一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置及方法与流程

1.本发明涉及继电保护技术领域，特别是涉及应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置及方法。


背景技术：

2.继电保护通信是非常重要的电网通信方式，其用于保证保护装置无故障时不误动作，发生故障时可靠动作，有选择地快速地切除故障，广泛应用于各种电力系统中，例如电动汽车充电站组成的电力系统。
3.目前，不同设备厂家生产的继电保护设备通常采用不同的接口标准，互不兼容，例如继电保护设备的接入接口包括e1、以太网等电接口，传输通道包括ip（internet protocol，网际互连协议）包传输网和sdh（synchronous digital hierarchy，同步数字体系）光传输网等，导致增加了继电保护通信中继电保护设备的管理和维护难度，并且由于电接口具有传输距离短、易受干扰的缺点，不同的传输网络之间不能形成有效的保护倒换机制，都对继电保护通信的实时性和稳定传输带来了一定的风险。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是如何提高继电保护通信的实时性、抗干扰能力和稳定性。
5.为了解决上述问题，本发明提供了一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置及方法。
6.第一方面，本发明提供的一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置，其包括：通过系统总线相连的c37.94接口单元、码速调整与协议控制单元、复用和解复用单元、传输接口单元，c37.94接口单元用于与至少一路继电保护设备的2m光口连接，传输接口单元用于通过光传输网和/或ip包传输网连接至电网；c37.94接口单元，用于接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号；码速调整与协议控制单元，用于对c37.94信号进行协议封装和码速调整，获得调整后的c37.94信号；复用和解复用单元，用于采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，获得多路复用后的c37.94信号；码速调整与协议控制单元，还用于对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，获得处理后的c37.94信号，处理后的c37.94信号包括不同协议格式的c37.94信号；传输接口单元，用于根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号传输至电网。
7.可选地，复用和解复用单元具体用于：对调整后的c37.94信号中的多路c37.94时隙进行低阶时隙复用，生成高阶时隙；对所述高阶时隙进行群发和接口封装，获得适于在不同传输通道中进行传输的不
同协议格式的c37.94信号。
8.可选地，复用和解复用单元具体用于：采用群发选收方式或选发选收方式对高阶时隙进行群发。
9.可选地，适于在不同传输通道中进行传输的不同协议格式的c37.94信号互为备份。
10.可选地，c37.94信号的数据帧包括帧头、开销和净负荷，所述帧头占用16个比特，所述开销占用48比特，实际信息比特为24个，所述净负荷占用192比特，实际信息比特为96个。
11.可选地，还包括用于存储中间数据的存储单元。
12.可选地，光传输网包括sdh传输网和基于wdm技术的otn传输网，ip包传输网包括pwe3传输网。
13.第二方面，本发明提供了一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信方法，基于如第一方面任一项所述的应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置，包括：c37.94接口单元接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号；码速调整与协议控制单元对c37.94信号进行协议封装和码速调整，获得调整后的c37.94信号；复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，获得多路复用后的c37.94信号；码速调整与协议控制单元对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，获得处理后的c37.94信号，处理后的c37.94信号包括不同协议格式的c37.94信号；传输接口单元根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号传输至电网。
14.可选地，所述复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用包括：对调整后的c37.94信号中的多路c37.94时隙进行低阶时隙复用，生成高阶时隙；对所述高阶时隙进行群发和接口封装，获得适于在不同传输通道中进行传输的不同协议格式的c37.94信号。
15.可选地，所述对所述高阶时隙进行群发和接口封装包括：采用群发选收方式或选发选收方式对高阶时隙进行群发。
16.本发明的应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置及方法的有益效果是：c37.94接口单元、码速调整与协议控制单元、复用和解复用单元、传输接口单元通过系统总线连接，能够简化连接线路。c37.94接口单元用于与至少一路继电保护设备的2m光口连接，接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号，通过c37.94接口单元与各路继电保护设备的2m光口连接，统一继电保护设备的接口标准，便于对继电保护设备等进行维护和管理。并且，c37.94接口单元采用光纤通道传送c37.94信号，能够缩短信号传输时延，避免转接过程中可能受到的干扰，提高了c37.94信号传输的实时性和可靠性。码速调整与协议控制单元用于对c37.94信号进行协议封装和码速调整，能够将c37.94信号处理为标准的协议格式和带宽粒度，便于复用和解复用单元进行处理。复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，能够将低阶时隙复用为高阶时
