基于交換機數(shù)據(jù)傳輸延時測量的采樣同步方案

摘要：采樣值中用于傳輸和交換的數(shù)據(jù)單元在利用交換機進行傳輸時，因傳輸過程中出現(xiàn)的問題導(dǎo)致傳輸時間延長，而這個延長的時間沒有規(guī)律可言，基于這個傳輸特性，我們現(xiàn)在的主要做法是全站在將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元進行合并與同步處理時，接入報時一致的鐘表，以此來達到消除時間延長的不確定性的目的。但是這樣的做法也有不足之處，它會造成在實現(xiàn)采樣一致的目標(biāo)的同時，對外界的時間工具產(chǎn)生嚴(yán)重依賴，打破了完善功能不能以依賴外界對時系統(tǒng)為代價的原則。本文通過研究比較多種采樣方式的優(yōu)勢與不足，提出了一種簡單科學(xué)的采樣方式，希望能對讀者有所幫助。

關(guān)鍵詞：采樣同步；交換機；延時傳輸

一、采樣方式同步分析

采樣同步技術(shù)水平直接影響著網(wǎng)絡(luò)采樣能否從實驗走向?qū)嶋H，得到廣泛應(yīng)用。因此我們需要分析各種采樣方式，綜合其優(yōu)劣勢，探尋到最佳采樣方式，這對于準(zhǔn)確把握住數(shù)據(jù)傳輸延遲的時間有很大的幫助作用。

1.我國目前普遍采用的采樣模式?，F(xiàn)在“直采”是繼電保護最常用的采樣方式。所謂直采，就是繼電保護裝置同合并單元之間的連接方式是直接交換傳輸數(shù)據(jù)，點對點交流。直采的好處就是其采樣值報文具有固定的傳輸延長時間，消除了不確定性，知道了固定時長，補償起來就簡單多了。與“直采”比較起來，“網(wǎng)采”就是利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)達到采樣值傳輸?shù)哪康牡模@種模式可以省下一大批光纜，并且接線結(jié)構(gòu)簡單明了，數(shù)據(jù)傳輸分享更便捷，與科學(xué)技術(shù)發(fā)展接軌。但是“網(wǎng)采”一個非常大的缺點就是延時的不確定性，所以網(wǎng)絡(luò)采樣同步技術(shù)能否發(fā)展完善直接關(guān)系著“網(wǎng)采”能否順利得到實際化應(yīng)用。

2.采樣同步方式分析。通常繼電保護裝置采用一般的采樣方式時，它是通過控制采樣的先后順序并且在采樣過程中確保電路能夠?qū)崿F(xiàn)不同的通道來達到采樣同步的目的的。在采樣這一過程中，可能會存在一些影響同步的因素比如低通回路的參變量的偏差等，但是這些因素并不會對整個工程有所影響。

合并單元與智能電子設(shè)備之間在進行采樣時出現(xiàn)的傳輸延時問題與采樣使用的方式脫不了關(guān)系。當(dāng)合并元與繼電保護裝置之間采用“直采”模式時，數(shù)據(jù)傳輸延長的時間是確定的并且是一個固定值。智能變電站中“直采”模式下，光線長度小于等于兩千米，所以可知這時傳輸?shù)难娱L時間的數(shù)量級為微秒，非常小，因此這個延長時間對繼電保護裝置的影響可以忽略不計。當(dāng)合并單元與保護裝置采用的是“網(wǎng)采”模式時，特別是在一個智能電子設(shè)備同時讀取多個設(shè)備數(shù)據(jù)的情況下，因為這些設(shè)備并不是在同一時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，智能電子設(shè)備在接收這些設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)時，可能會出現(xiàn)各個設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)排隊依次進入智能電子設(shè)備接收數(shù)據(jù)的入口的情況，并且不能確定設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)排隊時的先后順序，所以交換機在傳輸、交換數(shù)據(jù)信息時就不能得知準(zhǔn)確的延長時間，源于此原因，我們才斷定“網(wǎng)采”模式下，采樣值報文的傳輸數(shù)據(jù)的延長時間是不斷變化的。

二、基于數(shù)據(jù)傳輸延時測量的同步方案的基本原理

在測算數(shù)據(jù)傳載過程中延誤的時間的基礎(chǔ)上，設(shè)計該方案所遵循的準(zhǔn)則為：在交換機的進出端口進行SV報文加密數(shù)據(jù)并制成電子憑證的工作。SV報文在傳送過程中延誤的時長是不確定的，需計算采樣值經(jīng)過輸入輸出端口所用時長，精準(zhǔn)確定Sampled Value采樣值在交換機傳輸過程中延誤的時間，將計算結(jié)果記錄在SV報文的時間域里。多個交換機建立映射關(guān)系，累計計算各SV報文采樣的延誤時長，Sampled Value數(shù)據(jù)收集裝置通過收集時間域中采樣值的延誤時長取得總延時信息。

任取兩臺交換機進行檢測實驗，詳細記錄數(shù)據(jù)信息進出交換機兩端口的時間，計算傳輸所用時長。保護裝置以實際時間為準(zhǔn)，該裝置在保護采樣數(shù)值時可以使用直接采樣或網(wǎng)絡(luò)采樣的方式，通過額定延誤時長和累積總延時數(shù)值復(fù)原各個間隔的SV采集時間，完成同步采樣方案。類似于直接采樣方式，不需要經(jīng)過交換機端口，點對點將樣本數(shù)據(jù)直接傳送到測量裝置中。

