[发明专利]一种基于数据交换动态延时补偿的采样值同步方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统智能变电站（有些区域称为数字化变电站，以下统称为智能变电站）中采样值数据传输与同步的技术领域，具体涉及到在智能变电站中可应用的一种基于数据交换动态延时补偿的采样值同步方法。

背景技术

在智能变电站中采样值作为过程层的基础数据之一，被应用于继电保护、测控、录波、计量等系统，各类应用均对采样值的同步特性有严格的要求。采样值的同步特性受合并单元、传输网络以及IED（Intelligent Electronic Device，智能电子设备）设备等影响，是一个复杂系统协同工作后的结果。

目前采样值数据同步应用主要有两种方案：①基于外源同步的源端同步采样；②无需外源同步的末端直采插值同步。

方案①的系统应用见附图1，其原理见附图2：合并单元（MU）通过同步时钟的同步脉冲控制采样节拍，确保多个合并单元之间可以同步采样，并且按统一规则对每个时间片的采样数据编号（标准要求在同步脉冲到达时刻的采样编号为0），各个合并单元采样后，经过一个恒定的额定延时（数据处理和打包的时间开销，由合并单元的软硬件系统决定，是合并单元的固有系统参数）再将数据发出，采样数据经过交换机转发后，由于存储转发、级联、排队等因素产生一个不确定的延时，当流量可控时，这个延时的最恶劣情况可控。由于在源端是同步采样的，需要应用采样数据的IED设备不用关心这个不确定的传输转发延时，仅需要根据采样顺序号实现采样数据的同步。

方案①的优点是可以组网应用，接线简单，各种设备的端口数目需求少，线缆使用量少，数据可共享。

方案①的主要缺陷是对同步时钟的可靠性要求严格，对合并单元的同步信号处理逻辑要求严格，系统可靠性低。从目前已经应用的变电站看，由于同步时钟工作异常或合并单元对同步信号处理逻辑存在缺陷导致采样失步的情况时有发生，对变电站正常运行造成了比较明显的影响，增加了运维人员的工作负担。

方案②的系统应用见附图3，其原理见附图4：多个合并单元之间不需要采样同步，每个合并单元采样后，经过一个恒定的额定延时（数据处理和打包的时间开销Td，由合并单元的软硬件系统决定，是合并单元的固有系统参数）再将数据发出，以点对点的方式传输给需要应用采样数据的IED设备。由于是点对点传输，就不存在存储转发和数据排队等因素引入的传输延时，而链路上的延时仅与距离有关（理论上每300米延时1微秒），在单个变电站的空间范围内，链路物理距离导致的延时可以忽略不计。IED设备在接收到采样数据时用硬件打上精确度满足功能需求的本地时标（Ti），然后根据自己的功能需求，运用插值原理做重采样同步。

插值重采样的原理为（二阶插值）：Vx=f（Tx，Ti-Td，Vi，Tj-Td，Vj）

Vx是IED设备本地Tx时刻的插值点；一般情况下，j=i-1，x位于i与j之间；

Ti-Td是Vi采样点在合并单元中的折算成以IED设备时间为基准的采样时间；

Tj-Td是Vj采样点在合并单元中的折算成以IED设备时间为基准的采样时间；

方案②的优点是不要求合并单元同步采样，可不需要外源同步，可靠性高。

方案②的主要缺陷是只能应用于点对点接线方式，导致接线复杂，对各种装置的端口数目需求多，建设成本高，不能做到真正意义上的数据共享。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于数据交换动态延时补偿的采样值同步方法。所述方法能够将采样值数据在交换机内的存储、排队、转发、级联等不确定的动态延时准确地累加打包到采样值报文中，为IED设备的同步算法提供补偿参数，从而实现采样值的同步。

本发明的一种基于数据交换动态延时补偿的采样值同步方法，包括：

步骤1：当接收到报文数据包的第一个bit时，过程层交换机对所述报文数据包打上本地时标；

步骤2：判断所述报文数据包是否为采样值数据包，如果是采样值数据包，则进入步骤3，否则，直接将所述报文数据包加入相应端口的转发队列中进行转发；

步骤3：解析所述报文数据包，定位所述报文数据包的额定延时品质域，得到所述额定延时品质域内的值Tq；

步骤4：计算所述报文数据包在所述交换机内的驻留时间Td′，并将（Td′+Tq）的值存入所述报文数据包的额定延时品质域中以替换原来的Tq值；

步骤5：将所述报文数据包加入相应端口的转发队列中，并基于步骤4得到的所述报文数据包的额定延时品质域的值发送所述报文数据包。