序列(fcs)。修改的串行数据中的检错码的提供允许接收方系统c评估修改的串行数据的有效性。

进一步可选地，修改的串行数据帧可配置成包括至少一个纠错码，其中所述或每个纠错码与某个或相应无效传感器测量s1、s2、sn关联和/或与多个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn的至少一个中的错误关联。所述或每个纠错码能够由接收方系统c用来校正对应无效传感器测量s1、s2、sn中的错误和/或多个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn的至少一个中的错误。

所述或每个纠错码采取一个或多个冗余比特的形式来包含在串行数据帧中，冗余比特没有增加另外的传感器信息，而是转而提供在需要时恢复丢失数据的保护。

例如，当给定传感器测量s1由以下串行布置二进制数据比特来形成：[d1d2=10]时，冗余度比特可通过使用以下表达式在每个传感器装置来添加：r1=d1，r2=xor(d1,d2)，r3=xor(r1,r2)，其中xor(.)是异或逻辑运算符。以下串行布置的比特[d1d2r1r2r3]则从每个传感器装置来传送给网关。传感器管理单元通过比较d1和r1(其在无错误情况下应当匹配)并且通过利用d2的接收值计算d1的接收值，来检查接收数据的有效性。

在这个示例中，并且不失一般性，假定每次只有一个比特可出错。当以下串行布置的二进制数据比特作为[d1d2＝10]来生成时，则传送给网关的串行布置的比特则是：[d1d2r1r2r3]=[10110]。例如，如果比特d2是错误的，则所接收的串行数据帧采取[d1d2r1r2r3]=[11110]的形式。传感器管理单元则能够计算以下验证：d1=r1(并且因此能够假定d1是正确的)；xor(d1,d2)=0，其与r2的接收值不同；xor(r1,r2)=0，其等于r3的接收值，并且由此能够假定在冗余度比特中没有错误发生。因此，传感器管理单元能够推断d2是错误的，并且通过反转其逻辑值来校正d2的值，因此局部地产生数据比特[d1d2]=[10]，以匹配原始生成的数据比特。校正串行数据帧然后被传送给接收方系统c，而没有对于从传感器装置向网关重传数据的需要。

图6示出描绘在本发明的传感器系统的网关g所实现的示范数据转发算法的流程图。

在网关g处接收串行数据帧时，传感器管理单元评估串行数据帧的检错码，以确定是否有任何错误存在于串行数据帧中。

如果检错码的评估确定串行数据帧中不存在错误，则串行数据帧完整地被转发到接收方系统c。有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn可以可选地从所转发的串行数据帧中省略。

如果检错码的评估确定串行数据帧中存在至少一个错误，则传感器管理单元单独评估每个有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn，以便确定对应传感器测量s1、s2、sn是有效还是无效的。

任何有效传感器测量sk存储在缓冲器中，其在图6中表示为f[k]，其中k=1,2,...,n。同时，所述或每个无效传感器测量被标记为错误的，并且在所示实施例中通过替换传感器测量来替换，其然后被存储在缓冲器f[k]中，其中k=1,2,...,n。得到替换传感器测量的方式在本专利说明书的其他部分中详述。

备选地(图6中未示出)，代替替换所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn，所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn可被存储在缓冲器f[k]中，并且修改的串行数据帧配置成包括错误指示符，其标识所述或每个无效传感器测量s1、s2、sn。

在所有有效性指示符fcs1、fcs2、fcsn已被评估之后，传感器管理单元计算修改的串行数据帧的检错码，并且然后向接收方系统c传送修改的串行数据帧f。

因此，本发明的传感器系统准许从包括至少一个错误的串行数据帧中检索有用传感器信息，这又可限制或消除对传送新串行数据帧的需要。这具有改进传感器系统的可靠性和性能的效果。另外，本发明不仅可缩放到传感器系统中的任何数量的传感器装置，而且还允许帧差错率(即，每单位时间的帧错误的数量)与传感器装置的数量无关地被控制。

将会理解，本发明的上述实施例中的串行数据帧可通过另一种类型的串行数据单元(诸如串行数据分组)来替换。