一种用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型属于电力系统智能变电站的【技术领域】。为了解决使用目前检测合并单元的时间参数的设备容易导致对各路合并单元的状态和是否同步工作判断错误的问题，本实用新型提出一种用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置，该装置包括核心处理单元、网络收发单元和时间基准单元；时间基准单元与核心处理单元连接；网络收发单元与核心处理单元连接；核心处理单元包括时间性能分析单元、比较计算单元、和获取单元。本实用新型对每路合并单元的时间参数进行统计分析，然后根据统计分析的结果判断多路合并单元的状态和是否同步工作。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电力系统智能变电站的【技术领域】，具体涉及一种用于检测智能变 电站合并单元时间参数的装置。 -种用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置

【背景技术】
[0002] 2009年，国家电网公司提出了建设坚强智能电网的发展目标，智能变电站作为坚 强智能电网的重要基础和节点支撑，是非常重要的建设内容。变电站通信网络和系统协 议IEC61850为智能变电站的建设提供了标准。智能变电站包括电子式互感器、合并单元 (Merging Unit, MU)和智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED)，电子式互 感器用于对电压值和电流值采样，合并单元用于将电子式互感器的采样值和采样时间等信 息按标准规定的格式封装为SMV(Sampled Value)报文，并把SMV报文发送给智能电子设 备，电子式互感器每采样一次数据，合并单元就将采样的数据封装并发送一次SMV报文。智 能电子设备先对SMV报文解码，然后根据采样的电压值和电流值判断目前变电站运行的情 况。
[0003] 智能变电站对时间的同步要求很高。合并单元的时间参数包括时间间隔和时间延 迟，时间间隔和时间延迟是有规定的范围的。智能变电站现场使用的合并单元通常来自不 同的厂家，为了同步工作，不同厂家的合并单元的时间参数设置是一样的。
[0004] 目前已有一款设备可以检测合并单元的时间间隔和时间延迟，该设备一次检测一 路合并单元，然后对各路合并单元的检测结果进行比较，如果发现有一路合并单元的检测 结果与其他路合并单元的检测结果差别较大，则判断该路合并单元故障。因为一次检测一 路合并单元，每路合并单元被检测的时间就不一样，每路合并单元的网络环境也就不一样， 这样再对每路合并单元之间的检测结果包括时间间隔和时间延迟进行比较，容易导致对各 路合并单元的状态和是否同步工作判断错误。 实用新型内容
[0005] 为了解决使用目前检测合并单元的时间参数的设备容易导致对各路合并单元的 状态和是否同步工作判断错误的问题，本实用新型提出一种用于检测智能变电站合并单 元时间参数的装置，以实现提高对各路合并单元的状态和是否同步工作判断的准确性的目 的。
[0006] 本实用新型的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，该装置包括核心 处理单元、网络收发单元和时间基准单元；所述时间基准单元与所述核心处理单元连接； 所述核心处理单元包括时间性能分析单元、比较计算单元和获取单元，其中，所述比较计算 单元与所述获取单元连接；所述时间性能分析单元与所述比较计算单元连接；所述核心处 理单元通过所述获取单元与所述网络收发单元连接。
[0007] 本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置，获取单元获取多路 合并单元的采样数据，比较计算单元根据每路合并单元的采样数据计算该路合并单元的时 间延迟和时间间隔等数据，时间性能分析单元对每路合并单元的时间延迟和时间间隔等数 据进行统计分析，用户可以根据统计分析的结果判断多路合并单元的状态和是否同步工 作，因为是同时获取多路合并单元的采样数据，保证了获取数据时多路合并单元网络环境 的一致，提高对各路合并单元的状态和是否同步工作判断的准确性和精确度。
[0008] 其中，所述装置还包括人机交互单元，所述人机交互单元与所述核心处理单元连 接。
[0009] 人机交互单元可以让用户对本实用新型的装置的参数进行设置，方便了用户的使 用。
[0010] 其中，所述装置还包括存储单元，所述存储单元与所述核心处理单元连接。
[0011] 存储单元存储采样的数据，这样以后需要对采样数据进行分析时，就可以调出存 储的采样的数据进行分析。
