专利名称：一种异地数据采样同步的方法、系统、装置及设备的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化领域，尤其涉及一种异地数据采样同步的方法、系统、
装置及设备。
背景技术：
在电力系统线路保护中，电流差动保护和距离保护都需要线路两侧的电流量同时
参与计算。线路电流差动保护和距离保护的首先要解决的问题是实现线路两侧采样数据的
同步，如果采样数据不能同步，就不能准确的进行差流和阻抗的计算，就会造成保护装置的
误动或拒动。现有异地数据采样同步的方法有很多种，主要有采样数据修正法、采样时刻调
整法、时钟校正法、采样序号调整法，每种方法都存在着一定的适用范围和局限 对于采样数据修正法，每帧数据都要修正，只能传送相量，不适用于短数据窗，并
且对晶振要求高、电网频率的变化会影响修正精度； 对于采样时刻调整法，对晶振的要求非常严格，如果晶振时钟漂移，两侧失去同步，需要调整采样时刻，涉及硬件时钟的操作，使用不方便； 对于时钟校正法，要求首先实现两侧装置的时钟同步，并且对两侧装置的晶振精度要求较高； 对于采样序号调整法，计算精度与采样频率有关，采样频率越高，同步效果越好，至少要达到96点/周波以上采样频率才能满足保护计算的要求，对硬件的性能要求较高。
综上所述，现有异地数据采样同步的方法对硬件成本高，并且在采样同步前需要时钟同步，采样同步慢、实现复杂。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种异地数据采样同步的方法，旨在解决现有异地数据采样同步的方法对硬件成本高，并且在采样同步前需要时钟同步，采样同步慢、实现复杂的问题。 本发明实施例是这样实现的，一种异地数据采样同步的方法，所述方法包括下述步骤 主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间； 从采样方接收到所述通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔，所述从采样方收发间隔为从采样方接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间差； 主采样方接收到所述从采样方收发间隔后，确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，所述主采样方收发间隔为主采样方发送所述通信延迟时间与接收到所述从采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述采样周期。
本发明实施例的另一目的在于提供一种异地数据采样同步控制系统，所述系统包括 延迟时间发送控制模块，用于按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间；
延迟时间计算模块，用于接收到从采样方收发间隔后确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，所述主采样方收发间隔为发送所述通信延迟时间与接收到所述从采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述采样周期；以及 采样时间确定模块，用于接收到通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔，所述从采样方收发间隔为接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间差。 本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述异地数据采样同步控制系统的微机保护装置。 本发明实施例的另一目的在于提供一种包含上述微机保护装置的电力保护设备。
在本发明实施例中，通过主、从采样方收发时间间隔确定通信延迟时间，从采样方根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，实现了一种异地数据采样同步的方法，不需要主、从采样方间的时钟同步，可以在一个采样周期内实现采样数据的快速同步、实现简单、硬件成本低。
图1是本发明实施例提供的异地数据采样同步的方法的实现流程 图2是本发明实施例提供的主、从采样方同步示意 图3是本发明实施例提供的微机保护装置的结构图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 在本发明实施例中，通过主、从采样方收发时间间隔确定通信延迟时间，从采样方根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻。
图1示出了本发明实施例提供的异地数据采样同步的方法的实现流程，详述如下 1.主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间； 2.从采样方接收到通信延迟时间后，根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信
延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔； 3.主采样方接收到从采样方收发间隔后，确认主采样方收发间隔，并结合从采样
方收发间隔重新计算通信延迟时间。 其中，主采样方收发间隔必需小于采样周期。 在本发明实施例中，先确定好主、从采样方，并且主、从采样方按照存储的相同的采样周期进行采样，下面结合附图2提供的主、从采样方同步示意图对本发明实施例进行进一步说明，tn—p tn、 tn+1、 tn+2为主采样方的采样时刻，tm—p tm、 tm+1、 tm+2为从采样方的采样时刻 主采样方按照采样周期T定时进行采样，并向从采样方发送计算得到的通信延迟
时间。如图2所示，主采样方在tn进行采样，并向从采样方发送通信延迟时间tr。从采样方在tm，接收到主采样方发送的通信延迟时间后，根据其接收到的通信延迟时间tp采样周期T和接收到通信延迟时间的时刻tm，确定下一次的采样时刻tm+1，即tm+1 = tm， +T_tr，按照该确定的采样时刻tm+1进行下一次采样。并且，从采样方在tm，,向主采样方返回从采样方收发间隔tp"该从采样方收发间隔tpl即为从采样方接收到主采样方发送的通信延迟时间与其向主采样方返回从采样方收发间隔的时间差，t^ = tm，,-tm，。这样，主采样方在V接收到从采样方返回的从采样方收发间隔tw后，可以确定主采样方收发间隔t^该主采样方收发间隔tp2即为主采样方最近一次发送通信延迟时间与接收到从采样方收发间隔的时间差，tp2 = tn，_tn。然后，主采样方再根据接收到的从采样方收发间隔tpl计算新的通信延迟时间
