一种基于无线中继的数字化计量平衡现场测试系统及方法与流程

本发明公开了一种基于无线中继的数字化计量平衡现场测试系统及方法，涉及智能变电站数字化计量平衡测试。

背景技术：

1、随着数字化技术在智能变电站的大量应用数字化计量已经成为智能变电站最为广泛采用的一种计量方式。但由于智能变电站的互感器采用多种样式，如高压侧采用电子式互感器、低压侧采用传统互感器。使得数字化计量系统变得复杂，电子式互感器合并单元、模拟量合并单元、同步系统以及网络传输这些新增环节都纳入到数字化计量的整个系统当中，这使得数字化计量的计量平衡问题是困扰智能变电站推广的主要问题，这些问题得不到解决将严重制约智能变电站以及电子式互感器的应用与推广。

2、目前数字化计量主要有以下几种方式，一是电子式互感器的数字化计量，二是传统互感器+合并单元的数字化计量，三是跨间隔的数字化计量方式。影响数字化计量平衡的因数主要有互感器的传递精度、合并单元的配置参数、网络架构的、数据同步、数字化电能表的处理机制等，互感器以及合并单元的传递精度这个可以由互感器或合并单元的精度测试来进行保证，数字化电能表的处理机制也可以由数字化电能测试仪来进行单体测试。但合并单元的配置参数、网络架构的影响、数据同步的影响、数据异常等综合因数目前还没有手段能在现场完成测试。

技术实现思路

1、本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种基于无线中继的数字化计量平衡现场测试系统及方法，提高测试效率，降低了现场的调试风险，同时降低了测试成本、减少测试时间。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于无线中继的数字化计量平衡现场测试系统,包括：上位机、测试主机、无线中继和测试终端；

3、所述上位机用于利用图形化建模软件建立智能变电站数字化计量系统的仿真模型，根据设定的故障对象和时序确定动态仿真过程，生成智能变电站内各间隔数字化电能表采样数据命令；

4、所述测试主机用于接收来自于上位机的采样数据命令，并将采样数据命令通过无线中继再转发至对应测试终端，还用于采用1588完成与无线中继的同步，测试主机主机还通过站控层网络利用iec61850mms协议回采各间隔数字化电能表的电能参量的实时值完成数字化计量平衡的整站测试；

5、所述无线中继用于接收来自测试主机的采样数据命令透传至测试终端，同时采用边界时钟对测试主机的无线1588对时报文采用边界时钟的方式消除无线中继自身报文传输队列对通信时间的影响；

6、所述测试终端与所述智能变电站内数字化电表通信连接，测试终端用于接收来自测试主机的采样数据命令后，对各间隔数字化电能表进行采样，按照各间隔数字化电能表的输出方式，利用iec61850mms协议进行同步输出至测试主机。

7、进一步的，所述无线中继包括:arm芯片和fpga芯片结合的双核cpu，fpga芯片负责以太网报文的接收与发送并且记录其报文的进门与出门之间的时间差，arm芯片负责以太网报文的编解码并利用fpga芯片记录的进门与出门时间差对原始1588对时报文进行对时时间修正后再交由fpga进行发送；双核cpu通过phy芯片为以太网接口芯片分别与测试主机和测试终端进行wifi通信连接。

8、进一步的，所述无线中继采用双无线端口主从模式设计，从端口模式的无线端口与测试主机进行连接，从测试主机获取主时钟时间，另一个无线端口处于主状态；无线中继根据无线报文从端口的接收时间与主端口的无线发送时间重新计算获得一个新的主时钟时间，处于主状态的无线端口作为主时钟再与各测试终端进行1588报文对时。

9、一种基于无线中继的数字化计量平衡现场测试系统的测试方法,包括以下步骤：

10、上位机利用图形化建模软件建立智能变电站数字化计量系统的仿真模型，根据设定的故障对象和时序确定动态仿真过程，生成智能变电站内各间隔数字化电能表采样数据命令；

11、测试主机接收来自于上位机的采样数据命令，并将采样数据命令通过无线中继再转发至对应测试终端，还用于采用1588完成与无线中继的同步；

12、无线中继接收来自测试主机的采样数据命令透传至测试终端，同时采用边界时钟对测试主机的无线1588对时报文采用边界时钟的方式消除无线中继自身报文传输队列对通信时间的影响；

