一种用于继电保护的传输通道仿真方法及系统

摘要

本发明涉及一种用于继电保护的传输通道仿真方法及系统，通过随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块，模拟出传输通道中的出现的随机误码、连续误码、通道延时和通道中断，能够实现随机误码，连续误码，通道延时，通道中断的任意组合，按时间段组成序列，每个时间段可以由多种组合，随机误码的产生采用乘同余法产生伪随机序列，简单易实现。本发明为现有继电保护各种传输通道提供一种仿真手段，以实现电流差动保护在定检、投运前能够作保护性能试验及通道试验检查。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于继电保护的传输通道仿真方法及系统，属于电力系统的继电保护自动化领域。

背景技术

在电力系统继电保护领域中，用于传输继电保护信号的通信网中存在着多种通信方式：光纤通信、电力线载波通信、微波通信、以太网通信等。以光纤通信为主干网的电力通信网已经得到广泛应用，随着智能变电站的发展，以太网通信网络正在逐步建成，电力线载波通信和微波通信虽已经不是主要通信手段，但还同时存在，电力通讯网络的发展和普及为分相电流差动保护的大规模应用提供了充足的通道资源，分相电流差动保护是将来保护发展的必然趋势。随着电流差动保护应用的普及，在调试、投运、运行中由于通道原因暴露的问题愈来愈多。同时，由于保护与通讯分别属于两个不同领域，二者之间的配合也暴露出来越来越多的问题，对保护装置及电网的稳定运行带来安全隐患。试验设备和仿真模拟手段的不完备是限制进一步完善电流差动保护的主要原因之一。电流差动保护在定检、投运前应作保护性能试验及通道试验检查。由于试验设备及通道仿真模拟手段的匮乏而对通道各项检查较少，对通道检查不充分，给保护装置的安全运行带来隐患，具体体现在：（1）在正常误码及许可误码的情况下保护装置的动作行为，确保装置在许可误码下装置正确动作；（2）电流差动保护由于是基于通道的纵联保护，通道的时延，偶然间断对保护性能有影响；（3）采用双通道的电流差动保护，应检查双通道保护动作情况及单通道的动作情况；（4）采用复接设备时，有条件时应检查其他业务对电流差动保护的影响。在实际应用中由于光纤通道的误码、中断、延时等情况而产生越来越多的新问题，而仿真模拟通道的各种工况的手段及方法的匮乏，造成在实际运行中，大部分只是对通道进行误码测试，通道延时测试，从来没有检测过通道误码、延时及中断对保护设备造成的影响。

