專利名稱：一種適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，屬于電力系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
廣域電力系統(tǒng)是迄今為止人類建造的最龐大最復(fù)雜的系統(tǒng)，為了保證供電的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，廣域電力系統(tǒng)除基本設(shè)備外，還包含了復(fù)雜的電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)分析系統(tǒng)，控制系統(tǒng)幾大部分。電力系統(tǒng)的控制技術(shù)研究均圍繞著這三大系統(tǒng)進(jìn)行。近十年來電力系統(tǒng)廣域測量系統(tǒng)(以下簡稱WAMS)飛速發(fā)展，其使用的終端設(shè)備——同步相量測量單元(以下簡稱PMU)逐漸布置在電力系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點(通常為所有 500kV節(jié)點及關(guān)鍵220kV節(jié)點等)，實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的廣域相量同步量測。WAMS系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中使用的監(jiān)測控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(以下簡稱SCADA)和能量管理系統(tǒng)(以下簡稱EMS)相比具有很多優(yōu)點，其中最主要的WAMS數(shù)據(jù)更新速度快且為同步數(shù)據(jù)，可以監(jiān)測電力系統(tǒng)動態(tài)過程，并能用于電力系統(tǒng)動態(tài)分析。隨著WAMS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，科研人員將研究重點轉(zhuǎn)移到了如何基于WAMS數(shù)據(jù)實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)控制，以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測與控制主要包括以下幾部分內(nèi)容電力系統(tǒng)動態(tài)安全監(jiān)視，電力系統(tǒng)低頻振蕩在線檢測與閉環(huán)控制，電力系統(tǒng)動態(tài)負(fù)荷模型與參數(shù)辨識，電力系統(tǒng)大擾動廣域觀測與控制。以電力系統(tǒng)低頻振蕩的在線檢測與閉環(huán)控制為例，電力系統(tǒng)低頻振蕩的頻率通常在O. I 2. 5Hz之間，根據(jù)香農(nóng)采樣定理，若要監(jiān)測出頻率為2. 5Hz的低頻振蕩，則至少需要5Hz的實測數(shù)據(jù)。因此，WAMS系統(tǒng)的固有缺點就更加突顯現(xiàn)有PMU按照IEEE C37. 118規(guī)約進(jìn)行實時通訊，一般每10至20毫秒傳送一批數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)上傳速率非常高；廣域電力系統(tǒng)節(jié)點眾多，每個節(jié)點包含了母線三相電壓、電流、功率等量測，數(shù)據(jù)通信及處理任務(wù)非常繁重，導(dǎo)致 WAMS系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信性能要求很高，同對硬件設(shè)備及軟件運(yùn)行造成很大壓力；但實際上電力系統(tǒng)絕大部分時間處于穩(wěn)態(tài)，即系統(tǒng)狀態(tài)變化緩慢，WAMS系統(tǒng)中頻繁發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有任何價值。PMU及WAMS為電力系統(tǒng)新一代的測量終端及監(jiān)測系統(tǒng)提供了發(fā)展思路，很多新設(shè)備的研制、新方法的開發(fā)是基于PMU和WAMS的，所以這些新設(shè)備新方法也不可避免地繼承了 PMU和WAMS的缺點，亟需一種解決電力系統(tǒng)測量終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器的通信問題?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中WAMS系統(tǒng)以設(shè)備成本高等代價實現(xiàn)了 PMU網(wǎng)絡(luò)的高速通信，并實現(xiàn)了基于WAMS系統(tǒng)的電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測的一系列應(yīng)用，基于WAMS數(shù)據(jù)進(jìn)行了一定程度的電力系統(tǒng)動態(tài)運(yùn)行狀態(tài)分析，但實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)控制仍有難度。這其中一個重要原因是電力系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測與動態(tài)閉環(huán)控制對網(wǎng)絡(luò)性能的需求是不一樣的。電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的實時操作系統(tǒng)，實時操作系統(tǒng)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng)，并控制所有實時任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。實時操作系統(tǒng)有硬實時和軟實時之分，硬實時要求在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成操作，這是在操作系統(tǒng)設(shè)計時保證的；軟實時則只要按照任務(wù)的優(yōu)先級，盡可能快地完成操作即可。電力系統(tǒng)的動態(tài)監(jiān)測任務(wù)為軟實時任務(wù)，使監(jiān)測系統(tǒng)逐一獲得最新數(shù)據(jù)即可；而電力系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)控制為硬實時任務(wù)，為保證某一時刻的閉環(huán)控制，必須獲得之前特定時刻的數(shù)據(jù)，若所需數(shù)據(jù)還沒完成上傳，則將控制失效。