适用于多频域同步相量测量的通信系统及通信方法与流程

1.本发明涉及适用于多频域同步相量测量的通信系统及其通信方法，含电力系统实时动态监测及数据通信，属于电力系统自动化技术领域。


背景技术：

2.随着新能源大规模并网、高压直流输电技术的广泛应用，电力电子设备在电网中的应用日益广泛，其突出特征就是导致电网呈现电力电子化的发展趋势。大量电力电子设备的应用给电网注入了多频域间谐波和高次谐波信号，现有基于工频信号相量测量获取的电网状态量测数据已经无法满足电力电子化电网运行监测数据的需求，尤其是新能源并网地区次/超同步振荡现象导致电网事故频发，而有效测量数据严重缺乏。当前电网中愈来愈频繁的谐波干扰、次同步振荡，变电站中现有测量装置如测控、同步相量测量装置、电能质量监测装置等，设计目的不同、功能不同、技术涵盖范围不同，无法实现及时完整地传递电网中多频电气量扰动监测数据。


技术实现要素：

3.本发明旨在设计一种实现适用于传递多频域电网测量数据的系统及其通信方法，以解决新能源接入状态下电网多频量测数据监测数据上传不完整的技术问题。
4.本发明为实现上述技术目的，采用以下技术方案。
5.第一方面，本发明提供适用于多频域同步相量测量的通信系统，所述系统包括：至少一个多频域测量装置及多频域量测处理单元，所述多频域测量装置与所述多频域量测处理单元通信，所述多频域测量装置能够作为服务端、所述多频域量测处理单元能够作为客户端，执行以下数据交互通信方法实现数据传输；所述数据交互通信方法包括：服务端接收客户端发起的命令帧，获得命令帧类型；服务端根据命令帧类型及设定的配置帧向客户端发送业务数据；或者向客户端返回能够提供服务描述的配置帧并接收客户端选择服务并返回的配置帧。
6.进一步地，所述多频域同步相量测量系统还包括主站，所述多频域量测处理单元能够作为服务端，所述主站能够作为客户端执行所述数据交互通信方法实现数据传输。
7.第二方面，本发明提供适用于多频域同步相量测量的通信方法，所述方法应用于适用于多频域同步相量测量的通信系统，所述系统包括至少一个多频域测量装置及多频域量测处理单元，所述多频域测量装置与所述多频域量测处理单元通信，所述多频域测量装置作为服务端、所述多频域量测处理单元作为客户端执行以下数据交互通信方法实现数据传输；所述数据交互通信方法包括：服务端接收客户端发起的命令帧，获得命令帧类型；服务端根据命令帧类型及设定的配置帧向客户端发送业务数据；或者向客户端返回能够提供服务描述的配置帧并接收客户端选择服务并返回的配置帧。
8.进一步地，所述命令帧类型包括召唤配置帧和启动传输数据帧。
9.再进一步地，所述数据交互通信方法具体包括以下步骤：若服务端接收到客户端发送的命令帧类型为召唤配置帧，则发送第一cfg配置帧，并接受客户端响应于接收到的服务端的第一cfc配置帧后返回的第二配置帧；若服务端接收到客户端发送的命令帧类型为启动传输数据帧，则按照第二配置帧中的配置组织业务数据，并发送数据帧至客户端。
10.再进一步地，所述第一配置帧为子站系统全配置文件，用于描述服务端的所有输出量，含宽带多频数据所有通道和频点。
11.再进一步地，所述第二配置帧包括数据配置信息，用于描述客户端订阅的宽带多频数据通道、频点和传送周期的实际配置情况。
12.再进一步地，所述配置帧包括同步字段、数据选择字段、数据通道数量字段、数据通道名称字段、数据通道转换因子字段和传输周期字段，其中同步字段包括配置位标识，用于区别ieee c37.118规约cfg配置帧类型，用配置位标识配置帧是第一配置帧或是第二配置帧。
13.进一步地，所述命令帧包括同步字段和命令字段，所述同步字段，用于定义区分多频域采样标识与工频采样数据的数据帧的类型；所述命令字段，用于传递命令内容。
