兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法

摘要

本发明涉及一种兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法，应用于包括采样单元、合并单元、功能单元的保护与测控系统中，该算法应用于两个场景中：（1）合并单元接收采样单元发来的采样值并对其进行初次整合时，合并单元对采样值进行第一次插值补充和第一次插值计算，建立经初次整合后的采样值；（2）功能单元接收合并单元发来的经初次整合后的采样值并对其进行再次整合时，功能单元对采样值进行第二次插值补充和第二次插值计算，建立经再次整合后的采样值。本发明的插值算法，能够实现保护与测控系统中采样单元与合并单元之间以及合并单元与功能单元之间按需选择采样点，且当存在数据延时抖动或者丢失时可以应用补充及校准，高效、灵活。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于变电站保护与测控系统中的采样值插值方法，具体地说，涉及一种考虑了因报文延迟或丢失造成的采样值的时间不同步或失效问题的插值方法。

背景技术

采样值插值计算是解决采样设备、传送整合设备、功能装置之间对采样值数量要求不一致的重要技术，应用在变电站保护与测控系统中可以为系统中不同采样点数的互感器（采样设备）和各种功能装置原理设计中对采样值点数提出不同要求的应用集成方案提供支持。

现有的保护与测控系统的为解决采样点数要求不一的方法主要有：

一、互感器端采样点采用相关设备对采样点要求的公倍数

在建设互感器时，全面考虑与其相关的所有功能设备对采样值在每周波下的点数要求，选择满足这些设备采样点数要求的公倍数作为互感器采样的约束条件，合并单元将按此采样的数据向各功能装置传送，各功能装置从中按功能要求抽取采样值。此方法将要求互感器以相当高的采样点数采样，合并单元（传送整合设备）以同样的点数传送，一是不符合传送协议标准；二是将会在合并单元与功能装置之间的网络上形成极高的数据传送流量，对网络提出很高的要求；三是各装置收发的数据中含有大量并非自身功能需要的，造成很高的处理开销并因而拉高软件硬件成本，并且随设备数量增加很快形成当前软件硬件处理能力的上限。

二、按照一个标准统一采样点

在设计系统时，将互感器、各功能装置的采样点数作归一化统一，并且与数据传输协议规定作一致化。此方法简化要系统在采样点方面的要求，不必为不同功能性需求作插值处理，但限制了集成入系统的装置的适用范围，特别是功能逻辑与采样点数密切相关的必须进行软件硬件的重新设计验证后方可进入系统。

三、通过应用插值算法，在可编程的系统各设备间按各自需求形成插值。

而保护与测控系统解决采样值数据延迟抖动或丢失问题的方法主要有：

一、按时间阈值限定的处理

在保护与测控系统中，功能装置缺少采样值数据可能引起功能错误，甚至可能造成错误响应输出。简单的处理方法是按照功能可能错误的情况，计算出采样值延时或丢失可能造成错误的量化数据，并由此数据推算出相应的时间阈值，在功能装置中设置，当发生此类情况时，停止功能装置的作用，闭锁其可能引起其它错误动作行为或者可能造成不良后果的输出，同时以规定的方式给出警告。

二、插值补充数据的处理

在保护与测控系统中，因数据传输延时或者报文丢失等出现采样值缺少时，在经过计算缺少的采样值尚不足造成因功能错误的条件约束下，应用插值算法补充并校准采样值，以保证功能实现。

由于上述解决采样点数要求不一的方法并未兼容考虑采样值数据延迟抖动或丢失以及由此带来的功能装置失效或闭锁问题，故并不能适应保护与测控系统的功能需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼容数据延迟抖动或丢失、解决采样点数一致性从而实现采样值高精度同步的采样值同步插值算法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法，应用于变电站保护与测控系统中，所述的变电站保护与测控系统包括跟随电网周波进行采样的采样单元、与所述的采样设备相连接用于初次整合所述的采样值并传送经初次整合后的采样值的合并单元、与所述的合并单元相连接用于再次整合经初次整合后的采样值并根据再次整合后的采样值实现相应功能的功能单元，所述的兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法应用于两个场景中，两个所述的场景分别为：所述的合并单元接收所述的采样单元发来的采样值并对其进行初次整合时和所述的功能单元接收所述的合并单元发来的经初次整合后的采样值并对其进行再次整合时；

当所述的合并单元接收所述的采样单元发来的采样值并对其进行初次整合时，包括如下步骤：

（1）所述的合并单元对所述的采样单元发来的所述的采样值按时间重建次序，并对重建次序后的采样值中与报文延迟或丢失相关的采样值进行第一次插值补充；

（2）所述的合并单元根据其需要向所述的功能单元发送的采样点数对经过所述的第一次插值补充后的采样值进行第一次插值计算，建立用于向所述的功能单元传送的经初次整合后的采样值；

当所述的功能单元接收所述的合并单元发来的经初次整合后的采样值并对其进行再次整合时，包括如下步骤：

（1）所述的功能单元对所述的合并单元发来的经初次整合后的采样值按时间重建次序，并对重建次序后的采样值中与报文延迟或丢失相关的采样值进行第二次插值补充；

（2）所述的功能单元根据实现其功能所需的采样点数对经过所述的第二次插值补充后的采样值进行第二次插值计算，建立用于实现所述的功能单元的功能的经再次整合后的采样值。

上述方案中，所述的采样单元发来的所述的采样值中带有时间标识，所述的合并单元根据所述的时间标识对所述的采样值重建次序并进行所述的第一次插值补充和所述的第一次插值计算，经初次整合后的采样值均带有时间标识，所述的功能单元根据所述的时间标识对所述的经初次整合后的采样值重建次序并进行所述的第二次插值补充和所述的第二次插值计算。