雖然現(xiàn)有PMU的通信網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測這一軟實時任務(wù)，但電力系統(tǒng)動態(tài)閉環(huán)控制這一硬實時任務(wù)則可能由于海量數(shù)據(jù)造成的通信阻礙而不能實現(xiàn)，故需要一種技術(shù)，將海量數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮簡化，以保證硬實時任務(wù)所需數(shù)據(jù)的通信。已有的一些數(shù)據(jù)壓縮通信技術(shù)歲數(shù)據(jù)處理的方法是，新數(shù)據(jù)不滿足發(fā)送條件時， 子站與主站間不進(jìn)行通信，只有新數(shù)據(jù)滿足發(fā)送條件時子站才向主站發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行通信。 這類方法并不適用于電力系統(tǒng)測量終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器的通信，因為電力系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)控制需要實時保持更新實時數(shù)據(jù)，也即需要測量終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器實時保持通信；同時數(shù)據(jù)服務(wù)器接收不到數(shù)據(jù)將不能區(qū)分是否仍處于有效通信狀態(tài)，故不能以不發(fā)送數(shù)據(jù)的方式來解決數(shù)據(jù)壓縮通信問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，以減少電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信數(shù)據(jù)，在降低對硬件的要求及數(shù)據(jù)處理壓力的同時保證終端設(shè)備的實時通信，最終實現(xiàn)電力系統(tǒng)的動態(tài)閉環(huán)控制。本發(fā)明提出的適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，包括數(shù)據(jù)發(fā)送過程和數(shù)據(jù)接收過程,其中，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送過程包括以下步驟(I)電力系統(tǒng)終端設(shè)備對電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，計算電力系統(tǒng)終端設(shè)備持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T，該持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T等于終端設(shè)備本次采樣與上次采樣之間的時間間隔Λ T與上次采樣后計算得到的持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間IYast之和，T= AT+TLast；(2)根據(jù)電力系統(tǒng)監(jiān)測精度要求設(shè)定一個極限上傳時間Ttl，將上述持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T與極限上傳時間Ttl進(jìn)行比較，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間大于或等于極限上傳時間， 則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳當(dāng)前未發(fā)送數(shù)據(jù)，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間小于極限上傳時間，則計算當(dāng)前采集數(shù)據(jù)與上一采集數(shù)據(jù)之間的變化速率k，進(jìn)行步驟
(3),極限上傳時間Ttl的取值范圍為10暈秒 15000暈秒；(3)設(shè)定一個變化速率閾值Iv將上述變化速率與變化速率閾值進(jìn)行比較，若變化速率大于或等于變化速率閾值，則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳當(dāng)前采集數(shù)據(jù)，若變化速率小于變化速率閾值，則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳一個空數(shù)據(jù)包；(4)電力系統(tǒng)的終端設(shè)備用本次采樣數(shù)據(jù)更新上次采樣數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)接收過程包括以下步驟(5)電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器監(jiān)聽子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信信道，對子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷(5-1)若子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器未接收到符合規(guī)約形式的數(shù)據(jù)包，則計算持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T，將持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T與上述極限上傳時間Ttl進(jìn)行比較，若持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T小于上述極限上傳時間Ttl，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器繼續(xù)監(jiān)聽與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信信道，重復(fù)本步驟，直至接收到數(shù)據(jù)包，若持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T大于或等于上述極限上傳時間Ttl，則表示電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信失效；(5-2)若子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到符合規(guī)約形式的數(shù)據(jù)包，則判斷接收到的數(shù)據(jù)包是否為空數(shù)據(jù)包，若為空數(shù)據(jù)包，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器使用上次獲得的數(shù)據(jù)作為本次通信獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重復(fù)本步驟；若接收到的數(shù)據(jù)包不是空數(shù)據(jù)包，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器按照通訊規(guī)約解析數(shù)據(jù)包，獲得數(shù)據(jù)，重復(fù)本步驟。