基于交換機數據傳輸延時測量的采樣同步方案

摘要：采樣值中用于傳輸和交換的數據單元在利用交換機進行傳輸時，因傳輸過程中出現的問題導致傳輸時間延長，而這個延長的時間沒有規律可言，基于這個傳輸特性，我們現在的主要做法是全站在將傳輸的數據單元進行合并與同步處理時，接入報時一致的鐘表，以此來達到消除時間延長的不確定性的目的。但是這樣的做法也有不足之處，它會造成在實現采樣一致的目標的同時，對外界的時間工具產生嚴重依賴，打破了完善功能不能以依賴外界對時系統為代價的原則。本文通過研究比較多種采樣方式的優勢與不足，提出了一種簡單科學的采樣方式，希望能對讀者有所幫助。

關鍵詞：采樣同步；交換機；延時傳輸

一、采樣方式同步分析

采樣同步技術水平直接影響著網絡采樣能否從實驗走向實際，得到廣泛應用。因此我們需要分析各種采樣方式，綜合其優劣勢，探尋到最佳采樣方式，這對于準確把握住數據傳輸延遲的時間有很大的幫助作用。

1.我國目前普遍采用的采樣模式。現在“直采”是繼電保護最常用的采樣方式。所謂直采，就是繼電保護裝置同合并單元之間的連接方式是直接交換傳輸數據，點對點交流。直采的好處就是其采樣值報文具有固定的傳輸延長時間，消除了不確定性，知道了固定時長，補償起來就簡單多了。與“直采”比較起來，“網采”就是利用互聯網絡達到采樣值傳輸的目的的，這種模式可以省下一大批光纜，并且接線結構簡單明了，數據傳輸分享更便捷，與科學技術發展接軌。但是“網采”一個非常大的缺點就是延時的不確定性，所以網絡采樣同步技術能否發展完善直接關系著“網采”能否順利得到實際化應用。

2.采樣同步方式分析。通常繼電保護裝置采用一般的采樣方式時，它是通過控制采樣的先后順序并且在采樣過程中確保電路能夠實現不同的通道來達到采樣同步的目的的。在采樣這一過程中，可能會存在一些影響同步的因素比如低通回路的參變量的偏差等，但是這些因素并不會對整個工程有所影響。

合并單元與智能電子設備之間在進行采樣時出現的傳輸延時問題與采樣使用的方式脫不了關系。當合并元與繼電保護裝置之間采用“直采”模式時，數據傳輸延長的時間是確定的并且是一個固定值。智能變電站中“直采”模式下，光線長度小于等于兩千米，所以可知這時傳輸的延長時間的數量級為微秒，非常小，因此這個延長時間對繼電保護裝置的影響可以忽略不計。當合并單元與保護裝置采用的是“網采”模式時，特別是在一個智能電子設備同時讀取多個設備數據的情況下，因為這些設備并不是在同一時間傳輸的數據，智能電子設備在接收這些設備傳送的數據時，可能會出現各個設備傳送的數據排隊依次進入智能電子設備接收數據的入口的情況，并且不能確定設備傳輸數據排隊時的先后順序，所以交換機在傳輸、交換數據信息時就不能得知準確的延長時間，源于此原因，我們才斷定“網采”模式下，采樣值報文的傳輸數據的延長時間是不斷變化的。

二、基于數據傳輸延時測量的同步方案的基本原理

在測算數據傳載過程中延誤的時間的基礎上，設計該方案所遵循的準則為：在交換機的進出端口進行SV報文加密數據并制成電子憑證的工作。SV報文在傳送過程中延誤的時長是不確定的，需計算采樣值經過輸入輸出端口所用時長，精準確定Sampled Value采樣值在交換機傳輸過程中延誤的時間，將計算結果記錄在SV報文的時間域里。多個交換機建立映射關系，累計計算各SV報文采樣的延誤時長，Sampled Value數據收集裝置通過收集時間域中采樣值的延誤時長取得總延時信息。