所述的合并单元与一台或多台所述的采样单元相连接并接收所述的采样值。

所述的采样单元为互感器。

所述的合并单元控制所述的采样单元的采样节拍。

所述的变电站保护与测控系统采用分布式采样值组网。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明提供的兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法，能够实现保护与测控系统中采样单元与合并单元之间以及合并单元与功能单元之间按照需要选择采样点，不同的装置可以使用不同的选择，并且当存在数据延时抖动或者丢失时可以应用插值算法补充及校准，为系统建立数据体系，具有高效性、灵活性的特点。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。

实施例一：一种兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法，应用于分布式采样值组网的变电站保护与测控系统中。变电站保护与测控系统包括跟随电网周波进行采样的采样单元（例如互感器）、与采样设备相连接用于初次整合采样值并传送经初次整合后的采样值的合并单元、与合并单元相连接用于再次整合经初次整合后的采样值并根据再次整合后的采样值实现相应功能的功能单元。

上述兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法应用于两个场景中，两个场景分别为：

（1）合并单元接收采样单元发来的采样值并对其进行初次整合时：跟随电网周波采样的互感器每周波采样点数与合并单元设定的每周波采样点数不为整数倍，不能直接抽取原始采样点数据使用，且因网络转发或受扰动可能引起的报文延迟及丢失，合并单元按自定采样点对接收的来源于互感器的采样值作插值。此场景为合并单元与互感器之间的，插值算法考虑报文传送时间延迟抖动和受扰动丢失。

（2）功能单元接收合并单元发来的经初次整合后的采样值并对其进行再次整合时：合并单元提供的每周波采样点数与系统中功能单元实现其功能算法需要的点数不为整数倍，不能直接抽取相应点数据使用，且因网络转发或受扰动可能引起的报文延迟及丢失，功能单元按照自有采样点要求对接收自合并单元的数据作插值。此场景为合并单元与功能单元之间的，插值算法考虑报文传送时间延迟抖动和受扰动丢失。

该兼容数据延迟抖动或丢失的采样值同步插值算法包括如下步骤：

（1）合并单元对采集数据的互感器发布时间，控制采样单元的采样节拍。

（2）当合并单元接收采样单元发来的采样值并对其进行初次整合时，包括：

①合并单元与一台或多台采样单元（互感器）相连接并接收采样值，采样单元发来的采样值中带有时间标识，合并单元根据时间标识对采样值按时间重建次序，并对重建次序后的采样值中与报文延迟或丢失相关的采样值进行第一次插值补充；

②合并单元根据其需要向功能单元发送的采样点数对经过第一次插值补充后的采样值进行第一次插值计算，建立用于向功能单元传送的经初次整合后的采样值；经初次整合后的采样值均带有时间标识；

在上述第一次插值补充及第一次差之算法中，首先通过插值方法精确得到此采样脉冲对应于等分同步脉冲的位置，再根据等分同步脉冲位置插值得到统一采样脉冲时刻的采样值，实现整套装置内的同步采样，适应保护与测控等不同装置对同一来源的数据在采样点数等方面的不同需求。

（3）当功能单元接收合并单元发来的经初次整合后的采样值并对其进行再次整合时，包括：

①功能单元根据时间标识对合并单元发来的经初次整合后的采样值按时间重建次序，并对重建次序后的采样值中与报文延迟或丢失相关的采样值进行第二次插值补充；

②功能单元根据实现其功能所需的采样点数对经过第二次插值补充后的采样值进行第二次插值计算，建立用于实现功能单元的功能的经再次整合后的采样值。

在上述第一次插值补充及第一次差之算法中，首先通过插值方法精确得到此采样脉冲对应于等分同步脉冲的位置，再根据等分同步脉冲位置插值得到统一采样脉冲时刻的采样值，实现整套装置内的同步采样，适应保护与测控等不同装置对同一来源的数据在采样点数等方面的不同需求；

相类似的，在上述第二次插值补充及第二次差之算法中，首先通过插值方法精确得到此采样脉冲对应于等分同步脉冲的位置，再根据等分同步脉冲位置插值得到统一采样脉冲时刻的采样值，实现整套装置内的同步采样，适应保护与测控等不同装置对同一来源的数据在采样点数等方面的不同需求。

本方法不但可以为分布式采样值组的变电站保护与测控系统应用功能提供支撑，还可以为其他分布式组网的数据采集系统提供取得高精度采样值的算法，并能够适应在具备报文延迟不确定性及一定强度的扰动可能造成报文丢失的网络，实现功能的模块化。该方法不但可以为采用分布式采样值组网的变电站保护与测控系统采样值插值计算，还可以为其他类似的测量与控制系统，实现功能的模块化，具有良好的可移植性。

该方法对已有方法进行了研究处理整合，实现非特殊技术性能约束下的网络硬件软件系统中可能因报文传送延时不确定或者因受一定强度的外部扰动后引起的报文丢失而建立符合应用需要的采样点要求的采样值插值算法，对传送数据的网络有广泛适应性。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。