发明内容

本发明的目的是为了实现对继电保护传输通道的仿真，克服仿真现有继电保护传输网的各种工况的手段及方法的匮乏。

本发明为解决上述技术问题而提出一种用于继电保护的传输通道仿真方法，所述的仿真方法的具体步骤如下：

1）.接收传输通道的数据，将其码型转换成单极性码；

2）.判断是否需要叠加随机误码，如果需要则根据所需误码率在传输数据码型中实时添加错误码型图样；

3）.判断是否需要加入连续误码，如果需要则根据所设定的误码值在传输数据码型中连续实时添加错误码型图样；

4）.判断是否需要对数据进行延时，如果需要，根据需要通道产生的延时时间长度对数据进行存储法延时；

5）.判断是否需要中断通道，如果需要，根据需要通道中断的时间将通道切断；

所述的步骤2)包括如下步骤：

 a.利用乘同余法产生符合要求的随机序列；

b.将产生的随机序列中的随机数与通道需要产生的误码率进行比较，如果随机数小于误码率就进行误码叠加，如果大于就不进行叠加。

所述的步骤3）包括如下步骤：

a）.接收到的数据后开始开始计时；

b）.将计时的时间与通道需要产生连续误码的时间进行比较，如果两个时间相等，将数据流接入“非门”电路，同时开始计数；

c）.判断计数的数值是否达到通道需要产生连续误码个数，如果达到，则断开“非门”电路。

所述的步骤4）包括如下步骤：

A.在传输线路上并入双端口的SDRAM，将传输线路上的数据流存入SDRAM一端；

B.判断存入的时间是否达到通道需要产生的延时时间的长度，如果达到，将存入SDRAM中数据流从SDRAM的另一端读出，以达到延时的目的。

所述的步骤5）包括如下步骤：

A）.接收到数据后进行计时；

B）.将计时的时间与通道需要产生的中断时间进行比较，当二者时间相等时，将数据输出电路断开，同时开始计时；

C）.将电路断开的持续时间与通道需要产生中断时间的长度进行比较，如果该电路断开的持续时间达到通道需要产生中断时间的长度时，将断开的电路恢复。

本发明为解决上述技术问题还提供一种用于继电保护的传输通道仿真系统，该仿真系统包括数据接收转换模块和参数组合序列模块以及随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块中的一个或多个，数据接收转换模块用于对接收传输通道的数据，将其码型转换成单极性码，参数组合序列模块用于选择随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块中的一个或多个以及每个模块执行的次数，随机误码产生模块用于模拟通道的常规运行状态，连续误码产生模块用于模拟通道遭到突发性干扰时的状态，通道延时模块用于模拟由于传输线路的长度以及以太网数据包的排队等待时间造成继电保护信号到达目的端的延迟性，通道中断模块用于模拟光纤传输网主备用网络的切换及光纤传输网络的自愈恢复情况。

所述的随机误码产生模块包括随机序列产生单元、比较单元和码元叠加单元，随机序列产生单元利用乘同余法产生需要的随机序列，比较单元将该随机序列中的随机数与传输系统需要的误码率进行比较，并将比较结果给码元叠加单元，如果随机数大于误码率，码元叠加单元就不做任何处理，如果随机数小于误码率，码元叠加单元就将产生的误码叠加到的接收到的数据流中。

所述的连续误码产生模块包括计时单元、比较单元、非门电路和计数单元，计时单元用于在开始接收数据时进行计时，比较单元用于将计时单元中的时间与通道需要产生连续误码的时间进行比较，如果二者时间相等，则将接收到的数据流接入非门电路，并开启计数单元，等到计数单元中的数值达到通道需要产生连续误码的个数时，断开非门电路。

所述的通道延时模块包括双端口SDRAM，控制模块根据通道需要产生延时的时间和延时的长度控制是否将接收到的数据流是否存入双端口SDRAM和存入SDRAM多少数据。

所述的通道中断产生模块包括计时单元、中断单元和比较单元，计时单元在接收到数据后开始计时，比较单元将通道需要产生的中断时间与计时单元中时间进行比较，如果二者时间相等，中断单元就断开数据输出电路并重新开始计时，直至计时单元中的时间达到通道需要产生的中断时间长度时，中断单元再将断开的数据输出电路合上，重新恢复传输通道。 

本发明的有益效果是: 本发明通过随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块，模拟出传输通道中的出现的随机误码、连续误码、通道延时和通道中断，能够实现随机误码，连续误码，通道延时，通道中断的任意组合，本发明为现有继电保护各种传输通道提供一种仿真手段，以实现电流差动保护在定检、投运前能够作保护性能试验及通道试验检查。

附图说明

图1是本发明的一种传输通道仿真方法实施例的流程图；

图2是本发明的随机误码产生的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明的一种传输通道仿真方法的实施例

如图1所示，本发明的传输通道仿真方法包括七个步骤，用于实现继电保护传输通道的仿真：实现随机误码的产生，连续误码的产生，通道延时的产生，通道中断的产生；能够实现随机误码，连续误码，通道延时，通道中断的任意组合，按时间段组成序列，每个时间段可以由多种组合，可以设置通道各种组合序列及各组合序列持续时间，也可设置通道组合序列无限重复或重复次数，通道组合序列通过人机接口设置，通道仿真的开始与停止可以通过人机接口人为的开始与停止，也可以通过保护装置的开出量触发和停止。具体步骤为：

1.接收通道数据，对信号数据进行锁相、同步、码型变换。电力系统中存在着各种继电保护通道，主要有64k、2M、STM-n光口、光纤专用通道、以太网接口等，接收数据时首先要将线路传输的各种码型进行变换变换成适合本发明处理的单极性码，如将双极性码1B4B码变换成单极性码，根据应用实际，首先要根据通道类型对接收的数据进行锁相、同步，将线路传输的各种数字码流进行码型变换，变换成适合本发明处理的单极性码，双极性码变单极性码非本发明的创新点，不再赘述。

步骤2.参数组合序列的产生，可以设置单次任务和序列任务，设置成单次任务时随机误码或联系误码或通道中断或延时只执行一次；设置成任务序列时随机误码或联系误码或通道中断或延时可以无限循环执行，或执行n（n>0）次，参数设置后经触发任务即开始模拟通道，数据处理过程如图1信号数据处理流程图所示。

步骤3.随机误码的产生，首先判断是否需要叠加随机误码：如不需要则不对接收到的数据进行任何处理；如需要则根据人机界面设定的误码率在传输数据码型中实时的添加错误码型图样，在通道中加入随机误码的方法为：通过网管界面或单机人机接口接收需要通道产生的误码率，然后按照乘同余法算法产生满足误码率要求的错误图样，按照产生的错误图样将误码叠加到相应的数据流中。误码产生的流程图如图2，其中差错图样的阀值是由误码率及服从均匀分布的乘同余法共同决定的。根据误码率的不同产生不同的阀值，由乘同余法产生的随机数跟这个阀值进行比较如果随机数小于阀值就进行误码叠加，如大于就不进行叠加。码元叠加后就产生了误码率满足要求的数据流。

