自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置制造方法
【專利摘要】一種自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，屬繼保領(lǐng)域。包括由于連接兩組對側(cè)保護(hù)設(shè)備的通道設(shè)備，其在第一保護(hù)設(shè)備與第一通道設(shè)備之間以及對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備與第二通道設(shè)備之間，分別設(shè)置第一通道切換裝置和第二通道切換裝置；第一、第二通道設(shè)備分別經(jīng)本地以太網(wǎng)與智能變電站站控層的中心站網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)對應(yīng)連接，第一、第二通道切換裝置正常運(yùn)行時(shí)，保持對通信通道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能的決定設(shè)備運(yùn)行及通道切換策略，必要時(shí)進(jìn)行通道切換。其使原先單一路由的保護(hù)通道具備“雙路由”運(yùn)行特性，取代目前各保護(hù)廠家對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，提高通道設(shè)備的可靠性。可廣泛用于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。
【專利說明】自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于繼電保護(hù)多通信方式的智能切換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]智能電網(wǎng)的飛速發(fā)展，對繼電保護(hù)通信的可靠性及電網(wǎng)運(yùn)行信息的可視化、實(shí)時(shí)化管理，提出了新的要求。
[0003]目前XX地區(qū)500KV保護(hù)通道已廣泛采用光通信方式(包括光纖專用芯方式和SDH電路復(fù)用方式)，但由于光纜條件所限，大部分光纖差動保護(hù)實(shí)際上仍承載在同一光纜上。
[0004]光傳輸網(wǎng)雖然已經(jīng)形成了環(huán)狀或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，但由于SDH自身的保護(hù)機(jī)制，環(huán)網(wǎng)保護(hù)倒換和通道保護(hù)倒換在某些特定情況下會出現(xiàn)收、發(fā)信路徑不一致的情況，不能應(yīng)用于光纖差動保護(hù)。光復(fù)用方式的保護(hù)通道通常情況下均采取直達(dá)光纜路由，因此光纜中斷導(dǎo)致線路失去保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)仍是客觀存在的。
[0005]目前主流保護(hù)設(shè)備和數(shù)字復(fù)用設(shè)備之間的光纖通道的接口特性、碼型、碼速和幀結(jié)構(gòu)等指標(biāo)是由各個(gè)廠家自定義的，并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，光纖通信協(xié)議的不統(tǒng)一使得繼電保護(hù)通信的發(fā)展存在著很大的局限性，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0006](I)保護(hù)和通信之間的專業(yè)界限不清，遠(yuǎn)方保護(hù)設(shè)備和數(shù)字復(fù)用設(shè)備都屬于繼電保護(hù)專業(yè)的設(shè)備，然而數(shù)字復(fù)用設(shè)備卻需要安裝在通信機(jī)房中。由于不同專業(yè)的原因，數(shù)字復(fù)用設(shè)備在安裝時(shí)往往無法得到很好的規(guī)劃，經(jīng)常會造成機(jī)房中的通信設(shè)備對數(shù)字復(fù)用設(shè)備的干擾。同時(shí)，在故障認(rèn)定方面也存在不足，當(dāng)保護(hù)出現(xiàn)通信中斷時(shí)，沒有手段確定故障點(diǎn)，無法區(qū)分保護(hù)設(shè)備與通信設(shè)備的故障，對檢修造成很大不便。
[0007](2)不同廠家的遠(yuǎn)方保護(hù)設(shè)備和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備無法互連，在用光纖傳輸繼電保護(hù)信息時(shí)，遠(yuǎn)方保護(hù)設(shè)備和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備之間的光纖接口通信規(guī)范往往由各個(gè)繼電保護(hù)設(shè)備廠家制定，并且僅僅使用在自己的設(shè)備上。這樣，在一個(gè)線路縱差保護(hù)系統(tǒng)中，必須使用同一廠家的遠(yuǎn)方保護(hù)設(shè)備和光電轉(zhuǎn)換設(shè)備，不同廠家的設(shè)備之間則無法互連。在通信系統(tǒng)日益標(biāo)準(zhǔn)化的今天，這一現(xiàn)象無疑會阻礙光纖通信系統(tǒng)在繼電保護(hù)信息傳輸中的應(yīng)用。