三、同步方案延時精度測量及分析

創(chuàng)建檢測系統(tǒng)精準(zhǔn)測量交換機的延誤時長，首先向交換機中輸送采樣值數(shù)據(jù)測得傳輸時間差，再通過直傳光纖導(dǎo)入到timestamp的檢測裝置中。通過網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴發(fā)生設(shè)備干擾信息在單臺或多臺映射中的交換機上的轉(zhuǎn)換時長，排除掉設(shè)備在工作過程中的花費的時間，經(jīng)過一系列計算證明交換機測出的的延誤時長與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)載時限之間的存在聯(lián)系。通過大量測驗表明，不同數(shù)據(jù)信息的傳輸和流量差異下，交換機的精準(zhǔn)程度趨近于四十納秒，多臺具有映射關(guān)系的交換機的精準(zhǔn)程度也穩(wěn)定在一定納秒范圍內(nèi)。

同步采樣方案時時跟蹤分析系統(tǒng)運行的頻段，對被監(jiān)測的信號的極限值進行收集整理，在依據(jù)一定的規(guī)則對數(shù)據(jù)進行計算和處理，采樣的頻率與電力設(shè)備主體運行的速率維持在一定的比值范圍。晶體振蕩器消耗能量極低、啟動時間短、精確度高并且穩(wěn)定性能好，適用于延時檢測工作。MU技術(shù)可以支持多個用戶端的通信信號的輸送提高了數(shù)據(jù)輸送速率。數(shù)據(jù)在不同設(shè)備之間的傳送也存在延誤時間，用戶設(shè)備通訊流量對交換機的干擾微乎及微，但晶體振蕩器的震動頻率形成的誤差，嚴(yán)重影響交換機的檢測數(shù)據(jù)傳輸?shù)难诱`時長工作。若排除外界因素的干擾，交換機測試延時的工作更加精準(zhǔn)。

四、同步方案應(yīng)用分析

綜合智能化繼電站的所有保護措施，差動保護設(shè)施對于Sampled Value同步的反應(yīng)最為敏銳。差動保護是流經(jīng)電流互感器進出接頭的電流差值，利用流經(jīng)某一節(jié)點的總電流為零這一準(zhǔn)則實行差動保護，在工作時將電力設(shè)施當(dāng)做一個結(jié)點，如果電力設(shè)施正常運轉(zhuǎn)則電流流經(jīng)差動保護裝置前后的數(shù)值相同，如果電力設(shè)施發(fā)生意外情況則流經(jīng)裝置的電流差值大于零，當(dāng)差值大于差動保護裝置的安全電流值范圍時，保護設(shè)備發(fā)出預(yù)警信號，斷開被保護的設(shè)施與其他設(shè)備的聯(lián)接。差動保護的優(yōu)點在于運行沒有延時性、簡單易操作等。

針對差動保護與同步同步方案，智能化繼電保護準(zhǔn)則中沒有確切的聲明。研究分析智能化變電繼電設(shè)施的保護技術(shù)需要注意以下幾項：一則研發(fā)針對性的保護技術(shù)時需要具有可操作性、及時性和敏捷性，可以分析繼電網(wǎng)中發(fā)生的意外事故并合理處理。二則變壓器主體與其他設(shè)備的連接點需要設(shè)立保護裝置，多采用集成化的安置方式，還可以安裝監(jiān)控裝置，實現(xiàn)智能化、信息化遠程控制變電站繼電器。

使用數(shù)據(jù)傳輸延誤時長的測算方法時，對用戶設(shè)備的數(shù)據(jù)接受時間的進行時時監(jiān)測，確保可以正確檢測交換機傳送數(shù)據(jù)的延誤時長，如果交換機在傳送數(shù)據(jù)延時產(chǎn)生誤差時，保護設(shè)備可以快速應(yīng)對，及時封鎖規(guī)避可能發(fā)生的各種意外情況。利用這種方法極大程度的減少了同步方案出現(xiàn)漏洞的機會，擴大了了方案的容許錯誤的范圍。

總結(jié)

交換機傳輸數(shù)據(jù)延誤時長的測算技術(shù)簡單易操作，實時監(jiān)測用戶設(shè)備接收數(shù)據(jù)的時間并打好時間戳，為直接采樣的方式提供保護裝置的技術(shù)性保護措施。將SV報文中的采樣信息傳輸過程轉(zhuǎn)化為延誤時長，其他操作基本不變，保證程序基本不改動。同步方案的不足之處在于測量傳輸數(shù)據(jù)的延誤時間需要使用專門的交換機，隨著科技發(fā)展和檢測技術(shù)的不斷創(chuàng)新，可以研發(fā)出替代交換機進行延誤時長檢測計量的專業(yè)性設(shè)備，趨于完善的測量技術(shù)以及不斷降低的設(shè)施費用都有利于同步方案的改善與進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣州思唯奇計算機科技有限公司.一種基于智能變電站交換機延時的在線檢測報警方法[P].2013-03-27.

[2]國家電網(wǎng)公司，華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司，國網(wǎng)冀北電力有限公司，許昌開普檢測技術(shù)有限公司.一種測量繼電保護測試儀采樣值額定延時的方法及系統(tǒng)[P].2016-06-08.

[3]國家電網(wǎng)公司，國網(wǎng)天津市電力公司，武漢凱默電氣有限公司.對智能變電站時延標(biāo)定交換機進行標(biāo)定時延誤差測試方法[P].2015-08-12.

作者簡介：姓名：李達國，男，漢族；出生年月：1985年11月19日；籍貫：天津市；學(xué)歷：碩士研究生；職稱：中級工程師；單位名稱：天津生態(tài)城投資開發(fā)有限公司