[0012] 其中，所述装置还包括重新播放单元，所述重新播放单元与所述存储单元连接。
[0013] 重新播放单元对存储单元中存储的采样数据进行回放，这样用户可以对回放的数 据进行分析审核，以检查可能存在的潜在的问题。
[0014] 其中，所述存储单元为移动存储介质或所述装置的内部存储介质。
[0015] 存储单元为移动存储介质时，方便数据的移动；存储单元为内部存储介质时，读写 速度快。
[0016] 其中，所述装置还包括显示单元,所述显示单元与所述核心处理单元连接。
[0017] 显示单元方便了用户的使用。

【专利附图】

【附图说明】
[0018] 图1为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的结构示意 图；
[0019] 图2为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程 图；
[0020] 图3为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的优选结构 的不意图；
[0021] 图4为图3所示用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程图；
[0022] 图5为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的另一种优 选结构的示意图；
[0023] 图6为图5所示的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程图。

【具体实施方式】
[0024] 图1为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的结构示意 图，该装置包括核心处理单元11、网络收发单元12和时间基准单元13。时间基准单元13 与核心处理单元11连接，用于为本实用新型的装置提供时间信号，以使本实用新型的装置 的各个组成部分的时间均采用时间基准单元13产生的时间信号。网络收发单元12与核 心处理单元11连接，根据时间基准单元13提供的时间信号对网络上需要处理的报文打 上时间戳，智能变电站系统的通信基于传输控制协议/网际协议（TCP/IP，Transmission Control Protocol/Internet Protocol)的网络，智能变电站系统内部数据以报文形式在 传输控制协议/网际协议网络上传输；需要处理的报文中包括采样数据等信息；网络收发 单元12对网络上需要处理的报文打上时间戳，需要处理的报文是指网络上的SMV报文或 PTP(Precision Time Protocol,精准时间协议）报文，网络收发单元12对网络上需要处 理的报文打上时间戳以后，核心处理单元11就能够识别本实用新型的装置接收到SMV报文 或PTP报文的时间。核心处理单元11包括时间性能分析单元111、比较计算单元112和获 取单元113。核心处理单元11通过获取单元113与网络收发单元12连接。获取单元113 用于获取网络收发单元12已经打上时间戳的报文，并对该报文进行解析，报文中包含合并 单元的ID(Identity，身份）信息、采样值、采样的时间等采样数据，每一路的合并单元的 ID信息都不相同，对报文进行解析后就得到多路合并单元的采样数据，并把解析后的得到 的数据发送给比较计算单元112。比较计算单元112与获取单元113连接，接收到获取单 元113发送过来的数据后，根据发送的数据信息产生内部测量基准，然后根据获取单元113 解析报文得到的多路合并单元的采样数据进行计算，比如分别计算每路合并单元的计算时 间间隔、采样均勻度和时间延迟，比较计算单元112可以是FPGA(Field - Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）模块。时间性能分析单元111与比较计算单元112连接， 用于对比较计算单元112的计算结果进行统计分析，比如对每路合并单元的时间间隔和时 间延迟进行平均值和平均方差的计算、对每路合并单元的时间间隔和时间延迟进行四分位 统计，以得到每路合并单元的统计分析结果，根据统计分析结果判断多路合并单元是否同 步工作。