[0008](3)傳輸通道帶寬低或帶寬利用率低，在繼電保護(hù)信息傳輸中，應(yīng)用最多的是2M通道，對于2M通道而言，由于對通道特性及信息的幀結(jié)構(gòu)沒有很好地規(guī)劃，使得傳輸通道的帶寬雖然可以達(dá)到2Mbit/s，但傳輸?shù)膶?shí)際內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2Mbit/s，大量的帶寬閑置不用，帶寬利用率非常低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其解決了同一臺切換裝置與不同廠家保護(hù)設(shè)備互聯(lián)的難題，并且可靈活適應(yīng)各種通信方式，實(shí)現(xiàn)了無損切換與透明傳輸?shù)耐瑫r(shí)兼容，并對時(shí)延進(jìn)行了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)；其在通道狀態(tài)異常時(shí)采取了特殊的異常處理手段，并具備了自環(huán)診斷的功能，為通道雙重化及通道質(zhì)量監(jiān)控提供了手段和途徑。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是:提供一種自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，包括用于連接兩組對側(cè)保護(hù)設(shè)備的通道設(shè)備，所述的通道設(shè)備包括光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備，其第一保護(hù)設(shè)備通過通道設(shè)備與對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)連接，其特征是:
[0011]在所述的第一保護(hù)設(shè)備與第一通道設(shè)備之間以及對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備與第二通道設(shè)備之間，分別設(shè)置第一通道切換裝置和第二通道切換裝置；
[0012]所述的第一、第二通道設(shè)備分別經(jīng)本地以太網(wǎng)與智能變電站站控層的中心站網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)對應(yīng)連接，
[0013]所述的第一、第二通道切換裝置正常運(yùn)行時(shí)，保持對通信通道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能的決定設(shè)備運(yùn)行及通道切換策略，必要時(shí)進(jìn)行通道切換；
[0014]所述的第一通道切換裝置和第二通道切換裝置使原先單一路由的保護(hù)通道具備“雙路由”運(yùn)行特性，采用精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法，將保護(hù)信號通過不同路由的通道發(fā)送到對側(cè)，提高通道設(shè)備的可靠性；
[0015]所述的第一、第二通道切換裝置同時(shí)完成光電轉(zhuǎn)換與通道協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，以取代目前各保護(hù)廠家對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0016]具體的，其所述的精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法在2.048Mb/s的原始保護(hù)碼流中插入部分控制字節(jié)，作為通道對齊、檢測的依據(jù)，同時(shí)也可保證保護(hù)信號的透明傳輸，解決不同廠家設(shè)備的兼容問題；
[0017]所述的原始數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過該方法的處理之后，在其中以穩(wěn)定的時(shí)間周期插入固定長度及格式的管理控制字節(jié)，并以新的發(fā)送頻率發(fā)出，在接收端，對線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，將插入字節(jié)提出，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。
[0018]其所述的精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法包括下列步驟:
[0019]I)首先以內(nèi)部高頻晶體為基準(zhǔn)對原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行信號采樣，提取出原始數(shù)據(jù)碼流的發(fā)送頻率，利用該發(fā)送時(shí)鐘讀取原始數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)按照先入先出的原則進(jìn)入發(fā)送緩存區(qū)中，假設(shè)原始數(shù)據(jù)頻率為fo，所采用的高頻晶體頻率為fH，當(dāng)二者之間滿足關(guān)系fH〉〉f。時(shí)，可以得到精度較聞的提取頻率f。；
[0020]2)根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長度、插入數(shù)據(jù)的頻率計(jì)算出發(fā)送端的發(fā)送頻率;為保證發(fā)送端頻率與原始數(shù)據(jù)碼流頻率的相關(guān)性，發(fā)送端頻率應(yīng)以數(shù)據(jù)碼流原始發(fā)送時(shí)鐘&為基礎(chǔ)產(chǎn)生，選擇對提取頻率&進(jìn)行N倍頻后再小數(shù)分頻的方式生成發(fā)送頻率；
[0021]3)采用指針逼近的處理方法，對額外數(shù)據(jù)的插入過程在數(shù)據(jù)碼流緩存區(qū)中完成；