14.进一步地，所述多频域同步相量测量系统还包括主站，所述多频域量测处理单元作为服务端，所述主站作为客户端执行所述数据交互通信方法实现数据传输。
15.本发明所取得的有益技术效果：（1）提出了电网多频域同步相量测量系统的数据交互方式，明确了电网多频域量测中的通信方法；（2）提出了基于ieee c37.118规约（gb/t26865.2）的多频域数据传递的接入方法，除了承载电网基础频域（50hz）量测数据通信外，还实现电网谐波、间谐波振荡量测数据的通信，对原有规约实现了最小化扩展；（3）提出了同时适用于电网多频域同步相量测量系统内部和主站间的通信方法，是一种简化易升级的多频域量测数据通信实现方法；（4）提出的适用于多频域同步相量测量的通信系统及其数据通信方法为研究分析掌握电力电子下的电网新型特性、提升电网运行可靠性有很高的实用技术价值。
附图说明
16.图1为本发明具体实施例提供的适用于多频域同步相量测量系统结构图；图2为本发明具体实施例中适用于多频域同步相量测量系统的数据流向图；图3为本发明具体实施例中系统内部通信流程图；图4为本发明具体实施例中系统外部通信流程图。
具体实施方式
17.以下结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
18.实施例一，本发明提供适用于多频域同步相量测量的通信系统，所述系统包括：至少一个多频域测量装置及多频域量测处理单元，所述多频域测量装置均与所述多频域量测处理单元通信，所述多频域测量装置能够作为服务端、所述多频域量测处理单元能够作为
客户端，执行以下数据交互通信方法实现数据传输；所述数据交互通信方法包括：服务端接收客户端发起的命令帧，获得命令帧类型；；服务端根据命令帧类型及设定的配置帧向客户端发送业务数据；或者向客户端返回能够提供服务描述的配置帧并接收客户端选择服务并返回的配置帧。
19.可选地，本实施例中所述多频域同步相量测量系统还包括主站（如图1所示），所述多频域量测处理单元能够作为服务端，所述主站能够作为客户端执行所述数据交互通信方法实现数据传输。
20.图1示出了本实施例中包括多个多频域测量装置，具体实施例中可选地，所述多频域测量装置具备以下功能：1.所述装置具有基波相量测量、谐波/间谐波测量功能；2.所述装置具有低频振荡监测、次/超同步振荡监测及宽频振荡监测功能；3.所述装置具有谐波/间谐波越限告警、振荡告警及录波功能。
21.现有技术不便实现将采样的电网多频域测量数据分析上送，因此存在新能源接入状态下电网多频域测量数据上传不完整的问题。本发明提供的通信系统和通信方法能够将电网多频域测量数据完整地上传。
22.通信交互方式如图2、图3和图4所示。
23.所述数据传输中命令帧，可分为：召唤配置帧、启动传输数据帧；所述召唤配置帧，用于表示召唤cfg配置帧1（就是第一cfg配置帧），开启业务数据传输指令；所述启动传输数据帧，用于表示开启业务数据传输。
24.图3为本发明具体实施例中系统内部通信流程图。图3中所示的数据交互流程中的数据订阅周期：1-1.由客户端向服务端发起命令帧（命令帧类型为召唤配置帧）；1-2.由服务端接收客户端召唤请求后发送第一cfg配置帧（cfg配置帧1）；1-3.由客户端接收到服务端的第一cfc配置帧（cfg配置帧1）返回第二cfg配置帧（cfg配置帧2）。
25.图4中所示的数据交互流程中的数据传输周期：2-1.由客户端向服务端发起命令帧（命令帧类型为启动传输数据帧）；2-2.服务端接收客户端的启动传输数据请求，按第二cfg配置帧（cfg配置帧2）中的配置组织业务数据，并发送数据帧至客户端。
26.所述数据传输中数据帧，用于表示不间断多频域量测数据。
27.具体实施例中，多频域测量装置具有相量数据传输功能，相关要求遵循q/gdw10131标准。
