对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能变电站测试技术领域，特别是涉及一种对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法。
【背景技术】
[0002]现阶段智能变电站保护装置采样值(SV)数据采集一般采用“直采”模式，SV报文遵循IEC61850-9-2规约。合并单元(MU)至保护装置为点对点光纤连接，这种模式的优点是整个变电站保护装置的SV数据同步不依赖于外部时钟系统，只需要保证从采样至MU输出的SV报文传输时延固定且已知，在此前提下保护装置就可采用插值算法实现不同MU之间SV同步。但该模式的缺点也是非常明显的，光纤点对点连接会造成现场光纤使用量大，因此施工以及后期维护工作艰巨，没有充分实现智能变电站的数据共享，投资成本高。智能变电站采用时延标定交换机实现SV组网传输及数据共享，保护装置直接从交换机上接收SV数据，对SV报文进行解析，提取SV报文中交换机标定的传输时延值，加上SV报文中MU的传输时延值，即可进行不同MU之间的SV插值同步，该方法不需外部对时即可实现SV数据同步。采用这种方式可大量节约光纤，降低成本，变电站二次系统施工以及后期维护也变得容易O
[0003]时延标定交换机是适应智能变电站发展需求的一种新型专用交换机，该交换机测量并计算每一帧报文经过交换机的传输时延值，并将该时延值存至SV报文的保留字段(4个字节)中，时延值以ns为单位，为32位整型数。
[0004]测量“时延标定交换机”的时延标定误差，是评估此种新型交换机性能的一项重要工作。采用“时延标定交换机”进行组网后，对SV报文经过交换机标的时延值进行精确测试，是继电保护装置采用插值同步的基础。
[0005]图2为传统时延标定交换机时延测试方法示意图。如图2所示，传统的时延测试方法是先测出时延标定交换机的吞吐量，在已确定的吞吐量速率下发送的序列报文中间插入标记报文，从接收的序列报文中搜索标记报文，根据标记确定收发为同一帧报文，计算该帧报文经过时延标定交换机的时延，测试必须重复至少20次以上。但这种时延测试方法不支持任意流量下的测试，需要保证交换机不丢报文，搜索不丢报文下的最大流量值，然后在此流量下测试传输时延。如果发送与接收不在一个系统中，发送与接收还需外接时钟同步信号。此外，传统时延测试方法不解析接收的报文，不读取IEC61850-9-2SV报文中的时延标定值，因此，也没法测量出时延标定交换机的时延标定误差。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试的方法。
[0007]为了达到上述目的，本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试的方法包括按顺序进行的下列步骤:
[0008]步骤I)对发送端口 SV报文进行特殊处理:锁定此SV报文的第一个比特时标，时间戳记为Tl，并将此时标填入到该报文尾部的4个字节中；
[0009]步骤2)在时延标定交换机收到SV报文后，计算该报文从该接收端口至报文从另一端口发出的时延值，并在SV报文的保留字段填入该时延值，对于级联交换机填入累加时延值，填入保留字段的时延值为4个字节，单位为ns ;
[0010]步骤3)接收端口接收并过滤出特定SV报文，锁定接收到的第一帧报文的第一个比特时标，时间戳记为T2 ；
[0011]步骤4)根据时间戳Tl、T2计算出实测时延值；
[0012]步骤5)解析接收到的SV报文，并将SV报文保留字段中标定的交换机时延值提取出来；
[0013]步骤6)计算实测时延值与标定时延值之差，并统计出所有报文最大时延测试偏差、最小时延测试偏差及平均时延测试偏差。
[0014]在步骤I)中，所述的对发送端口 SV报文进行特殊处理的具体方法为:锁定发送SV报文的第一个比特时标，时间戳记为Tl，并将此时标填入到报文尾部的特定字段处，时标填至IEC61850-9-2SV报文中最后的4个字节中，为32位整型数，单位为ns，占用原有IEC61850-9-2SV报文最后一个通道的通道值及品质位位置。
[0015]在步骤2)中，所述的在SV报文的保留字段中填入该时延值的方法是将时延值填入IEC61850-9-2SV报文中紧随APPID的4个字节中，为32位整型数，单位为ns ;对于级联交换机，交换机填入的是该交换机之前若干台交换机及本交换机的总传输时延值，即累计值。