[0025] 本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置首先通过网络收发 单元12对网络上的需要处理的报文打上时间戳；然后获取单元113从网络中获取需要处 理的报文，比如SMV报文，SMV报文中包含采样数据和合并单元ID等信息，获取单元113对 SMV报文解析，解析完成后，就得到合并单元的ID和采样数据，采样数据包括采样值和采样 时间等信息，这样就得到了合并单元的ID和该合并单元的采样数据，获取单元113再把解 析完成后得到的数据发送给比较计算单元112 ;比较计算单元112根据合并单元的ID分别 计算该合并单元的采样数据，通过计算采样数据得到该合并单元的时间延迟、采样均匀度 和时间间隔等信息，并把计算的结果发送给时间性能分析单元111 ;时间性能分析单元111 对比较计算单元112发送的计算结果对每个合并单元进行平均值和平均方差的计算，并对 每个合并单元的时间延迟、采样均匀度和时间间隔等数据进行四分位统计，以得到每个合 并单元的时间延迟、采样均匀度和时间间隔等的平均值和平均方差。用户根据时间性能分 析单元111对每个合并单元的统计分析的结果可以判断多路合并单元是否同步工作。本 实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置能够同时检测多路合并单元的 时间延迟和时间间隔等数据，并对每路合并单元的时间延迟和时间间隔等数据进行统计分 析，最后得出统计分析的结果，用户可以根据统计分析的结果判断多路合并单元是否同步 工作。
[0026] 图2为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程 图，在步骤S1，时间基准单元13为该装置提供时间信号；在步骤S2,网络收发单元12根据 时间基准单元13发送的时间信号给网络上需要处理的报文打上时间戳；在步骤S3,获取单 元113获取网络收发单元12已经打上时间戳的报文，并对该报文进行解析，以得到多路合 并单元的采样数据；在步骤S4,比较计算单元112根据获取单元113解析报文得到的多路 合并单元的采样数据计算每路合并单元的时间延迟和时间间隔等信息；在步骤S5,时间性 能分析单元111根据比较计算单元112计算每路合并单元的时间延迟和时间间隔等信息的 结果对每路合并单元进行统计分析。
[0027] 下面详细介绍上述每个步骤。
[0028] 在步骤S1，时间基准单元13为本实用新型的装置提供时间信号，该装置的各个组 成部分的时间均采用时间基准单元13提供的时间，因为本实用新型的装置要检测合并单 元的时间参数，也就是时间间隔和时间延迟等参数，所以本实用新型的装置要有自己的一 套时间。
[0029] 在步骤S2,网络收发单元12根据时间基准单元13发送的时间信号给网络上需要 处理的报文打上时间戳。网络收发单元12读取时间基准单元13发送的时间信号，也就是 网络收发单元12的时间与时间基准单元13的时间同步。网络收发单元12接收网络上的 信息，网络上的信息包括各种报文，比如TCP/IP协议族的报文、SMV报文、Goose (Generic Object Oriented Substation Events,面向通用对象的变电站事件）报文和PTP报文，SMV 报文、Goose报文和PTP报文属于变电站通信网络和系统协议IEC61850的报文。我们需要 的是变电站通信网络和系统协议IEC61850的报文，即SMV报文、Goose报文和ΡΤΡ报文， 这些报文中包括了报文的标识，比如一个报文的标识位如果为字符88ba，88ba为十六进制 数，则表示这个报文是SMV报文。将SMV报文、Goose报文和PTP报文等打上时间戳后，网 络收发单元12将网络信息发送给获取单元113。
[0030] 在步骤S3,获取单元113获取网络收发单元12已经打上时间戳的报文，并对该报 文进行解析，并将解析后的数据发送给比较计算单元112。网络收发单元12将网络信息发 送给获取单元113,获取单元113对网络中的信息进行分类，获取单元113也是根据报文的 标识字符判断报文的种类，最终得到属于变电站通信网络和系统协议IEC61850的报文，下 面以SMV报文为例进行介绍。获取单元113经过对网络信息分类后得到SMV报文，SMV报文 在经过网络收发单元12时已被打上时间戳，本实用新型的时间戳是指本实用新型的装置 接收到SMV报文的时间，即捕获SMV报文的时间。然后获取单元113对SMV报文进行解析，通 过对SMV报文的解析得到采样数据。SMV的报文格式是一串十六进制数，每一位数字都有标 准规定的含义，SMV报文的前12位表示目的地址，目的地址是MAC (Media Access Control, 媒体访问控制）地址；紧接着目的地址的12位字符表示源地址，源地址也是MAC(Media Access Control,媒体访问控制）地址，通过源地址可以识别发送该SMV报文的合并单元， 从而得到该合并单元的ID信息；SMV报文中还包括采样值、采样号、采样率和采样计数器等 信息。通过对SMV报文的解析可以得到合并单元的ID、采样值、采样号、采样率和采样计数 器等信息。解析完成后，获取单元113将解析得到的数据发送给比较计算单元112。