[0022]4 )在接收端對線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，對插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。
[0023]具體的，其所述的智能切換裝置對雙通道的運(yùn)行狀態(tài)、時(shí)延差值、傳輸質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定裝置運(yùn)行及切換策略:
[0024]當(dāng)前通道出現(xiàn)故障時(shí)將自動切換到另外一路；
[0025]時(shí)延差在允許范圍內(nèi)無損切換，時(shí)延差過大時(shí)有損切換；
[0026]發(fā)生有損切換時(shí)，裝置將停發(fā)一秒保護(hù)信號以提示通道時(shí)延差過大。
[0027]其位于A端的所述第一保護(hù)設(shè)備的保護(hù)信號通過保護(hù)接口傳遞到第一通道切換裝置，再透明傳送到線路接口，分別通過光纖網(wǎng)絡(luò)與SDH數(shù)字復(fù)用通道傳送到B端，經(jīng)第二通道切換裝置再送到B端的所述第二保護(hù)設(shè)備；一旦主通道中斷，A、B兩端的第一、第二通道立即切換，通過2M通道維持縱差保護(hù)信號的傳遞。
[0028]進(jìn)一步的，其所述的智能切換裝置包括保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、通信線路收發(fā)模塊及系統(tǒng)主控模塊；保護(hù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)碼流以自左向右的順序由一側(cè)保護(hù)設(shè)備送至對側(cè)，分別通過保護(hù)數(shù)據(jù)接收模塊，通信線路收發(fā)模塊，主控模塊，最后通過保護(hù)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)回保護(hù)設(shè)備。
[0029]更進(jìn)一步的，其所述的保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用收發(fā)一體化的光器件，其接收模塊接收繼電保護(hù)設(shè)備的光纖信號，通過解調(diào)、解碼等手段將信號頻率統(tǒng)一到2.048Mb/s ;其發(fā)送模塊完成保護(hù)數(shù)據(jù)的重新編碼、調(diào)制并送回到保護(hù)設(shè)備；所述的保護(hù)數(shù)據(jù)接收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能以及完成定位標(biāo)志字的插入。
[0030]更進(jìn)一步的，所述的通信線路收發(fā)模塊將含標(biāo)志字的碼流通過兩條不同路由的路徑發(fā)送到對側(cè)，電信號收發(fā)模塊采用的是標(biāo)準(zhǔn)的HDB3碼傳輸，光信號收發(fā)模塊采用1B4B編碼后高頻8.192M信號傳輸，模塊同時(shí)完成線路信號的轉(zhuǎn)換、調(diào)制解調(diào)及光電轉(zhuǎn)換。
[0031]更進(jìn)一步的，所述的主控模塊邏輯為FPGA芯片及其外圍電路，用以實(shí)現(xiàn)雙通道信號的對齊、通道狀態(tài)的監(jiān)測、切換策略的確定及標(biāo)志字的提取。
[0032]更進(jìn)一步的，所述的智能切換裝置集成了光電轉(zhuǎn)換與通道切換功能，采用光接口與保護(hù)設(shè)備相連，在線路側(cè)提供專用光纖與El電兩種方式傳輸，所述裝置正常運(yùn)行時(shí)，增加的額外時(shí)延為400us ;兩個(gè)通道的延時(shí)差小于12ms時(shí)為無損切換，當(dāng)所述的光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備通道發(fā)生切換時(shí)，保護(hù)裝置正常工作，沒有通道異常、誤碼、失步等情況出現(xiàn)；當(dāng)所述的光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備通道時(shí)延差大于12ms時(shí)，每次切換為有損傷切換，切換時(shí)會帶來保護(hù)裝置通道短時(shí)間告警及保護(hù)退出，以保證收發(fā)通道的一致性。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0034]1.解決了同一臺切換裝置與不同廠家保護(hù)設(shè)備互聯(lián)的難題，并且可靈活適應(yīng)各種通信方式，實(shí)現(xiàn)了無損切換與透明傳輸?shù)耐瑫r(shí)兼容，并對時(shí)延進(jìn)行了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)；
[0035]2.在通道狀態(tài)異常時(shí)采取了特殊的異常處理手段，并具備了自環(huán)診斷的功能，為通道雙重化及通道質(zhì)量監(jiān)控提供了手段和途徑。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1是本發(fā)明的典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖2是本發(fā)明另一種典型應(yīng)用結(jié)構(gòu)不意圖；
[0038]圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)插入方法的示意圖；
[0039]圖4是數(shù)據(jù)插入方法的具體步驟方框圖
[0040]圖5是指針逼近方式的示意圖
