专利名称：基于电压相位比较的10kV合并单元数据同步在线检测方法
技术领域：
本发明涉及数据传输的同步检测技术领域，更具体地说，涉及一种基于电压相位比较来进行IOkV合并单元(MU)之间数据同步的检测方法。
背景技术：
合并单元(MU)是一种广泛应用于数字化变电站的智能电子设备，数字化变电站在结构上共分为三层，站控层，间隔层以及过程层，合并单元MU工作在过程层，它的任务是按照一定的采样率采集电子式电压/电流互感器传输过来的电压值和电流值，并将这些采样点以采样值(SV)报文的形式通过过程层网络传输给间隔层的智能电子设备。一座变电站同时需要配置多台合并单元MU设备，这些合并单元MU共同组成一个分布式系统，为数字化变电站二次保护测控设备提供处理信息。由于合并单元MU之间是分布式的关系，而保护与测控装置又需要综合处理不同合并单元MU发送过来的信息之后才能做出判断，所以需要这些合并单元MU在采集电压/电流互感器的电压/电流值的时候在时间上有着很高的同步精度，这样才能保证保护与测控设备处理的是同一个时刻的电压与电流值。对于不同应用情况下电流、电压采样的同步精度在IEC 61850国际规约中有明确要求，如对于计量的采样值SV报文，同步精度是Ius ；用于一般的传输线路保护的采样值SV报文，同步精度为 4us。为了满足不同的时间同步精度，合并单元MU采集信息时需要利用时间同步协议进行对时，现有的对时协议有简单网络时间协议(SNTP)、秒脉冲对时和1588对时等等。这些对时协议从技术层面上可以确保合并单元MU采集的数据是同步的，但是在实际工程应用中，合并单元MU采集的信息是否已经满足同步的标准，还需要进一步的判断。为了应对对时协议出现了问题或者其他故障的情况出现，导致合并单元MU之间无法同步，实际工程应用中还需要通过一种在线检测的方式，实时的对合并单元MU之间的同步精度进行检测，一旦发现问题，可及时提醒运行人员。现阶段，在实现在线实时检测合并单元(MU)之间的采样是否同步的这一工程问题上，至今还未有个人或单位提出相应的措施。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于电压相位比较的 IOkV合并单元MU的数据同步在线检测方法，此方法通过对比合并单元MU采集的电压信号的相位来判断合并单元MU之间是否同步，提高了系统保护设备的可靠性。为了达到上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现一种基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于包括以下步骤第一步，启动同步检测装置，同步检测装置开始接收不同的合并单元的电压采样值报文；第二步，从一个相同点开始对不同的合并单元的电压采样值报文进行一个周波统计；第三步，同步检测装置完成电压采样值报文一个周波的接收工作后，对是否发生采样点丢失情况进行判断(1)发生采样点丢失，则丢弃已接收到的电压采样值报文信息， 转向第二步；( 未发生采样点丢失，则进行第四步；第四步，同步检测装置对接收的不同的合并单元的电压采样值之间是否相差一个周波的整数倍的时间进行判断1判断结果为肯定，则产生报警；II判断结果为否定，则将电压采样值报文内部的同步标志置位，然后进行第五步；第五步，同步检测装置计算出一个周波内所采集的合并单元的波形相位，按照如下方法对任意两个合并单元是否同步的进行比较在任意两个合并单元的波形相位上，选取至少两个同一个时刻的采样点按式(1)进行电压相位的比较比较结果满足式(1)则判断合并单元之间是同步的；比较结果不满足式(1)，则发出合并单元之间不同步的报警；I θ ι- θ 3| < εI θ 2- θ 4| < ε (1)其中，θ 1和θ 3、θ 2和θ 4为同一个时刻的采样点在两个波形上的电压相位，ε 为允许的误差值，Θ1和θ 2位于同一个波形上，θ 3和θ 4位于另一个波形上。通过上述方法，利用电压的相位进行对比，可有效地判断合并单元MU之间是否同步，从而实现对合并单元MU数据的同步在线检测。更具体地说，所述第三步中，对是否发生采样点丢失情况进行判断是指，同步检测装置对每一个接收到的电压采样值报文进行计数值的检测(1)计数值不连续，则代表已发生丢点；( 计数值连续，则代表未发生丢点。同步检测装置对接收的不同的合并单元的电压采样值之间是否相差一个周波的整数倍的时间进行判断是指，通过对比不同合并单元电压相位相同的点的报文计数值是否相同来进行判断。所述每个合并单元设置在相应的馈线上，所述馈线以并联的方式连接在同一条母线上，其输出均与同步检测装置相连接。所述合并单元与电压互感器和电流互感器信号连接，通过电压互感器和电流互感器采集母线的电压值以及该条馈线的电流值，将电压值和电流值输入到同步检测装置。与现有技术相比，本发明具有如下优点与有益效果1、本发明的方法利用电压的相位进行对比，可有效地判断合并单元(MU)之间是否同步，从而实现对合并单元(MU)数据的同步在线检测。2、本发明的方法可实现合并单元(MU)在线同步检测，使得变电站的运行人员能够及时的发现合并单元(MU)发生不同步的情况，并采取相应的措施，提高了保护设备的可靠性。