乘同余法是线性同余法的一种特例，乘同余法可以产生较大周期的伪随机数，由于所要产生的误码率范围在1E-2到1E-9之间，误码率的跨度大。因此，选择乘同余法产生大周期的随机数。乘同余法的递推公式是：

X_n+1=mod(aX_n+b,c)                                 (1)

mod(aX_n+b,c)表示aX_n+b被c除时的余数，a，b，c为常数，n＝0时，X_n为随机序列的种子。

选取a＝16807，b＝0，c＝2³¹－1，此时有：

X_n+1=16807X_nmod(2³¹－1)                              （2）

通常取R_n＝X_n/c，n＝0，1，2，……                 （3）

    利用公式（3）可以产生符合要求的随机序列，通过随机数与误码率的大小比较，就可以决定误码的错误图样。根据不同的误码率要求可以产生不同的误码错误图样。

采用乘同余法产生伪随机序列的优点是算法简单，易于使用软件实现。

步骤4.连续误码的产生，首先判断是否需要加入连续误码：如不需要则不对接收到的数据进行任何处理；如需要则根据人机界面设定的误码值加在传输码型中连续实时的添加错误码型图样，在通道中加入连续误码的方法为：通过网管界面或单机人机接口接收需要通道产生的连续误码个数和误码产生的时间，接收到数据后开始计时，同时和接收到时间进行比较，当和接收到的时间相等时，将数据流接入“非门”逻辑电路开始使数据反转，即：若接收到1则变为0；若接收到0则变为1，同时开始计数，当数值和接收到的误码个数相等时则断开“非门”电路，恢复接收到的数据，数据恢复正常。

步骤5.通道延时的产生，首先判断是否需要对数据进行延时：如不需要则不对接收到的数据进行任何处理；如果需要则根据人机界面设定的延时时间对数据进行存储法延时，在通道加入延时的方法为：在传输线路上并入双端口SDRAM，通过CPU或可编程逻辑器件控制数据是否存入SDRAM、存入SDRAM多少数据。通过网管界面或单机人机接口接收需要通道产生的延时时间长度，开始将数据存入SDRAM，存入SDRAM数据的字节数由通道延时时间数据控制，当达到延时的时间时，开始从另一端读取存入的第1字节数据，依次读取第2字节、3字节、4字节.....输入端数据不停往SDRAM里存数据，输出端不停从SDRAM读数据，从而达到延时的目的，据并不会丢失。假设时钟周期为T_clk，则通道数据的最小延时步长T_b=2*8*                                               ，通道延时时间长度T=N*(N>0)。此方法产生的延时时间长，跨度大。

步骤6.通道中断的产生，判断是否需要中断通道，如不需要则将数据直接变换码型送出；如果需要则根据人机界面设定中断时间将通道切断，直至设定通道中断时间，再重新恢复通道中传输的数据；在通道中实现通道中断的方法为：通过网管界面或单机人机接口接收需要通道产生的中断时间长度及中断产生的时间，接收到数据后开始计时，当数值和中断产生的时间相等时，断开数据输出电路，造成保护传输通道中断，同时开始计数，当中断时间和设置的时间相等时，重新恢复电路，保护传输通道恢复正常。

步骤7.码型还原，即码型变换的反操作，根据接收端接收的码型，将单极性码变换为原来线路传输的码型，实现方法及电路和步骤1类似，然后送回传输线路。

本发明的一种传输通道仿真系统的实施例

本发明的一种传输通道仿真系统包括数据接收转换模块、参数组合序列模块和码型还原模块以及随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块中的一个或多个，数据接收转换模块用于对接收传输通道的数据，将其码型转换成单极性码，参数组合序列模块用于选择随机误码产生模块、连续误码产生模块、通道延时模块和通道中断模块中的一个或多个以及每个模块执行的次数，随机误码产生模块用于模拟通道的常规运行状态，连续误码产生模块用于模拟通道遭到突发性干扰时的状态，通道延时模块用于模拟由于传输线路的长度以及以太网数据包的排队等待时间造成继电保护信号到达目的端的延迟性，通道中断模块用于模拟光纤传输网主备用网络的切换及光纤传输网络的自愈恢复情况。该系统的具体工作过程如上个实施例中所述，这里就不在重复叙述。

最后所应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。