[0041]圖6是數(shù)據(jù)提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)方式示意圖；
[0042]圖7是智能切換裝置的模塊構(gòu)成示意圖。
[0043]圖中A為第一通道切換裝置，B為第二通道切換裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。[0045]圖1中，本發(fā)明的技術(shù)方案提供了一種自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，包括用于連接兩組對側(cè)保護(hù)設(shè)備的通道設(shè)備，所述的通道設(shè)備包括光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備，其第一保護(hù)設(shè)備通過通道設(shè)備與對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)連接，其在所述的第一保護(hù)設(shè)備與第一通道設(shè)備之間以及對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備與第二通道設(shè)備之間，分別設(shè)置第一通道切換裝置和第二通道切換裝置。
[0046]所述的第一、第二通道設(shè)備分別經(jīng)本地以太網(wǎng)與智能變電站站控層的中心站網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)對應(yīng)連接；
[0047]所述的第一、第二通道切換裝置正常運(yùn)行時(shí)，保持對通信通道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能的決定設(shè)備運(yùn)行及通道切換策略，必要時(shí)進(jìn)行通道切換；
[0048]所述的第一通道切換裝置和第二通道切換裝置使原先單一路由的保護(hù)通道具備“雙路由”運(yùn)行特性，采用精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法，將保護(hù)信號通過不同路由的通道發(fā)送到對側(cè)，提高通道設(shè)備的可靠性；
[0049]所述的第一、第二通道切換裝置同時(shí)完成光電轉(zhuǎn)換與通道協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，以取代目前各保護(hù)廠家對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0050]對于距離較遠(yuǎn)，光纖資源比較緊張的廠站之間，可以如本圖所示，選用路徑不同的兩條數(shù)字復(fù)用通道。
[0051]此時(shí)本發(fā)明的通道切換裝置加裝在保護(hù)設(shè)備與通道設(shè)備之間，將保護(hù)信號通過不同路由的通道發(fā)送到對側(cè)，裝置正常運(yùn)行時(shí)，保持對通信通道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能的決定設(shè)備運(yùn)行及通道切換策略，必要時(shí)進(jìn)行通道切換。切換裝置同時(shí)完成了光電轉(zhuǎn)換與通道協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，可以取代目前各保護(hù)廠家對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。
[0052]圖2中，對于距離較近，光纖資源比較豐富的廠站之間，可以如本圖所示，選用一條數(shù)字復(fù)用通道加一條光纖專用通道進(jìn)行通道備份。
[0053]其余同圖1。
[0054]圖3中，本技術(shù)方案中的利用精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法，在2.048Mb/s的原始保護(hù)碼流中插入了少部分的控制字節(jié)，作為通道對齊、檢測的依據(jù)，同時(shí)也保證了保護(hù)信號的透明傳輸，解決了不同廠家設(shè)備的兼容問題。
[0055]如圖所示，原始數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過該方法的處理之后，在其中以穩(wěn)定的時(shí)間周期插入固定長度及格式的管理控制字節(jié)，并以新的發(fā)送頻率發(fā)出，在接收端，對線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，將插入字節(jié)提出，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。
[0056]通過該方法，實(shí)現(xiàn)對信號碼流的數(shù)據(jù)插入，可以解決數(shù)字信號傳輸過程中通道狀態(tài)監(jiān)測、管理信息傳輸?shù)榷喾矫娴膯栴}。
[0057]該方法不受原始數(shù)據(jù)碼流通信協(xié)議的限制，理論上適用于所有數(shù)字信號。能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)碼流的時(shí)鐘速率、插入字節(jié)的長度、插入周期等數(shù)值精確計(jì)算出并生成插入數(shù)據(jù)后的碼流速率；在接收端，采用同樣的計(jì)算方法，提取出插入的管理信息并還原原始的數(shù)據(jù)碼流。整個(gè)過程在保證了原始數(shù)據(jù)碼流精確傳輸?shù)幕A(chǔ)上完成了額外管理信息的交換，而且無論是包含插入字節(jié)的線路碼流或接收端恢復(fù)后出的原始數(shù)據(jù)碼流，均保證了時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定平滑，保證了數(shù)據(jù)收發(fā)的穩(wěn)定性。