图1是本发明合并单元(MU)的接线示意图；图2(a)是同一个时刻的采样点在两个波形上电压相位相同的示意图；图2(b)是同一个时刻的采样点在两个波形上电压相位不相同的示意图；图3是两个合并单元(MU)恰好有20ms时间差的情况示意图4是本发明实现同步检测的方法的流程图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明作进一步详细的描述。实施例本实施例以三条连接在同于一条母线上的馈线为例进行下述说明。本发明的合并单元(MU)的接线示意图如图1所示，3条连接在同于一条母线上的馈线F1、F2和F3，每一条馈线均配有一台合并单元(MU)设备，合并单元(MU)负责采集电压/电流互感器上的母线电压值以及该条馈线的电流值。由实际的接线图可以看出，为合并单元MU1、合并单元MU2和合并单元MU3提供电压信号的电压互感器并联连接在同一条母线上，其两端的电压值(包括瞬时值和相位)相等。合并单元MU1、合并单元MU2和合并单元MU3将采集的电压值和电流值通过馈线输入到同步检测装置，实现同步检测的方法。本发明基于电压相位比较的IOkV合并单元MU的数据同步在线检测方法，其流程图如图4所示，包括以下步骤第一步，启动同步检测装置，同步检测装置开始接收不同的合并单元的电压采样值报文；第二步，从一个相同点开始对不同的合并单元的电压采样值报文进行一个周波统计；第三步，同步检测装置完成电压采样值报文一个周波的接收工作后，对是否发生采样点丢失情况进行判断(1)发生采样点丢失，则丢弃已接收到的电压采样值报文信息， 转向第二步；( 未发生采样点丢失，则进行第四步；第四步，同步检测装置对接收的不同的合并单元的电压采样值之间是否相差一个周波的整数倍的时间进行判断1判断结果为肯定，则产生报警；II判断结果为否定，则将电压采样值报文内部的同步标志置位，然后进行第五步；第五步，同步检测装置计算出一个周波内所采集的合并单元的波形相位，按照如下方法对任意两个合并单元是否同步的进行比较在任意两个合并单元的波形相位上，选取至少两个同一个时刻的采样点按式(1)进行电压相位的比较比较结果满足式(1)则判断合并单元之间是同步的；比较结果不满足式(1)，则发出合并单元之间不同步的报警；I θ 1- θ 3 I < εI θ 2- θ 4| < ε ⑴其中，θ 1和θ 3、θ 2和θ 4为同一个时刻的采样点在两个波形上的电压相位，ε 为允许的误差值，Θ1和θ 2位于同一个波形上，θ 3和θ 4位于另一个波形上。ε同选用的同步协议有关，如果使用IEEE 1588进行对时，则一般情况下经过1588对时的设备之间的同步误差不会超过1微妙，如果表现在电压的相位上则ε =0.018°。本发明的同步在线检测方法的基本原理是合并单元MU对电压互感器输出的电压值按照固定的频率进行采样，将每一个采样点的信息打包成一个采样值SV报文向间隔层发送。如果这些合并单元MU之间是同步的， 那么同一个时间段采集的电压的相位应该是一致的。合并单元MU数据的同步在线检测方法就是基于以上原理来实现的。
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图2(a)中显示了根据合并单元MUl (图2(a)上方)和合并单元MU2(图2 (a)下方)的采样值所生成的波形图。al、a2为MUl波形上的两个点，bl、l32为合并单元MU2波形上的两个点，用作对比的采样点的选取是任意的，但是al和bl是处在两个波形上相同位置的两个点，a2同1^2也是如此。θ 1为al点距离坐标纵轴的距离，θ 2为a2点距离坐标纵轴的距离，θ 3为bl点距离坐标纵轴的距离，θ 4为1^2点距离坐标纵轴的距离。如果合并单元MUl和合并单元MU2是同步的，则在图中所示的这个时间段内的两个MU采样值所形成的波形应该是同相位的，表现为如果在两个波形上任意选取在相同位置的一点或几个点进行比较，则它们距离纵轴的长度应该是相等的，即在图2(a)中有这样数值关系θ 1 = θ 3 ； (1)θ 2 = θ 4 ； (2)式⑴⑵代表已同步的合并单元MU在这个时间段内的电压波形相位相同。如果两个合并单元MU并不同步，则如图2(b)所示，在两个波形上任意选取位置相同的点，它们距离纵轴的长度不相等，即θ 1兴θ 3，θ 2兴θ 4。所以只要得到不同合并单元MU在一段时间内(为了方便一般选取一个周波的时间长度-20ms)每个采样点的电压相位，就可以对合并单元MU之间的同步情况进行检测。要想获得一个时间段内某一点的电压的相位，则需要综合该采样点所在的周波的一个周期的采样点的信息，才能比较精确的计算出该点的相位。因此，基于电压相位对比的同步检测方法是每经过一个周波，才对电压相位进行一次比较的。但是由于采样值SV报文在传输的过程当中会出现报文丢失的现象，所以一旦报文发生丢失，一个周波的电压信息变得不完全，就会影响到采样点电压相位的计算，造成误差，为了保证同步检测的精确性，应该对发生丢点的这一个周波采取丢弃处理。