[0031] 在步骤S4,比较计算单元112根据获取单元113解析报文得到的多路合并单元的 采样数据计算每路合并单元的时间延迟和时间间隔等信息。比较计算单元112接收到SMV 报文的解析数据后，首先产生与SMV报文包含的采样数据对应的测量基准，用以检查采样 数据。然后，比较计算单元112根据接收到的每个合并单元的ID和该合并单元的采样数据， 计算出每个合并单元的时间间隔、时间延迟和采样周期等数据。下面介绍计算过程。电力 系统传送的电压信号每周波为20ms (毫秒），按照要求一个信号周波要取80个采样点，这 样每秒就会有4000个采样点，每采样一次合并单元发送一个SMV报文，这样每秒就要发送 4000个SMV报文，通过编制0到3999的信息序号可以区分不同时间的采样信息。时间间隔 和时间延迟的计算公式为：时间间隔=当前采样捕获时间一前一个采样捕获时间，采样捕 获时间就是网络收发单元12给SMV报文打时间戳的时间；时间延迟=当前捕获时间一（采 样号/采样率）*采样周期，采样号和采样率是通过对SMV报文解析的得到的，采样周期是 比较计算单元112计算出来的，比如1秒钟有4000个采样点，那么采样周期就是1秒除以 4000,即250 μ s (微秒）。比较计算单元112计算出每路合并单元的时间延迟和时间间隔 后，将计算结果发送给时间性能分析单元111。
[0032] 在步骤S5,时间性能分析单元111根据比较计算单元112计算每路合并单元的时 间延迟和时间间隔等信息的结果对每路合并单元进行统计分析。时间性能分析单元111接 收到每个合并单元的时间延迟和时间间隔数据后，对每个合并单元的时间延迟和时间间隔 数据进行统计分析，包括比较各路合并单元的时间参数、计算时间延迟的平均值和平均方 差、时间间隔的平均值和平均方差，并对时间延迟和时间间隔的数据分别进行四分位统计， 根据统计分析的结果可以得出合并单元时间参数的最佳补偿值。将多路合并单元的统计分 析结果进行比较，判断多路合并单元的工作状态和是否同步工作。例如，当检测三路合并单 元Cl、C2、C3时，首先同时检测三路合并单元的报文并进行记录，然后分别计算出三路合并 单元的时间间隔和时间延迟，再分别对三路合并单元Cl、C2、C3的时间间隔和时间延迟进 行比较，如果合并单元C1与C2和C3相比，时间间隔的误差大于10微秒，时间延迟的误差 大于等于3微秒，则判断合并单元C1故障；如果合并单元C1与C2和C3相比，时间间隔的 误差小于等于10微秒，时间延迟的误差小于3微秒，则判断路合并单元C1与其他路合并单 元C2和C3保持同步工作。另外，通过时间性能分析单元111的统计分析，可以判断传送合 并单元的报文的链路是否异常；如果各路合并单元的报文周期性地均出现异常，则判断链 路异常，所述周期性是指间隔相同的时间合并单元的报文出现一次异常；例如有三路合并 单元，如果这三路合并单元的报文间隔相同的时间均出现异常比如延迟时间长，则表示链 路异常。
[0033] 图3为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的优选结构 的示意图，该装置的时间基准单元13包括外部时钟源接收单元131和振荡器132。外部 时钟源接收单元131用于接收外部时钟源的时间信号，外部时钟源可以是全球定位系统、 伽利略卫星定位系统、北斗卫星导航系统或其他外部时间系统，外部时钟源接收单元131 可以是GPS(Global Positioning System，全球定位系统）接口或 IRIG_B(InterRange Instrumentation Group,祀场间测量仪器组）接口。振荡器132与外部时钟源接收单 元131连接，用于对外部时钟源接收单元131接收到的时间信号进行校准调整然后产生 时间信号，振荡器132可以是铷原子时钟。这样外部时钟源接收单元131与全球定位系 统、伽利略卫星定位系统或北斗卫星导航系统同步时，振荡器132产生UTC(Universal Time, Coordinated,世界协调时间）时间信号，因为全球定位系统、伽利略卫星定位系统或 北斗卫星导航系统使用UTC时间；当外部时钟源接收单元131与其他外部时间系统同步时， 因为我们可以设置其他外部时间系统的时间，振荡器132就产生相对时间信号，这里的相 对时间是指我们可以设置的时间，比如我们可以设置现在的时间是1970年1月1日。
[0034] 图4为图3所示用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程图，在 步骤T1，外部时钟源接收单元131接收外部时钟源的时间信号，并把时间信号发送给振荡 器132 ;在步骤T2,振荡器132接收到时间信号，然后对时间信号进行校准调整，以为整个装 置提供内部时钟源；在步骤T3,网络收发单元12根据振荡器132校准调整后产生的时间信 号给网络上需要处理的报文打上时间戳；在步骤T4,获取单元获取网络收发单元已经打上 时间戳的的报文，并对该报文进行解析，以得到多路合并单元的采样数据；在步骤T5,比较 计算单元根据获取单元解析报文得到的多路合并单元的采样数据计算每路合并单元的时 间延迟和时间间隔等信息；在步骤T6,时间性能分析单元对比较计算单元计算得出的时间 间隔和时间延迟等信息进行统计分析。