[0016]在步骤3)中，所述的接收端口接收并过滤出特定SV报文，锁定接收到的第一帧报文的第一个比特时标的方法为:测试设备接收端口接收交换机发出的报文，从交换机其它报文中过滤出特定SV报文，锁定接收到的每一帧报文的第一个比特时标，时间戳记为T2，写入内存中。
[0017]在步骤4)中，所述的计算实测时延值的具体方法为:计算时间戳T2、T1的差值而得到实测时延值。
[0018]在步骤6)中，所述的计算实测时延值与标定时延值之差，并统计出所有报文最大时延测试偏差、最小时延测试偏差及平均时延测试偏差的方法包括对所有接收到的SV报文做如下统计与计算:
[0019]步骤6.1)计算所有报文的实测时延值，并统计最大出实测时延值、最小实测时延值及平均实测时延值；
[0020]步骤6.2)提取所有报文标定时延值，并统计出最大报文标定时延值、最小报文标定时延值及平均报文标定时延值；
[0021]步骤6.3)计算实测时延值与标定时延值的差值，并统计出最大时延测试偏差、最小时延测试偏差及平均时延测试偏差。
[0022]本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试的方法的实施效果:
[0023]时延标定交换机是适应智能变电站应用的专用交换机，保护装置可不依赖于外接的时钟同步系统，采用交换机报文中的时延及MU的时延，进行插值计算实现SV同步。采用本发明方法，可以很方便测出交换机标定的SV时延误差，从而对交换机性能进行评估，可保证继电保护装置接收到SV报文进行插值同步的可靠性。且本方法参数设置过程简单，降低了对测试人员知识水平要求，测试效率高。
【附图说明】
[0024]图1为交换机时延测试方法示意图。
[0025]图2为传统时延标定交换机时延测试方法示意图。
[0026]图3为本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法流程图。
[0027]图4为时延标定交换机SV报文结构。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图和具体实施例对本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法进行详细说明。
[0029]本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法采用“时延标定交换机”进行IEC61850-9-2采样值(SV)组网，保护装置可不依赖于外部同步时钟源，采用插值法实现SV同步，解决目前SV “直采”模式下智能变电站光纤数量大、二次系统维护困难的问题。时延标定交换机在每一帧SV报文的特定字段中标定交换机传输与处理SV报文的时延值，对于多台交换机级联，该值为所有级联交换机的累加时延值(见图1)。本发明提供的对智能变电站时延标定交换机进行标定时延误差测试方法能够对SV报文经过“时延标定交换机”标定时延的误差进行测量与统计，评估交换机性能，从而确保智能变电站采用这种“时延标定交换机”组网实现SV传输与同步的可靠性与稳定性。
[0030]本发明方法对通过发送端口发送的每一帧SV报文进行特定处理，锁定此报文的第一个比特时标(时间戳记为Tl)，并将此时标填入到报文尾部的8个字节中，为绝对时间信息。在接收端口过滤出需要处理的接收报文，锁定每一帧接收报文的第一个比特时标(时间戳记为T2)。解析并提取报文中时间戳Tl，根据Tl、T2计算出实测时延值，同时，对接收到的SV报文进行解析，在SV报文的特定字段中提取出时延标定交换机标定的时延值，最后计算出实测时延值与标定时延值的差值。
[0031]时延标定交换机是适应智能变电站应用的专用交换机，采用上述方法，可以很方便测出SV报文实测时延值与时延标定交换机标定时延值的误差关系，从而对时延标定交换机的性能进行评估。且本方法参数设置过程简单，降低了对测试人员知识水平要求，测试效率高。
[0032]在时延标定交换机的标定时延误差测试中，可实现两种模式的测试，一是确定IEC61850-9-2SV报文结构及采样率，这样交换机端口流量就可自动确定，目前国家电网公司规范要求SV的采样率为4kHz，MU输出的传输速率为4000点/秒，这种方式比较接近于变电站现场实际的运行情况。另一种模式是确定SV报文结构及设置报文流量值对交换机进行测试，这种模式可精确地测量流量与时延误差的相互关系。
[0033]设置测试时间，在确定好端口流量及报文结构情况下，向交换机发送报文，并接收交换机发出报文，对每帧报文做如下过程处理，如图3所示。
[0