t -1
tr，t,"^。其中，初始时主采样方收发间隔tp2和从采样方收发间隔tpl均为O，所以主采
样方第一次计算得到的通信延迟时间tr为O，其第一次发送的通信延迟时间tr为0。
主、从采样方之间的通信延迟时间tr 一经确定，几乎是一个常数，但是通过检测这个参数的异动情况还可以监控主、从通道间的数据传输是否正常。 采用本发明实施例提供的上述方法，只需要经过一个采样周期T，就可以快速将
主、从采样方的采样时刻同步，如图2所示，主采样方的采样时刻tn与从采样方的采样时刻tm不一致，但是经过一个采样周期T的调整，主采样方的采样时刻tn+1与从采样方的采样时刻tm+1已经同步。从采样方根据接收到的通信延迟时间，不断递归，确定其下一次采样时刻，就能实现与主采样方的采样同步。并且，通信延迟时间、和从采样方收发间隔tpl分别由主、从采样方根据各自的时钟计算得到，为计算这两个值，不需要主、从采样方间的时钟同步。另外，采用本发明实施例提供的方法，对实现硬件的晶振没有特殊要求，硬件成本低。 进一步地，在于主、从采样方分别需要对方的采样数据时，上述步骤1中，主采样方发送计算得到的通信延迟时间时，同时发送采样到的数据。并且在步骤2中，从采样方向
主采样方返回从采样方收发间隔时，同时返回从采样方采样到的数据。当然，还可以根据实际需要同时发送需要的一些数据。 为了在主采样方的采样周期改变后从采样方能保持与主采样方采样数据的同步，作为本发明的一个优选实施例，在上述步骤1中，主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间时，同时发送采样周期。那么，在步骤2中，从采样方接收到通信延迟时间和采样周期后，根据该通信延迟时间、采样周期和接收到该通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻。 为了根据实际情况自由确定主、从采样方，不需要预先设置好主、从采样方，以提高双方实现采样同步的灵活性，作为本发明的另一个优选实施例，在步骤1前包括
采样双方根据自由握手协议确定主、从采样方。 这里，握手请求方先发送握手请求，握手接受方收到握手请求后立即进行确认，并将确认信息返回给握手请求方。握手请求方收到确认信息后认为握手成功，然后再将确认结果发送给握手接受方。这样，发送握手请求的握手请求方即为主采样方，接受握手请求的握手接受方即为从采样方。在握手成功后，主、从采样方才进行采样同步。 上述实施例提供的异地数据采样同步的方法可以用于光纤差动保护装置或者距
离保护装置等微机保护装置中，实现异地采样数据的同步，只需要微机保护装置间的光纤
通道满足主采样方收发间隔大于采样周期即可。 本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘，该程序用了执行如下步骤
主采样方按照采样周期定时发送通信延迟时间； 从采样方接收到通信延迟时间后，根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔； 主采样方接收到从采样方收发间隔后，确认主采样方收发间隔，并结合从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间。 图3示出了本发明实施例提供的微机保护装置的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分，该微机保护装置包括顺序连接的辅控单元301、低通滤波单元302、模/数转换单元303、异地数据采样同步控制系统304、存储单元305，继电器输出单元306和光纤接口 307分别连接到异地数据采样同步控制系统304。 该装置可以用于为电力保护设备，可以作为独立的挂件集成到这些设备中或者运行于这些设备的应用系统中。 其中，异地数据采样同步控制系统304包括 延迟时间发送控制模块3041，按照采样周期定时通过光纤接口 307发送计算得到的通信延迟时间，其实现方式如上所述，不再赘述。 延迟时间计算模块3042，接收到从采样方收发间隔后确认主采样方收发间隔，并
结合从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，其实现方式如上所述，不再赘述。 采样时间确定模块3043，接收到通信延迟时间后，根据通信延迟时间、采样周期和
接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并通过光纤接口 307返回从采样方收
发间隔，其实现方式如上所述，不再赘述。 在本发明实施例中，要求主、从采样方微机保护装置间通信的光纤满足主采样方
微机保护装置的收发间隔小于采样周期。异地数据采样同步控制系统304是微机保护装
置的核心，可以采用嵌入式单片机等实现，在嵌入式单片机中装载嵌入式软件、实现通信功
能、控制各种电路实现保护功能，该嵌入式单片机内置32K以上的闪存(Flash)。 辅控单元301中的交流电路用于将现场电流互感器和电压互感器传递过来的电
流电压信号转换成可以被计算机采集的小信号，其电源部分采用高频开关电源，输入为交
流/直流110V或220V，输出为直流5V，为装置的其他模块提供工作电源； 低通滤波单元302滤除辅控单元301输入模拟量的高次谐波，以提高保护的抗
干扰能力；模/数转换单元303可以采用14位以上8通道250kHz的数模转换器，与低通
滤波单元302 —起进行模拟量采集；存储单元305中的动态随机存储器(Dynamic Random
Access Memory, DRAM)用于程序计算和运行时调用等；继电器输出单元306采用光电隔离
后的继电器输出，其空接点与开关柜控制电路或信号电路连接，用于跳闸、合闸或告警等；