本發(fā)明提出的適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，其優(yōu)點是I、本發(fā)明方法中，判別電力系統(tǒng)終端設(shè)備是否發(fā)送數(shù)據(jù)的判斷條件是新的測量數(shù)據(jù)與上一數(shù)據(jù)的變化速率是否超過設(shè)定值，這樣可以方便快速地判斷出是否發(fā)送數(shù)據(jù)，提高了通信效率；2、本發(fā)明方法中，在電力系統(tǒng)測量終端的新數(shù)據(jù)不滿足發(fā)送條件時仍發(fā)送空數(shù)據(jù)包，保持了電力系統(tǒng)測量終端與數(shù)據(jù)服務(wù)器的實時通信，可方便的區(qū)分電力系統(tǒng)終端設(shè)備與子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器是否處于有效通信狀態(tài)，以保證通信的可靠；3、利用本發(fā)明方法，可以大量減少電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時的數(shù)據(jù)通信量，并能適量減少電力系統(tǒng)動態(tài)時的數(shù)據(jù)通信量，減輕了電力系統(tǒng)終端設(shè)備與數(shù)據(jù)服務(wù)器間的通信負(fù)擔(dān)，保證了數(shù)據(jù)的硬實時通信，進(jìn)而為電力系統(tǒng)動態(tài)閉環(huán)控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支持；4、本發(fā)明方法使用的判斷條件與判斷邏輯簡單，便于編程實現(xiàn)；采用發(fā)送空數(shù)據(jù)包的方法區(qū)別通訊是否失效，保證實時通訊；有效減少了電力系統(tǒng)測量終端的數(shù)據(jù)通信量， 減輕了通信負(fù)擔(dān)，保證了硬實時通信，進(jìn)而為電力系統(tǒng)動態(tài)閉環(huán)控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。


圖I是本發(fā)明方法中電力系統(tǒng)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送流程框圖。圖2是本發(fā)明方法中電力系統(tǒng)子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器的接收流程框圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，包括數(shù)據(jù)發(fā)送過程和數(shù)據(jù)接收過程,其中所述的數(shù)據(jù)發(fā)送過程，其流程框圖如圖I所示，包括以下步驟(I)電力系統(tǒng)終端設(shè)備對電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，計算電力系統(tǒng)終端設(shè)備持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T，該持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T等于終端設(shè)備本次采樣與上次采樣之間的時間間隔λ T與上次采樣后計算得到的持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間IYast之和，T= AT+TLasto(2)根據(jù)電力系統(tǒng)監(jiān)測精度要求設(shè)定一個極限上傳時間Ttl，將上述持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T與極限上傳時間Ttl進(jìn)行對比，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間大于或等于極限上傳時間， 則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳當(dāng)前未發(fā)送數(shù)據(jù)，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間小于極限上傳時間，則計算當(dāng)前采集數(shù)據(jù)與上一采集數(shù)據(jù)之間的變化速率k，進(jìn)行步驟
(3),極限上傳時間Ttl的取值范圍為10暈秒 15000暈秒。極限上傳時間Ttl是電力系統(tǒng)能接受的兩個測量數(shù)據(jù)間時間間隔最大值。該時間間隔最大值受兩方面因素的制約制約之一是電力系統(tǒng)的動態(tài)分析及控制算法需要足夠精細(xì)的動態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)服務(wù)器獲得的數(shù)據(jù)更新速率要足夠高，該制約因素下的最大時間間隔為Tlmax，對于電力系統(tǒng)動態(tài)分析及控制的要求而言，200毫秒的最大時間間隔是可接受的；制約之二是電力系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)(如電壓、電流、相位、功率等)均有其可接受的誤差，設(shè)為，同時有其可接受的最快變化速率1 ，則該量測量的可接受最大時間間隔T2max由 AV
權(quán)利要求