[0058]圖4中，利用精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法的具體過程如下:
[0059]I)首先以內(nèi)部高頻晶體為基準(zhǔn)對原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行信號采樣，提取出原始數(shù)據(jù)碼流的發(fā)送頻率，利用該發(fā)送時(shí)鐘讀取原始數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)按照先入先出的原則進(jìn)入發(fā)送緩存區(qū)中，假設(shè)原始數(shù)據(jù)頻率為fo，所采用的高頻晶體頻率為fH，當(dāng)二者之間滿足關(guān)系fH〉〉f。時(shí)，可以得到精度較聞的提取頻率f。。
[0060]2)根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長度、插入數(shù)據(jù)的頻率計(jì)算出發(fā)送端的發(fā)送頻率f\。為保證發(fā)送端頻率與原始數(shù)據(jù)碼流頻率的相關(guān)性，發(fā)送端頻率應(yīng)以數(shù)據(jù)碼流原始發(fā)送時(shí)鐘&為基礎(chǔ)產(chǎn)生，這里選擇對提取頻率&進(jìn)行N倍頻后再小數(shù)分頻的方式生成發(fā)送頻率。
[0061 ] 3 )額外數(shù)據(jù)的插入過程在數(shù)據(jù)碼流緩存區(qū)中完成，采用了 一個(gè)指針逼近的處理方法。
[0062]4)在接收端對插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)，是數(shù)據(jù)插入的反操作。
[0063]圖5中，指針逼近的方式如下:
[0064]發(fā)送緩存區(qū)總長度為每秒插入字節(jié)長度的兩倍(即2X)，數(shù)據(jù)讀寫定位采用循環(huán)指針的方式，原始碼流數(shù)據(jù)以fo的速率以從左向右的順序?qū)懭刖彺鎱^(qū)中，當(dāng)fo指針指向緩存區(qū)一半的位置時(shí)，發(fā)送指針開始同向啟動，并以fi的速率將其指針指向的緩存位置中的數(shù)據(jù)順序發(fā)送。由于二者指針?biāo)俾蚀嬖诘年P(guān)系，因此fi指針位置將逐步逼近&指針位置。當(dāng)fo指針與指針重合時(shí)，進(jìn)行一次額外字節(jié)插入操作:此時(shí)發(fā)送指針暫停計(jì)數(shù)，直接發(fā)送長度為X的管理控制字節(jié)，而緩存寫入指針&繼續(xù)前進(jìn)。因此，當(dāng)數(shù)據(jù)插入完成后，f:指針與fo指針之間的位置差值又拉長為起始時(shí)的X，重復(fù)以上過程，完成額外字節(jié)插入。由于fi，fo的速差恒定，因此每次插入數(shù)據(jù)的周期也是恒定的，確保了周期穩(wěn)定的額外數(shù)據(jù)插入操作，經(jīng)過額外數(shù)據(jù)插入處理的數(shù)據(jù)碼流以fi的數(shù)據(jù)速率發(fā)送到對端接收端。
[0065]圖6中，在接收端對插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取及原始數(shù)據(jù)恢復(fù)，是數(shù)據(jù)插入的反操作，示意圖如圖所示。
[0066]與輸出插入操作不同，數(shù)據(jù)提取緩存的是可變長度的先入先出(FIFO)緩存，長度范圍為0-2X，寫入緩存的碼流速率為f\，容易知道，數(shù)據(jù)提取后理想狀態(tài)下的碼流速率應(yīng)與原始碼流相同為&，在實(shí)際處理中可以通過逐步調(diào)整得到，設(shè)實(shí)際處理中提取后碼流速率為f2，f2可以通過小數(shù)分頻器進(jìn)行調(diào)整，f2初始值滿足條件fi>f2且f2通過調(diào)整小數(shù)分頻器使其近似等于
[0067]帶有額外字節(jié)的碼流以的速率從左至右寫入緩存區(qū)，緩存區(qū)第O到第X單元為額外插入字節(jié)檢測窗，其運(yùn)行過程如下:
[0068]碼流以速率寫入緩存區(qū)，當(dāng)緩存區(qū)長度等于X/2時(shí)，開始以f2的頻率以先入先出的方式輸出緩存數(shù)據(jù)。由于AY2，緩存長度會不斷變長。
[0069]當(dāng)檢測窗口檢測到額外插入數(shù)據(jù)后，緩存區(qū)直接將這部分長度為X的數(shù)據(jù)提出，同時(shí)緩存長度縮短為當(dāng)前長度減去X。
[0070]由于近似滿足了的關(guān)系，因此緩存長度的變化被限制在了 0-2X之間。
[0071]記錄每次窗口檢測出插入數(shù)據(jù)時(shí)緩存區(qū)長度L，通過其數(shù)值變化可以分析出&、f2之間的關(guān)系，通過調(diào)整小數(shù)分頻參數(shù)，使得L保持穩(wěn)定，可以得到比較精確的提取頻率f2。
[0072]圖7中，本裝置的正常工作連接如圖1或圖2所示:
[0073]A端保護(hù)信號通過保護(hù)接口傳遞到通道切換裝置，再透明傳送到線路接口，分別通過光纖網(wǎng)絡(luò)與SDH數(shù)字復(fù)用通道傳送到B端，再送到B端保護(hù)設(shè)備；反向(B端到A端)同樣的信號傳遞過程。一旦主通道中斷，兩端通道立即切換，通過2M通道(備)維持縱差保護(hù)信號的傳遞。
[0074]裝置核心思想是在原始保護(hù)碼流中插入少量字節(jié)的標(biāo)志字用于定位，對側(cè)在接收到標(biāo)志字后將其消去并還原保護(hù)原始碼流送回保護(hù)。