光纤接口 307采用专用单模或多模光纤，用于和线路对侧的微机保护装置通信，交换数据(包括通信延迟时间，主、从采样方收发间隔等)和实现采样同步。 当然，微机保护装置还包括开关量输入单元、串口通信单元、显示单元等，在嵌入式单片机中装载的嵌入式软件还包括定时中断采集、数据采集处理、信号采集处理、保护计算、保护逻辑、故障录波、事件记录、串口通信和人机界面等。存储单元305还可以进一步包括铁电存储器(FRAM)，保存定值、保护动作信息和故障录波信息。但是，由于这些单元及软件与本发明实施例无关，所以不一一列出。 为了在主采样方微机保护装置的采样周期改变后从采样方微机保护装置能保持与主采样方微机保护装置的采样同步，作为本发明的一个优选实施例，异地数据采样同步控制系统还包括 采样周期获取模块3044，获取当前的采样周期。 延迟时间发送控制模块3041按照采样周期定时通过光纤接口 307发送计算得到的通信延迟时间时，同时发送采样周期获取模块3044获取到的采样周期。这样，采样时间确定模块3043接收到通信延迟时间后，根据接收到该通信延迟时间的时刻、接收到的通信延迟时间和采样周期确定下一次的采样时刻。 为了根据实际情况自由确定主、从采样方，可以提高双方实现采样同步的灵活性，作为本发明的另一个优选实施例，异地数据采样同步控制系统还包括 握手模块3045，根据自由握手协议确定异地数据采样同步控制系统的主、从关系，即根据自由握手协议确定异地数据采样同步控制系统所属微机保护装置的主、从关系，其实现方式如上所述，不再赘述。 本发明上述实施例提供的微机保护装置可以为距离保护装置，或者适用于中低压线路的光纤差动保护装置。 在本发明实施例中，通过主、从采样方收发时间间隔确定通信延迟时间，从采样方根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，实现了一种异地数据采样同步的方法，不需要主、从采样方间的时钟同步，可以在一个采样周期内实现采样数据的快速同步、实现简单、硬件成本低。 并且，通过主采样方发送采用周期，可以保证主采样方的采样周期改变后从采样方能够保持与主采样方采样数据的同步。通过自由握手协议确定主、从采样方，不需要预先设置好主、从采样方，可以提高双方实现采样同步的灵活性。 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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种异地数据采样同步的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间；从采样方接收到所述通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔，所述从采样方收发间隔为从采样方接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间差；主采样方接收到所述从采样方收发间隔后，确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，所述主采样方收发间隔为主采样方发送所述通信延迟时间与接收到所述从采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述采样周期。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述下一次的采样时刻的计算公式为tm+1 = tm， +T-tr ;其中，、+1为所述下一次的采样时刻，tm'为从采样方接收到所述通信延迟时间的时刻，T为所述采样周期，tr为所述通信延迟时间。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间时，同时发送采样周期。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间的步骤前，所述方法进一步包括下述步骤采样双方根据自由握手协议确定主、从采样方。
5. —种异地数据采样同步控制系统，其特征在于，所述系统包括延迟时间发送控制模块，用于按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间；延迟时间计算模块，用于接收到从采样方收发间隔后确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间，所述主采样方收发间隔为发送所述通信延迟时间与接收到所述从采样方收发间隔的时间差，所述时间差小于所述采样周期；以及采样时间确定模块，用于接收到通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔，所述从采样方收发间隔为接收到所述通信延迟时间与返回所述从采样方收发间隔的时间差。
6. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括采样周期获取模块，用于获取当前的采样周期，以使所述延迟时间发送控制模块在发送通信延迟时间时，同时发送获取到的采样周期。
7. 如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括握手模块，用于根据自由握手协议确定所述异地数据采样同步控制系统的主、从关系。
8. —种微机保护装置，其特征在于，所述微机保护装置包含权利要求5至7任一项所述异地数据采样同步控制系统。
9. 如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述微机保护装置为光纤差动保护装置或距离保护装置。
10. —种包含权利要求9所述微机保护装置的电力保护设备。
全文摘要
本发明适用于电力系统自动化领域，提供了一种异地数据采样同步的方法、系统、装置及设备，所述方法包括下述步骤主采样方按照采样周期定时发送计算得到的通信延迟时间；从采样方接收到所述通信延迟时间后，根据所述通信延迟时间、采样周期和接收到所述通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，并返回从采样方收发间隔；主采样方接收到所述从采样方收发间隔后，确认主采样方收发间隔，并结合所述从采样方收发间隔重新计算通信延迟时间。在本发明中，通过主、从采样方收发时间间隔确定通信延迟时间，从采样方根据通信延迟时间、采样周期和接收到通信延迟时间的时刻确定下一次的采样时刻，可以在一个采样周期内实现采样数据的快速同步、实现简单。
文档编号H02H7/26GK101752901SQ20081021831
公开日2010年6月23日 申请日期2008年12月10日 优先权日2008年12月10日
发明者万涛, 何立林, 文湘辉, 曾幼松, 熊武辉, 郭鸿 申请人:深圳市中电电力技术有限公司