28.所述多频域量测处理单元具备实时接收、解析宽频测量装置传输的数据报文，包括动态数据传输报文、离线数据传输报文和文件的功能。
29.实施例二、与实施例相对应地，本实施例提供了适用于多频域同步相量测量的通信方法，所述方法应用于适用于多频域同步相量测量的通信系统，所述系统包括至少一个多频域测量装置及多频域量测处理单元，所述多频域测量装置与所述多频域量测处理单元通信，所述多频域测量装置作为服务端、所述多频域量测处理单元作为客户端执行以下数据交互通信方法实现数据传输；所述数据交互通信方法包括：服务端接收客户端发起的命令帧，获得命令帧类型；服务端根据命令帧类型及设定的配置帧向客户端发送业务数据；或者向客户端返回能够提供服务描述的配置帧并接收客户端选择服务并返回的配置帧。
30.所述命令帧类型包括召唤配置帧和启动传输数据帧。
31.服务端根据命令帧类型以及与该命令帧类型对应的配置帧向客户端发送配置信息或业务数据的具体方法包括：若服务端接收到客户端发送的召唤配置帧，则发送第一cfg配置帧，并接受客户端响应于接收到的服务端的第一cfc配置帧后返回的第二配置帧；若服务端接收到客户端发送的启动传输数据帧，则按照第二配置帧中的配置组织业务数据，并发送数据帧至客户端。
32.在以上实施例基础上，如图3所示，所述数据交互流程在一种适用于多频域同步相量测量系统内部实现。多频域测量装置作为服务端，多频域量测处理单元作为客户端实现数据交互。
33.如图2所示，所述数据交互流程分两部分：数据订阅周期和数据传输周期。
34.所述数据交互流程中的数据订阅周期：1-1.由客户端向服务端发起命令帧（召唤配置帧）；1-2.由服务端接收客户端召唤请求后发送第一cfg配置帧（cfg配置帧1）；1-3.由客户端接收到服务端的第一cfc配置帧（cfg配置帧1）返回第二cfg配置帧（cfg配置帧2）；所述数据交互流程中的数据传输周期：2-1.由客户端向服务端发起命令帧（启动传输数据帧）；2-2.服务端接收客户端的启动传输数据请求，按第二cfg配置帧（cfg配置帧2）中的配置组织业务数据，并发送数据帧至客户端；如图4所示，所述数据交互流程在适用于多频域同步相量测量的通信系统与主站系统数据交互实现中，主站系统作为客户端，多频域量测处理单元作为服务端实现数据交互。
35.所述数据交互流程中数据交互的命令帧（召唤配置帧），由作为客户端的主站发起的；所述数据交互流程中数据交互的第一cfg配置帧（cfg配置1）由客户端提供的所述数据交互流程中数据交互的第二cfg配置帧（cfg配置2），由服务端提供的；所述数据交互流程中数据交互的命令帧（启动传输数据），由客户端发起的；所述数据交互流程中数据交互的数据帧，由服务端按第二cfg配置帧（cfg配置2）所述内容提供的业务数据；所述数据帧包含业务数据，其特征是谐波/间谐波同步相量，频值，具体的，其所述谐波/间谐波同步相量含三相电压、电流相量，其传输数据组织形式含：幅值、相角；其所述频值，为所测量范围内交流间隔频率值。
36.具体地，如图3、图4所示，所述数据传输中数据帧类型为：cfg配置帧、命令帧和数据帧；所述数据传输中cfg配置帧，可分为：cfg配置1、cfg配置2；本发明中cfg配置帧、命令帧以及数据帧说明如下：1) cfg配置帧（cfg配置1、cfg配置2）：所述cfg配置帧，其特征是含同步字段、数据选择字段、数据通道数量字段、数据通道名称字段、数据通道转换因子字段、传输周期字段；所述同步字段为区别ieee c37.118规约（gb/t26865.2）cfg配置帧类型，配置位=2表示配置帧为cfg配置1；配置位=3表示配置帧为cfg配置2；同步字字段长度为2 byte，同步字格式：0xbbxy，其中bb为帧标，x为配置位，y为规约修订版本；所述数据选择字段，其特征在于实现谐波/间谐波的频点选择；数据选择字段长度为8 byte，前7个byte用于谐波选择：按位对应，位0可全选所有谐波，位1～50分别对应第1～50