[0075]如本圖所示，數(shù)據(jù)碼流以自左向右的順序由一側(cè)保護(hù)設(shè)備送至對側(cè)，分別通過保護(hù)數(shù)據(jù)接收模塊，通信線路收發(fā)模塊，主控模塊，最后通過保護(hù)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)回保護(hù)設(shè)備。
[0076]本裝置的工作原理:
[0077]本切換裝置的主要功能模塊包括:保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、通信線路收發(fā)模塊及系統(tǒng)主控模塊。
[0078]保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用收發(fā)一體化的光器件，接收模塊接收繼電保護(hù)設(shè)備的光纖信號，通過解調(diào)、解碼等手段將信號頻率統(tǒng)一到2.048Mb/s ;發(fā)送模塊完成保護(hù)數(shù)據(jù)的重新編碼、調(diào)制并送回到保護(hù)設(shè)備。保護(hù)數(shù)據(jù)接收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能。
[0079]保護(hù)數(shù)據(jù)接收模塊的另一重要功能是完成定位標(biāo)志字的插入。保護(hù)信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)2.048Mb/s數(shù)據(jù)碼流后，需要在碼流中插入定位標(biāo)志字。理想情況下SDH每秒鐘傳輸2M碼元2048000個(gè)，根據(jù)G.703標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字復(fù)用設(shè)備中式采用的2.048M頻率允許有50ppm的偏差，即每秒鐘傳輸?shù)?M碼元最多可以達(dá)到2048100左右，利用這一特性，可以在標(biāo)準(zhǔn)2.048M碼流中進(jìn)行標(biāo)志字的插入，在切換裝置中確定的插入策略為每2400000個(gè)碼元插入48個(gè)，相當(dāng)于每秒鐘傳輸2048040個(gè)左右的2M碼元，小于2048100的最大值，不會影響SDH的正常傳輸。插入數(shù)據(jù)以短幀的形式出現(xiàn)，包含以下內(nèi)容:幀頭、幀尾、幀計(jì)數(shù)器、本端設(shè)備編碼、當(dāng)前通道識別碼、本端設(shè)備簡明運(yùn)行信息、校驗(yàn)位等。插入了標(biāo)志字的碼流將由通信線路發(fā)送模塊由通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到對端。
[0080]通信線路收發(fā)模塊將含標(biāo)志字的碼流通過兩條不同路由的路徑發(fā)送到對側(cè)，電信號收發(fā)模塊采用的是標(biāo)準(zhǔn)的HDB3碼傳輸，光信號收發(fā)模塊采用1B4B編碼后高頻8.192M信號傳輸，模塊同時(shí)完成線路信號的轉(zhuǎn)換、調(diào)制解調(diào)及光電轉(zhuǎn)換。
[0081]主控模塊是切換裝置算法實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，無損切換的許多重要步驟，如雙通道信號的對齊、通道狀態(tài)的監(jiān)測、切換策略的確定及標(biāo)志字的提取等均在主控模塊內(nèi)完成，主控模塊邏輯部分在高性能FPGA芯片CyCl0neIIIC55內(nèi)完成，其內(nèi)部門電路響應(yīng)時(shí)間達(dá)到了IOns,內(nèi)部邏輯單元超過了 50000個(gè)，在功能與性能方面均可以達(dá)到系統(tǒng)要求。
[0082]繼電保護(hù)切換裝置集成了光電轉(zhuǎn)換與通道切換功能，采用光接口與保護(hù)設(shè)備相連，在線路側(cè)提供專用光纖與El電兩種方式傳輸，目前已經(jīng)完成了切換裝置與多個(gè)繼電保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家產(chǎn)品的配合試驗(yàn)，接入切換裝置后保護(hù)運(yùn)行正常，配合狀況良好。
[0083]經(jīng)過針對切換裝置本身的測試結(jié)果符合要求，設(shè)備本身支持雙電源供電，網(wǎng)管界面友好，能對各類事件以秒級精度進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，支持對歷史事件的查詢，可以觀察的事件主要包括:單路電源丟失、通道還回告警、收發(fā)通道交叉告警、線路異常告警、保護(hù)異常告警、當(dāng)前工作通道等，并可以通過動態(tài)圖的方式觀察雙通道時(shí)延差的變化。
[0084]本裝置正常運(yùn)行時(shí),增加的額外時(shí)延為400us。兩個(gè)通道的延時(shí)差小于12ms時(shí)為無損切換，通道發(fā)生切換時(shí)，保護(hù)裝置正常工作，沒有通道異常、誤碼、失步等情況出現(xiàn)；當(dāng)通道時(shí)延差大于12ms時(shí)，每次切換為有損傷切換，切換時(shí)會帶來保護(hù)裝置通道短時(shí)間告警及保護(hù)退出，通道切換可以保證收發(fā)通道的一致性。
[0085]當(dāng)通道運(yùn)行在A通道時(shí)，在B通道上的操作不會對保護(hù)裝置產(chǎn)生任何影響，B通道發(fā)生故障時(shí)，裝置認(rèn)為此時(shí)應(yīng)為有損切換，B通道恢復(fù)后，切換裝置會重新進(jìn)行同步定位并確定AB通道時(shí)延差。