[0035] 图5为本实用新型的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的另一种优 选结构的示意图，该装置还包括显示单元16、重新播放单元15和存储单元14。显示单元 16与核心处理单元11连接，并与重新播放单元15连接，用于显示该装置的状态或信息，t匕 如该装置处理数据的过程、进度、结果或该装置的时间等信息，显示单元16可以是显示器。 存储单元14与核心处理单元11连接，用于存储获取单元113获取解析得到的的采样数据。 重新播放单元15与存储单元14连接，用于调出存储单元14存储的采样数据供用户审核。 存储单元14可以是移动存储介质或本实用新型的装置的内部存储介质。
[0036] 图6为图5所示的用于检测智能变电站合并单元时间参数的装置的工作流程图， 在步骤P1，时间基准单元13为整个装置提供时间信号；在步骤P2,网络收发单元12根据时 间基准单元13的时间信号给网络上需要处理的报文打上时间戳；在步骤P3,获取单元获取 网络收发单元已经打上时间戳的报文，并对该报文进行解析，以获得多路合并单元的采样 数据；在步骤P4,比较计算单元根据获取单元解析报文得到的多路合并单元的采样数据计 算每路合并单元的时间延迟和时间间隔等信息；在步骤P5,时间性能分析单元111根据比 较计算单元112计算每路合并单元的时间延迟和时间间隔等信息的结果对每路合并单元 进行统计分析；在步骤P6,存储单元14存储获取单元113获取解析得到的采样数据，在存 储采样数据前，可以选择使用U盘存储还是内部存储器存储，可以选择是采样完成后存储 还是实时存储，可以选择存储的格式；在步骤P7,重新播放单元15读取存储单元14中存储 的采样数据；在步骤P8,显示单元16显示重新播放单元15读取的采样数据；在步骤P9,用 户根据自己的需要对采样数据进行审核，以确定任何潜在的问题。
[0037] 优选地，本实用新型的装置还包括人机交互单元，人机交互单元与核心处理单元 11连接，用于用户与本实用新型的装置之间进行交互。
【权利要求】
1. 一种用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特征在于，该装置包括核 心处理单元（11)、网络收发单元（12)和时间基准单元（13); 所述时间基准单元（13)与所述核心处理单元（11)连接； 所述核心处理单元（11)包括时间性能分析单元（111)、比较计算单元（112)和获取单 元（113)，其中， 所述比较计算单元（112)与所述获取单元（113)连接； 所述时间性能分析单元（111)与所述比较计算单元（112)连接； 所述核心处理单元（11)通过所述获取单元（113)与所述网络收发单元（12)连接。
2. 根据权利要求1所述的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特征在 于，所述装置还包括人机交互单元，所述人机交互单元与所述核心处理单元（11)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特 征在于，所述装置还包括存储单元（14)，所述存储单元（14)与所述核心处理单元（11)连 接。
4. 根据权利要求3所述的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特征在 于，所述装置还包括重新播放单元（15)，所述重新播放单元（15)与所述存储单元（14)连 接。
5. 根据权利要求3所述的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特征在 于，所述存储单元（14)为移动存储介质或所述装置的内部存储介质。
6. 根据权利要求1或2所述的用于检测智能变电站合并单元的时间参数的装置，其特 征在于，所述装置还包括显示单元（16),所述显示单元（16)与所述核心处理单元（11)连 接。
【文档编号】G01R31/00GK203909182SQ201420309087
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月11日 优先权日:2014年6月11日
【发明者】王宇, 徐长宝, 高吉普, 肖小兵, 赵旭阳, 刘晶, 黄尧 申请人:贵州电力试验研究院, 上海远景数字信息技术有限公司