隙，获得多路复用后的c37.94信号。码速调整与协议控制单元对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，能够将高阶时隙封装为多个不同协议格式的c37.94信号。传输接口单元根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号进行组网，能够在光传输网通道和ip包传输网通道中实现传输备份，即不同协议格式的c37.94信号互为备份，形成有效的保护倒换机制，提高了继电保护通信的实时性和稳定性。
17.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例的应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置的结构示意图；图2为本发明实施例的c37.94信号数据帧的帧结构示意图；图3为本发明实施例的复用和解复用单元对调整后的c37.94信号进行多路复用的流程示意图；图4为本发明实施例的应用于电网继电保护通道的光电复用通信方法的流程示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
20.应当理解，本发明的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本发明的范围在此方面不受限制。
21.本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”；术语“可选地”表示“可选的实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
22.需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
23.本发明实施方式中的多个装置之间所交互的消息或者信息的名称仅用于说明性的目的，而并不是用于对这些消息或信息的范围进行限制。
24.如图1所示，本发明实施例提供的一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置，其包括：通过系统总线相连的c37.94（电气与电子工程师协会制定的标准）接口单元、码速调整与协议控制单元、复用和解复用单元、传输接口单元，c37.94接口单元用于与至少一路继电保护设备的2m光口连接，传输接口单元用于通过光传输网和/或ip（internet protocol，网际互连协议）包传输网连接至电网；c37.94接口单元，用于接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号；码速调整与协议控制单元，用于对c37.94信号进行协议封装和码速调整，获得调整后的c37.94信号；复用和解复用单元，用于采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，获得多路复用后的c37.94信号；码速调整与协议控制单元，还用于对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，获得处理后的c37.94信号，处理后的c37.94信号包括不同协议格式的c37.94信号；传输接口单元，用于根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号传输至电网。
25.具体地，c37.94接口单元的数据传送：用于电网通信的传输系统通常为sdh（synchronous digital hierarchy，同步数字体系）的时分复用系统，以及基于ip的包传送系统，相应地，末端复用设备的上联接口也有采用了两种技术：tdm（time-division multiplexing，时分复用技术）、ip包传送技术。
26.tdm时分复用技术在行业专网中运用广泛，最典型的如mstp（multi
‑ꢀ
service transport platform，多业务传送平台）、msap（muti-services access platform，多业务接入平台）的数字同步系列设备，时隙透传，传输时延小，技术成熟稳定可靠。
27.随着ip包传送技术在各个领域广泛运用，传统的基于时分复用技术的众多接口要为了在ip传输网络中实现兼容，在ip传输网中透传时分复用时隙，产生了一种新的技术：伪线仿真技术pwe3（pseudo wire edge to edge emulation，边缘到边缘的伪线仿真），并形成了行业标准。
28.基于时分复用技术体系而诞生的c37.94接口，在电网通信中用于传输至关重要的继电保护设备的通信端口，接入和传输都需要采用1：n备份来保证通信业务不中断。c37.94d的传输通道一般基于sdh光传输网络，在110千伏以上的变电站大多实现sdh光传输网络的a网、b网互备。
29.一路或多路的继电保护设备的2m光口（c37.94协议）接入到装置的c37.94接口单元，然后通过系统总线和码速调整与协议控制单元、复用解复用单元（含时钟处理单元）相连，c37.94信号通过c37.94接口单元的数字信号格式转换，再经码速调整和协议控制单元的协议封装和码速调整处理，以标准的协议和带宽颗粒进入复用解复用单元，多路复用后的c37.94信号再经过协议控制单元的协议处理，再经传输接口单元的路由选择，最终经过光传输网或ip包传输网与整个传输网络实现组网。
30.其中，c37.94信号在c37.94信号接口单元中进行数字信号格式转换，再经码速调整和协议控制单元封装，封装后的信号可为vc12标准带宽颗粒，使得经过系统总线被复用和解复用单元有效识别。
31.本实施例中，c37.94接口单元、码速调整与协议控制单元、复用和解复用单元、传