[0086]在測試現(xiàn)場還利用某廠商的2M通道檢測平臺在通道中加入誤碼，實(shí)際測試時(shí)保護(hù)裝置出現(xiàn)了通道高誤碼的告警，但未觸發(fā)切換裝置的切換，證明切換裝置只對通道中斷進(jìn)行判別，并以此作為是否切換的依據(jù)，同時(shí)這也符合切換裝置透明傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)理念。
[0087]由于本發(fā)明的技術(shù)方案集成了光電轉(zhuǎn)換與通道切換功能，采用光接口與保護(hù)設(shè)備相連，在線路側(cè)提供專用光纖與El電兩種方式傳輸，，解決了同一臺切換裝置與不同廠家保護(hù)設(shè)備互聯(lián)的難題，并且可靈活適應(yīng)各種通信方式，實(shí)現(xiàn)了無損切換與透明傳輸?shù)耐瑫r(shí)兼容，并對時(shí)延進(jìn)行了最優(yōu)化的設(shè)計(jì)；其在通道狀態(tài)異常時(shí)采取了特殊的異常處理手段，并具備了自環(huán)診斷的功能，為通道雙重化及通道質(zhì)量監(jiān)控提供了手段和途徑。
[0088]本發(fā)明可廣泛用于智能電網(wǎng)的繼電保護(hù)和數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，包括用于連接兩組對側(cè)保護(hù)設(shè)備的通道設(shè)備，所述的通道設(shè)備包括光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備，其第一保護(hù)設(shè)備通過通道設(shè)備與對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備進(jìn)行對應(yīng)連接，其特征是: 在所述的第一保護(hù)設(shè)備與第一通道設(shè)備之間以及對側(cè)的第二保護(hù)設(shè)備與第二通道設(shè)備之間，分別設(shè)置第一通道切換裝置和第二通道切換裝置； 所述的第一、第二通道設(shè)備分別經(jīng)本地以太網(wǎng)與智能變電站站控層的中心站網(wǎng)關(guān)計(jì)算機(jī)對應(yīng)連接， 所述的第一、第二通道切換裝置正常運(yùn)行時(shí)，保持對通信通道運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)根據(jù)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)智能的決定設(shè)備運(yùn)行及通道切換策略，必要時(shí)進(jìn)行通道切換； 所述的第一通道切換裝置和第二通道切換裝置使原先單一路由的保護(hù)通道具備“雙路由”運(yùn)行特性，采用精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法，將保護(hù)信號通過不同路由的通道發(fā)送到對側(cè)，提高通道設(shè)備的可靠性； 所述的第一、第二通道切換裝置同時(shí)完成光電轉(zhuǎn)換與通道協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能，以取代目前各保護(hù)廠家對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備。
2.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法在2.048Mb/s的原始保護(hù)碼流中插入部分控制字節(jié)，作為通道對 齊、檢測的依據(jù)，同時(shí)也可保證保護(hù)信號的透明傳輸，解決不同廠家設(shè)備的兼容問題； 所述的原始數(shù)據(jù)碼流經(jīng)過該方法的處理之后，在其中以穩(wěn)定的時(shí)間周期插入固定長度及格式的管理控制字節(jié)，并以新的發(fā)送頻率發(fā)出，在接收端，對線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，將插入字節(jié)提出，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。
3.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的精確小數(shù)分頻適應(yīng)任意數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)插入方法包括下列步驟: 1)首先以內(nèi)部高頻晶體為基準(zhǔn)對原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行信號采樣，提取出原始數(shù)據(jù)碼流的發(fā)送頻率，利用該發(fā)送時(shí)鐘讀取原始數(shù)據(jù)碼流的數(shù)據(jù)內(nèi)容，讀出的數(shù)據(jù)按照先入先出的原則進(jìn)入發(fā)送緩存區(qū)中，假設(shè)原始數(shù)據(jù)頻率為&，所采用的高頻晶體頻率為fH，當(dāng)二者之間滿足關(guān)系fH>>fo時(shí)，可以得到精度較高的提取頻率fo ； 2)根據(jù)額外插入數(shù)據(jù)的長度、插入數(shù)據(jù)的頻率計(jì)算出發(fā)送端的發(fā)送頻率;為保證發(fā)送端頻率與原始數(shù)據(jù)碼流頻率的相關(guān)性，發(fā)送端頻率應(yīng)以數(shù)據(jù)碼流原始發(fā)送時(shí)鐘&為基礎(chǔ)產(chǎn)生，選擇對提取頻率&進(jìn)行N倍頻后再小數(shù)分頻的方式生成發(fā)送頻率； 3)采用指針逼近的處理方法，對額外數(shù)據(jù)的插入過程在數(shù)據(jù)碼流緩存區(qū)中完成； 4)在接收端對線路數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，對插入了管理控制字節(jié)的數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，同時(shí)還原原始數(shù)據(jù)碼流及數(shù)據(jù)頻率。