1.一種適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，其特征在于通信方法包括數(shù)據(jù)發(fā)送過程和數(shù)據(jù)接收過程，其中，所述的數(shù)據(jù)發(fā)送過程包括以下步驟(1)電力系統(tǒng)終端設(shè)備對電力系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采樣，計算電力系統(tǒng)終端設(shè)備持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T，該持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T等于終端設(shè)備本次采樣與上次采樣之間的時間間隔AT與上次采樣后計算得到的持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間IYast之和，T = AT+TLast ；(2)根據(jù)電力系統(tǒng)監(jiān)測精度要求設(shè)定一個極限上傳時間Ttl，將上述持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間T與極限上傳時間Ttl進(jìn)行比較，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間大于或等于極限上傳時間，則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳當(dāng)前未發(fā)送數(shù)據(jù)，若持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間小于極限上傳時間，則計算當(dāng)前采集數(shù)據(jù)與上一采集數(shù)據(jù)之間的變化速率k，進(jìn)行步驟(3)， 極限上傳時間Ttl的取值范圍為10暈秒 15000暈秒；(3)設(shè)定一個變化速率閾值Iv將上述變化速率與變化速率閾值進(jìn)行比較，若變化速率大于或等于變化速率閾值，則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳當(dāng)前采集數(shù)據(jù)，若變化速率小于變化速率閾值，則終端設(shè)備向電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器上傳一個空數(shù)據(jù)包；(4)電力系統(tǒng)的終端設(shè)備用本次采樣數(shù)據(jù)更新上次采樣數(shù)據(jù)；所述的數(shù)據(jù)接收過程包括以下步驟(5)電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器監(jiān)聽子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信信道，對子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器接收數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷(5-1)若子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器未接收到符合規(guī)約形式的數(shù)據(jù)包，則計算持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T，將持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T與上述極限上傳時間Ttl進(jìn)行比較，若持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T小于上述極限上傳時間Ttl，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器繼續(xù)監(jiān)聽與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信信道，重復(fù)本步驟，直至接收到數(shù)據(jù)包，若持續(xù)未接收數(shù)據(jù)包的時間T大于或等于上述極限上傳時間Ttl，則表示電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器與電力系統(tǒng)終端設(shè)備的通信失效；(5-2)若子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器接收到符合規(guī)約形式的數(shù)據(jù)包，則判斷接收到的數(shù)據(jù)包是否為空數(shù)據(jù)包，若為空數(shù)據(jù)包，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器使用上次獲得的數(shù)據(jù)作為本次通信獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，重復(fù)本步驟；若接收到的數(shù)據(jù)包不是空數(shù)據(jù)包，則電力系統(tǒng)的子站前置數(shù)據(jù)服務(wù)器按照通訊規(guī)約解析數(shù)據(jù)包，獲得數(shù)據(jù)，重復(fù)本步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)終端設(shè)備的實時數(shù)據(jù)壓縮通信方法，屬于電力系統(tǒng)通信技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法中，電力系統(tǒng)測量終端依次計算并判斷持續(xù)未上傳數(shù)據(jù)時間是否超過極限上傳時間及各量測量的變化速率是否超過設(shè)定的最大變化速率，根據(jù)判斷結(jié)果決定上傳新一批數(shù)據(jù)或上傳空數(shù)據(jù)包；電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器則判斷是否通信有效，若有效則判定是否接收到新數(shù)據(jù)。本發(fā)明方法使用的判斷條件與判斷邏輯簡單，便于編程實現(xiàn)；采用發(fā)送空數(shù)據(jù)包的方法區(qū)別通訊是否失效，保證實時通訊；有效減少了電力系統(tǒng)測量終端的數(shù)據(jù)通信量，減輕了通信負(fù)擔(dān)，保證了硬實時通信，進(jìn)而為電力系統(tǒng)動態(tài)閉環(huán)控制提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。
文檔編號H04L29/08GK102594826SQ20121004497
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者劉滿君, 唐建興, 張放, 林成, 王國松, 王立新, 程林, 趙維興, 陳剛, 馬覃峰 申請人:清華大學(xué), 貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心