输接口单元通过系统总线连接，能够简化连接线路。c37.94接口单元用于与至少一路继电保护设备的2m光口连接，接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号，通过c37.94接口单元与各路继电保护设备的2m光口连接，统一继电保护设备的接口标准，便于对继电保护设备等进行维护和管理。并且，c37.94接口单元采用光纤通道传送c37.94信号，能够缩短信号传输时延，避免转接过程中可能受到的干扰，提高了c37.94信号传输的实时性和可靠性。码速调整与协议控制单元用于对c37.94信号进行协议封装和码速调整，能够将c37.94信号处理为标准的协议格式和带宽粒度，便于复用和解复用单元进行处理。复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，能够将低阶时隙复用为高阶时隙，获得多路复用后的c37.94信号。码速调整与协议控制单元对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，能够将高阶时隙封装为多个不同协议格式的c37.94信号。传输接口单元根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号进行组网，能够在光传输网通道和ip包传输网通道中实现传输备份，即不同协议格式的c37.94信号互为备份，形成有效的保护倒换机制，提高了继电保护通信的实时性和稳定性。
32.本实施例将实现变电站通信中的电网继电保护控制通信的接入标准化，以及接入和传输备份功能，提高了继电保护控制业务的接入可靠性，可在电网广泛推广，社会效益和经济效益可预期。
33.有效地增强了继电保护控制业务的可靠性，提高了电网业务的运行的安全性，可在电网广泛推广，为人们的生产生活的提供了用电保障，该项目成果的技术成果经验也可在其他行业网市场广泛推广，社会效益和经济效益可预期。
34.运用时分复用技术和伪线仿真技术，实现一种c37.94专用复接设备，可在sdh光传输网与ip包传输网通道中实现传输备份，同时还可实现主控、电源、接入接口、传输接口的板间备份。
35.可选地，复用和解复用单元具体用于：对调整后的c37.94信号中的多路c37.94时隙进行低阶时隙复用，生成高阶时隙；对所述高阶时隙进行群发和接口封装，获得适于在不同传输通道中进行传输的不同协议格式的c37.94信号。
36.可选地，复用和解复用单元具体用于：采用群发选收方式或选发选收方式对高阶时隙进行群发。
37.可选地，适于在不同传输通道中进行传输的不同协议格式的c37.94信号互为备份。
38.具体地，本发明的目标是为了实现多个2m光口（c37.94协议）通过多个不同协议的传输通道实现传输和备份，信号从接入到发送的过程如图3所示。
39.图3中，c37.94业务通过复用技术获得颗粒较大的vc3或vc4时隙，通过对传输接口封装处理，获得适合在不同传输通道中进行传输的传输接口，如sdh传输、基于wdm（wavelength division multiplexing，波分复用）技术的otn（optical transport network，光传送网）传输、ip包传输等等，信号采用群发选收方式，或选发选收方式。其关键在于，高阶时隙通过接口封装后，获得不同协议的传输信号，并且不同协议的传输信号可实现互为备份，能实现传输信号在sdh、otn、pwe3传输网之间备份切换。传输信号备份方式是
modulation，脉冲编码调制）相关要求；符合电网行业关于c37.94相关标准；至少满足两个不同协议传输通道的备份倒换；2m光口（c37.94）数量不少于4个；sdh接口型号可选stm-1/4/16，端口数量不少于2个；pwe3协议的以太网口不少于2个千兆；可选配置e1接口；接口数量和种类可以根据需要增加，结构形式可更改。
54.如图4所示，本发明实施例提供的一种应用于电网继电保护通道的光电复用通信方法，基于如上所述的应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置，包括：步骤s100，c37.94接口单元接收各路继电保护设备通过2m光口传输的c37.94信号；步骤s200，码速调整与协议控制单元对c37.94信号进行协议封装和码速调整，获得调整后的c37.94信号；步骤s300，复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用，获得多路复用后的c37.94信号；步骤s400，码速调整与协议控制单元对多路复用后的c37.94信号进行协议处理，获得处理后的c37.94信号，处理后的c37.94信号包括不同协议格式的c37.94信号；步骤s500，传输接口单元根据处理后的c37.94信号进行路由选择，根据路由选择结果采用光传输网和/或ip包传输网将处理后的c37.94信号传输至电网。
55.本实施例的应用于电网继电保护通道的光电复用通信方法相对于现有技术的优势，与上述的应用于电网继电保护通道的光电复用通信装置相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。
56.可选地，所述复用和解复用单元采用时分复用方式或波分复用方式对调整后的c37.94信号进行多路复用包括：对调整后的c37.94信号中的多路c37.94时隙进行低阶时隙复用，生成高阶时隙；对所述高阶时隙进行群发和接口封装，获得适于在不同传输通道中进行传输的不同协议格式的c37.94信号。
57.可选地，所述对所述高阶时隙进行群发和接口封装包括：采用群发选收方式或选发选收方式对高阶时隙进行群发。
58.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)或随机存储记忆体(random access memory，ram)等。在本技术中，所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
59.虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。