13、测试终端接收来自测试主机的采样数据命令后，对各间隔数字化电能表进行采样，按照各间隔数字化电能表的输出方式，利用iec61850mms协议进行同步输出至测试主机；

14、测试主机主机通过站控层网络利用iec61850mms协议回采各间隔数字化电能表的电能参量的实时值完成数字化计量平衡的整站测试。

15、进一步的，采用边界时钟的方式消除无线中继自身报文传输队列对通信时间的影响主要包括：采用样本滤波、频率校正与延迟修正的方式来提高无线1588的对时精度。

16、进一步的，样本滤波具体包括：

17、对相邻两次样本数据tn和tn+1的变化进行限定，若实际样本数据偏差值超出最大偏差，表明发生了干扰，应剔除该样本数据数据，并用前次数据代替本次样本数据；若小于最大偏差值，则认为样本数据正常；

18、判据如下：

19、

20、式中：t为本次使用的时间样本，tn为前次获取的时间样本，tn+1为本次获取的时间样本，k为最大偏差；

21、通过长期跟踪最小主从系统间环回延时的方式来检测最小平均路径时间；每次维护n个平均路径的时间信息，对时延进行算术平均修正，设置合适的n，在保证高平滑稳定度的前提下提高延迟滤波响应的灵敏度；

22、计算公式如下：

23、

24、式中：tvi为本区域的最小环回延时，ta为监测区域首点的时间样本，tb为监测区域末点的时间样本，tf为本次修正后的路径时间，n为每次修正的样本点数。

25、进一步的，频率校正具体包括：

26、通过测量平均路径延时来调整主、从时钟的频率偏差，主时钟以固定频率向从时钟发送同步报文，从时钟记录修正后的到达报文频率，计算频率修正系数：

27、

28、式中：cn为本次频率修正系数，tn'为从时钟本次获取的报文到达时刻，

29、tn-1'为从时钟前次获取的报文到达时刻，tn为主时钟本次报文发送时刻，tn-1为主时钟前次报文发送时刻；

30、从时钟通过频率修正系数对自身时钟频率进行离散点修正，为防止过调振荡，采用平滑的调节方法，如下式：

31、

32、式中：fn为本次校正后频率，fn-1为前次校正后频率，k为调节系数，cn为本次频率修正系数。

33、进一步的，延迟校正具体包括：

34、使用同步报文和延时请求报文来进行时间校正，获取主、从时钟环回延迟；如果测量延迟大于平均路径时间，则该次测量值可能包含报文传输延迟抖动，不使用该值对从时钟延迟进行校正；反之则测量延迟有效，从时钟通过多次传输延迟消除计算与主时钟的延迟差，实现延迟校正。

35、有益效果：本发明采用仿真软件作为上位机系统，可以针对任意变电站的系统架构、电源特性以及负载特性来进行系统仿真，测试系统可按照真实的变电站模型参数进行搭建，再投运前即可让变电站数字化计量系统处于正常运行状态，尽早发现计量问题，以减少智能变电站停电时间。

36、本发明采用wifi通信，在保证数据实时传输的前提下无需布置大量的光纤与电缆回路，降低了现场的调试风险，同时降低了测试成本、减少测试时间，本发明通过无线中继扩大无线通信的距离，适应于高电压等级的智能变电站的整站数字化计量平衡的整站测试。

37、本发明采用无线1588对时，可以测试pt合并单元与间隔合并单元之间同步特性对计量平衡的影响，也可以测试跨间隔数字化计量的计量平衡，本发明采用边界时钟的方式实现基于无线中继的无线1588对时；主机通过站控层网络利用iec61850mms协议回采各间隔数字化电能表的电能参量的实时值完成数字化计量平衡的整站测试。