任取兩臺交換機進行檢測實驗，詳細記錄數據信息進出交換機兩端口的時間，計算傳輸所用時長。保護裝置以實際時間為準，該裝置在保護采樣數值時可以使用直接采樣或網絡采樣的方式，通過額定延誤時長和累積總延時數值復原各個間隔的SV采集時間，完成同步采樣方案。類似于直接采樣方式，不需要經過交換機端口，點對點將樣本數據直接傳送到測量裝置中。

三、同步方案延時精度測量及分析

創建檢測系統精準測量交換機的延誤時長，首先向交換機中輸送采樣值數據測得傳輸時間差，再通過直傳光纖導入到timestamp的檢測裝置中。通過網絡風暴發生設備干擾信息在單臺或多臺映射中的交換機上的轉換時長，排除掉設備在工作過程中的花費的時間，經過一系列計算證明交換機測出的的延誤時長與數據轉載時限之間的存在聯系。通過大量測驗表明，不同數據信息的傳輸和流量差異下，交換機的精準程度趨近于四十納秒，多臺具有映射關系的交換機的精準程度也穩定在一定納秒范圍內。

同步采樣方案時時跟蹤分析系統運行的頻段，對被監測的信號的極限值進行收集整理，在依據一定的規則對數據進行計算和處理，采樣的頻率與電力設備主體運行的速率維持在一定的比值范圍。晶體振蕩器消耗能量極低、啟動時間短、精確度高并且穩定性能好，適用于延時檢測工作。MU技術可以支持多個用戶端的通信信號的輸送提高了數據輸送速率。數據在不同設備之間的傳送也存在延誤時間，用戶設備通訊流量對交換機的干擾微乎及微，但晶體振蕩器的震動頻率形成的誤差，嚴重影響交換機的檢測數據傳輸的延誤時長工作。若排除外界因素的干擾，交換機測試延時的工作更加精準。

四、同步方案應用分析

綜合智能化繼電站的所有保護措施，差動保護設施對于Sampled Value同步的反應最為敏銳。差動保護是流經電流互感器進出接頭的電流差值，利用流經某一節點的總電流為零這一準則實行差動保護，在工作時將電力設施當做一個結點，如果電力設施正常運轉則電流流經差動保護裝置前后的數值相同，如果電力設施發生意外情況則流經裝置的電流差值大于零，當差值大于差動保護裝置的安全電流值范圍時，保護設備發出預警信號，斷開被保護的設施與其他設備的聯接。差動保護的優點在于運行沒有延時性、簡單易操作等。

針對差動保護與同步同步方案，智能化繼電保護準則中沒有確切的聲明。研究分析智能化變電繼電設施的保護技術需要注意以下幾項：一則研發針對性的保護技術時需要具有可操作性、及時性和敏捷性，可以分析繼電網中發生的意外事故并合理處理。二則變壓器主體與其他設備的連接點需要設立保護裝置，多采用集成化的安置方式，還可以安裝監控裝置，實現智能化、信息化遠程控制變電站繼電器。

使用數據傳輸延誤時長的測算方法時，對用戶設備的數據接受時間的進行時時監測，確保可以正確檢測交換機傳送數據的延誤時長，如果交換機在傳送數據延時產生誤差時，保護設備可以快速應對，及時封鎖規避可能發生的各種意外情況。利用這種方法極大程度的減少了同步方案出現漏洞的機會，擴大了了方案的容許錯誤的范圍。

總結

交換機傳輸數據延誤時長的測算技術簡單易操作，實時監測用戶設備接收數據的時間并打好時間戳，為直接采樣的方式提供保護裝置的技術性保護措施。將SV報文中的采樣信息傳輸過程轉化為延誤時長，其他操作基本不變，保證程序基本不改動。同步方案的不足之處在于測量傳輸數據的延誤時間需要使用專門的交換機，隨著科技發展和檢測技術的不斷創新，可以研發出替代交換機進行延誤時長檢測計量的專業性設備，趨于完善的測量技術以及不斷降低的設施費用都有利于同步方案的改善與進一步發展。

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作者簡介：姓名：李達國，男，漢族；出生年月：1985年11月19日；籍貫：天津市；學歷：碩士研究生；職稱：中級工程師；單位名稱：天津生態城投資開發有限公司