4.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的智能切換裝置對雙通道的運(yùn)行狀態(tài)、時(shí)延差值、傳輸質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果決定裝置運(yùn)行及切換策略: 當(dāng)前通道出現(xiàn)故障時(shí)將自動切換到另外一路； 時(shí)延差在允許范圍內(nèi)無損切換，時(shí)延差過大時(shí)有損切換； 發(fā)生有損切換時(shí)，裝置將停發(fā)一秒保護(hù)信號以提示通道時(shí)延差過大。
5.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是位于A端的所述第一保護(hù)設(shè)備的保護(hù)信號通過保護(hù)接口傳遞到第一通道切換裝置，再透明傳送到線路接口，分別通過光纖網(wǎng)絡(luò)與SDH數(shù)字復(fù)用通道傳送到B端，經(jīng)第二通道切換裝置再送到B端的所述第二保護(hù)設(shè)備；一旦主通道中斷，A、B兩端的第一、第二通道立即切換，通過2M通道維持縱差保護(hù)信號的傳遞。
6.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的智能切換裝置包括保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、通信線路收發(fā)模塊及系統(tǒng)主控模塊；保護(hù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)碼流以自左向右的順序由一側(cè)保護(hù)設(shè)備送至對側(cè)，分別通過保護(hù)數(shù)據(jù)接收模塊，通信線路收發(fā)模塊，主控模塊，最后通過保護(hù)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊發(fā)回保護(hù)設(shè)備。
7.按照權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的保護(hù)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用收發(fā)一體化的光器件，其接收模塊接收繼電保護(hù)設(shè)備的光纖信號，通過解調(diào)、解碼等手段將信號頻率統(tǒng)一到2.048Mb/s ;其發(fā)送模塊完成保護(hù)數(shù)據(jù)的重新編碼、調(diào)制并送回到保護(hù)設(shè)備；所述的保護(hù)數(shù)據(jù)接收發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能以及完成定位標(biāo)志子的插入。
8.按照權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的通信線路收發(fā)模塊將含標(biāo)志字的碼流通過兩條不同路由的路徑發(fā)送到對側(cè)，電信號收發(fā)模塊采用的是標(biāo)準(zhǔn)的HDB3碼傳輸，光信號收發(fā)模塊采用1B4B編碼后高頻8.192M信號傳輸，模塊同時(shí)完成線路信號的轉(zhuǎn)換、調(diào)制解調(diào)及光電轉(zhuǎn)換。
9.按照權(quán)利要求6所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的主控模塊邏輯為FPGA芯片及其外圍電路，用以實(shí)現(xiàn)雙通道信號的對齊、通道狀態(tài)的監(jiān)測、切換策略的確定及標(biāo)志字的提取。
10.按照權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)繼電保護(hù)多通信方式智能切換裝置，其特征是所述的智能切換裝置集成了光電轉(zhuǎn)換與通道切換功能，采用光接口與保護(hù)設(shè)備相連，在線路側(cè)提供專用光纖與El電兩種方式傳輸，所述裝置正常運(yùn)行時(shí)，增加的額外時(shí)延為400US ;兩個(gè)通道的延時(shí)差小于12ms時(shí)為無損`切換，當(dāng)所述的光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備通道發(fā)生切換時(shí)，保護(hù)裝置正常工作，沒有通道異常、誤碼、失步等情況出現(xiàn)；當(dāng)所述的光纖設(shè)備和/或SDH設(shè)備通道時(shí)延差大于12ms時(shí)，每次切換為有損傷切換，切換時(shí)會帶來保護(hù)裝置通道短時(shí)間告警及保護(hù)退出，以保證收發(fā)通道的一致性。
【文檔編號】H04L12/703GK103779963SQ201310698474
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】曾平, 鄒曉峰, 周德生, 沈冰, 宋杰, 周卓懿 申請人:國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗(yàn)研究院有限公司