判断采样值 SV报文是否丢失是根据合并单元MU固有的对采样值SV报文进行计数的这一个技术特性进行的。合并单元MU在每一秒内对每一个采样值SV报文进行计数，从每一秒开始的时候给第一个采样值SV报文记为0，第二个采样值SV报文记为1，对于用于保护的采样值，采样频率为每秒80个采样点，那么一秒钟之内采样值SV报文数量最大会达到50X80 = 4000 个点，采样值SV报文的计数值最高为3999。同步检测装置对每一个接收到的采样值SV报文进行计数值的检测，一旦发现计数值不连续，则代表已发生丢点，然后将该点所在的周波丢弃，转向接收下一周波。利用采样值SV报文的此种特性还可以辅助判断合并单元MU之间是否同步，通过用来对比电压相位所选取的不同合并单元MU的波形上同一个位置的采样点是否属于同一个周波，避免两个合并单元MU恰好相差20ms这种巧合时间的发生。如图3所示，虽然al 和bl处在波形上的同一个位置，相位相比较的结果也符合要求，但是实际两个合并单元MU 是不同步的，通过对比两个点的采样值SV报文计数值就能够判断所选取的点刚好相差一个周波的时间，这种情况需要进行不同步报警。上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于包括以下步骤第一步，启动同步检测装置，同步检测装置开始接收不同的合并单元的电压采样值报文；第二步，从一个相同点开始对不同的合并单元的电压采样值报文进行一个周波统计；第三步，同步检测装置完成电压采样值报文一个周波的接收工作后，对是否发生采样点丢失情况进行判断(1)发生采样点丢失，则丢弃已接收到的电压采样值报文信息，转向第二步；( 未发生采样点丢失，则进行第四步；第四步，同步检测装置对接收的不同的合并单元的电压采样值之间是否相差一个周波的整数倍的时间进行判断1判断结果为肯定，则产生报警；II判断结果为否定，则将电压采样值报文内部的同步标志置位，然后进行第五步；第五步，同步检测装置计算出一个周波内所采集的合并单元的波形相位，按照如下方法对任意两个合并单元是否同步的进行比较在任意两个合并单元的波形相位上，选取至少两个同一个时刻的采样点按式⑴进行电压相位的比较比较结果满足式⑴则判断合并单元之间是同步的；比较结果不满足式(1)，则发出合并单元之间不同步的报警； θ ι- θ 3| < ε θ 2- θ 4| < ε (1)其中，Θ1和θ 3、θ 2和θ 4为同一个时刻的采样点在两个波形上的电压相位，ε为允许的误差值，Θ1和θ 2位于同一个波形上，θ 3和θ 4位于另一个波形上。
2.根据权利要求1所述的基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于所述第三步中，对是否发生采样点丢失情况进行判断是指，同步检测装置对每一个接收到的电压采样值报文进行计数值的检测(1)计数值不连续，则代表已发生丢点；(2)计数值连续，则代表为发生丢点。
3.根据权利要求1所述的基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于同步检测装置对接收的不同的合并单元的电压采样值之间是否相差一个周波的整数倍的时间进行判断是指，通过对比不同合并单元电压相位相同的点的报文计数值是否相同来进行判断。
4.根据权利要求1所述的基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于所述每个合并单元设置在相应的馈线上，所述馈线以并联的方式连接在同一条母线上，其输出均与同步检测装置相连接。
5.根据权利要求4所述的基于电压相位比较的IOkV合并单元的数据同步在线检测方法，其特征在于所述合并单元与电压互感器和电流互感器信号连接，通过电压互感器和电流互感器采集母线的电压值以及该条馈线的电流值，将电压值和电流值输入到同步检测装置。
全文摘要
本发明提供了一种基于电压相位比较的10kV合并单元MU的数据同步在线检测方法，该方法包括以下步骤第一步，启动同步检测装置，对一个周波的采样值SV报文进行统计；第二步，同步检测装置对所有合并单元MU一个周波内部发生采样点的丢失进行判断；第三步，同步检测装置对合并单元MU之间相差一个周波的整数倍的时间长度进行判断；第四步，同步检测装置计算一个周期内所有合并单元MU的波形相位，选取至少两个同一个时刻的采样点，进行电压相位的比较。本发明的方法利用电压的相位进行对比，可有效地判断合并单元MU之间是否同步，从而实现对合并单元MU数据的同步在线检测。
文档编号G01R25/00GK102539975SQ201210009770
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月12日 优先权日2012年1月12日
发明者刘文泽, 竹之涵, 苏忠阳, 蔡泽祥, 马文霜 申请人:华南理工大学, 广州思唯奇计算机科技有限公司