基于VxWorks的電力系統故障錄波器設計

　　4.2 傳統數據報文模塊

　　該應用中對于傳統站，將由前方的采集設備采樣模擬量和開(kāi)關(guān)量數據，通過(guò)TCP協(xié)議發(fā)送到錄波器。錄波器將對其解析后封裝為與IEC61 850相兼容的數據格式，以便后方設備進(jìn)行啟動(dòng)判斷與存儲。

　　4.3 同步模塊

　　9-1數據來(lái)自合并單元，而開(kāi)關(guān)量采樣數據來(lái)自保護控制單元，兩者的數據源不同，發(fā)送的報文格式也不同。IEC-61850中定義的GOOSE報文，每幀報文中含有詳細的絕對時(shí)間，但報文只有在開(kāi)關(guān)量發(fā)生變位時(shí)才發(fā)送，在開(kāi)關(guān)量變位后，則建議按指數遞增的時(shí)間間隔發(fā)送，因而接受到GOOSE報文的時(shí)刻是不定的。在某些實(shí)際應用中，甚至可能發(fā)生保護裝置未進(jìn)行同步，造成GOOSE報文中的時(shí)間戳不準的情況。另一方面，故障錄波需要全站的大量開(kāi)關(guān)量數據，而單一保護控制單元發(fā)送的GOOSE報文只包含其中的一部分，需要將不同來(lái)源的GOOSE報文進(jìn)行同步和組合。包含模擬量采樣值的9-1報文通過(guò)合并單元后雖然具有錄波所需要的全部模擬采樣值數據，也按照固定的采樣頻率均勻發(fā)送，但其中僅含有秒的等分序號，而沒(méi)有絕對的時(shí)間信息。因此必須要將不同源的開(kāi)關(guān)量之間、以及開(kāi)關(guān)量和模擬量之間進(jìn)行同步合并，對數據整體加入絕對時(shí)刻。在設計同步方案時(shí)，充分考慮到開(kāi)關(guān)量的數據更新頻率遠遠小于開(kāi)關(guān)量數據讀取頻率，即絕大多數的同步工作都是將保存的開(kāi)關(guān)量與當前收到的模擬量采樣值進(jìn)行合并，只在低頻率的GOOSE報文來(lái)臨時(shí)才需要更新保存的開(kāi)關(guān)量值。在該設計中，高頻率的模擬量數據到需要和開(kāi)關(guān)量合并時(shí)，保存開(kāi)關(guān)量的堆棧中將只含有最近的一次或之前少數幾次開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，模擬量數據將以極大的概率直接與最近的開(kāi)關(guān)量時(shí)間匹配，維護此堆棧的空間開(kāi)銷(xiāo)和時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)都很小。具體流程圖如圖5所示。

　　4.4 數據通信模塊設計

　　該模塊將同步好的全站模擬量采樣值與開(kāi)關(guān)量加入時(shí)間戳，通過(guò)TCP連接發(fā)送給啟動(dòng)判斷與存儲設備，保證數據及時(shí)間的正確性并簡(jiǎn)化后端的實(shí)現。

　　4.5 時(shí)間同步模塊

　　按照IEEE1588的規定，首先由主時(shí)鐘節點(diǎn)向從時(shí)鐘節點(diǎn)發(fā)送帶主時(shí)鐘時(shí)間戳的同步報文(Sync)，同時(shí)主時(shí)鐘節點(diǎn)記錄下同步報文實(shí)際發(fā)送的時(shí)間戳，并在隨后的跟進(jìn)報文(Fellow-up)中傳送該精確時(shí)間戳t0。從時(shí)鐘節點(diǎn)在收到上述報文后記下同步報文的接收時(shí)刻t1。然后從時(shí)鐘節點(diǎn)向主時(shí)鐘節點(diǎn)發(fā)送一個(gè)延遲請求報文(delay-request)，同時(shí)記錄下該報文的實(shí)際發(fā)送時(shí)間作為精確的發(fā)送時(shí)間戳t2，而主時(shí)鐘接收到該報文時(shí)也記下接收時(shí)刻的精確時(shí)間戳t3，并將該事件戳在隨后的延遲響應報文。中發(fā)送給從時(shí)鐘節點(diǎn)。如圖6所示。

　　主、從時(shí)鐘偏差(offset)以及網(wǎng)絡(luò )延遲(delay)可表示為：

　　4.6 故障錄波啟動(dòng)判斷及記錄模塊

　　因協(xié)議轉換器已對數據加入時(shí)間戳并進(jìn)行合并，故障錄波啟動(dòng)判斷及記錄模塊存在實(shí)時(shí)性的問(wèn)題，設計時(shí)注重更大的系統容量，因此硬件平臺選擇Intel CPU，軟件基于Linux操作系統。它通過(guò)額外的算法判斷同步的模擬量采樣數據與開(kāi)關(guān)量數據的瞬時(shí)值或有效值來(lái)判斷當前電網(wǎng)中是否發(fā)生故障，需要高速存儲并生成故障報告。同時(shí)可在正常狀態(tài)下存儲常態(tài)錄波。

　　5 結語(yǔ)

　　新型故障錄波器采用兩層設計，對傳統站與數字站進(jìn)行了統一的封裝，使得單一型號的錄波器產(chǎn)品可以滿(mǎn)足傳統站，數字站以及傳統數字混合站的要求，解決了當前過(guò)渡時(shí)期的多種要求，大大降低了錄波設備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和維護成本。同時(shí)，它同時(shí)支持大容量，高采樣率的暫態(tài)故障錄波需求和常態(tài)錄波。在96路模擬量，192路開(kāi)關(guān)量的容量下，對于傳統站可以支持達到10 kHz的采樣率，對于數字站可以支持4.8 kHz的采樣率。它是一種高性能，實(shí)用性良好的新型故障錄波器。