次谐波，位51～55为保留位；最后1个byte用于间谐波个数选择：取值范围0～10；所述数据通道数量字段，其特征在于定义多频域相量数据通道数量和模拟量数据通道数量；数据通道数量字段长度为4 byte，其中2 byte为相量数据通道数量，其中2 byte为模拟量数据通道数量；所述数据通道名称字段，其特征在于数据通道描述名的定义；数据通道名称字段长度为32 byte，其中16 byte为ascii编码的相量通道名称，其中16 byte为ascii编码的模拟量通道名称；所述数据通道转换因子字段，其特征在于实现数据码值与真实值之间的转换；数据通道转换因子字段长度为8 byte，其中，4 byte为相量通道的转换因子：最高字节，0＝电压，1＝电流；剩余字节为24位无符号字；其中4 byte为模拟量通道的转换因子：最高字节，无意义；剩余字节为24位无符号字；配置帧的传送周期字段用于实时数据传送周期的设置，传送周期字段长度为2 byte。
37.命令帧（召唤配置、启动传输数据）：所述命令帧，其特征是含同步字段、命令字段。
38.所述同步字段，用于定义数据帧的类型，其特征在于增加多频域采样标识与工频采样数据区分，同步字字段长度为2 byte，同步字格式：0xbbxy，其中bb为帧标，x为配置位（值1为多频域采样），y为规约修订版本；所述命令字段，用于传递命令内容，其特征在于命令内容为召唤配置（这里指cfg配置1）或启动传输数据；命令字段长度为2 byte，命令字段位0~1，召唤cfg配置帧1=01，启动传输数据=10。
39.数据帧：所述数据帧，用于承载多频域采样业务数据；其特征是含同步字段、时标字段、数据类型字段、数据测量值字段；所述同步字段，用于定义数据帧的类型，其特征在于增加多频域采样标识与工频采样数据区分，同步字字段长度为2 byte，同步字格式：0xbbxy，其中bb为帧标，x为配置位（值1为多频域采样），y为规约修订版本；所述时标字段，用世纪秒形式记录数据时间戳，其特征在于时标字段长度为4 byte，使用世纪秒表示，起始时间1970年1月1日0时0分0秒；所述数据类型字段，用于提供本帧测量数据对应的谐波或间谐波频点，其特征在于数据类型字段长度为1 byte，bit 7为谐波类型（0＝谐波，1＝间谐波）；bit 6，备用；bit 5～0，谐波次数(1~50)或间谐波序号(1~10)；所述数据测量值字段，记录相量和模拟量的测量数据，相量数据按幅值和相角形式传输，其特征在于数据测量值字段长度为6 byte，其中，4 byte用于相量数据，为16位整型，表示幅值和相角；其中，2 byte用于模拟量数据，16位有符号数，为谐波和间谐波的频率值。
40.本发明种适用于多频域同步相量测量数据传输的帧结构，在兼容标准c37.118规约的前提下，增加支持多频域同步相量测量数据交互的数据帧类型，实现了对原有规约实现了最小化扩展；同时适用于电网多频域同步相量测量系统内部和主站间的通信方法，是一种简化易升级的多频域量测数据通信实现方法。
41.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
42.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
43.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
44.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
45.以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。