CN104468071A - 一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法 - Google Patents

一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，采用两层主动防御措施抵抗网络干扰，步骤如下：1)统计具有相同CRC的报文数量，判断是否大于门槛值，若大于门槛值就在设定时间内屏蔽该报文；2)检测具有相同目的MAC地址的报文，并统计该报文流量，判断是否大于门槛值，若大于门槛值就在设定时间内屏蔽该报文；进一步对输入秒脉冲进行消抖及超时处理以抵抗电磁干扰，保持对时信号的稳定性。在电磁干扰以及网络流量干扰情况下，采用本发明方法使同步时钟装置保持对时精度，并且能够稳定可靠地运行。

Description

一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法
技术领域
本发明涉及一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，属于智能变电站开发领域。
背景技术
变电站是一个包含强电设备和弱电设备的电磁环境非常复杂的***。正常运行时，变电站内空间中存在强工频电磁场。当发生开关操作、***故障或雷击时，空间会有强瞬态电磁场产生。强工频与强瞬态电磁场对变电站各种设备产生干扰，同时各种设备之间还存在相互串扰。在智能变电站中应用的时钟装置，如果不对干扰加以抑制，或按常规的消抖方法，只判高电平长度，就会发生对时错误，对变电站保护控制设备造成严重影响。
目前，电力***中电网故障分析要求各微机装置的时间信息精确到1ms以内，电网相位测量队时钟精度的要求要1微秒。然而，GPS时钟在卫星失锁或卫星时钟实验跳变的条件下，误差达到几十ms甚至几百ms。另一方面，GPS信号是由无线电波传送的，不可避免受到各种干扰，甚至可能中断。所以，电力***要利用GPS授时作为同步时间源，必须考虑GPS信号的稳定性和失效情况下的对策问题。
目前，智能变电站发展快速，基于网络的时间同步***在智能变电站有了广阔的应用空间。简单网络时间协议(SNTP)在变电站站控层得到广泛应用，基于IEC61588的精确时间协议(PTP)也在智能变电站过程层得到应用。但抗网络流量干扰能力差。发生网络风暴时，大量重复的多播报文在网络中传播，网络带宽被完全占用，造成网络阻塞。监控数据异常，设备互操作失效，每隔一段时间***就会发现对时异常信息，甚至导致各组网设备软件司机或重启。因此需要考虑在网络风暴情况下保证网络对时准确性与可靠性。目前对于网络风暴，还没有统一的行之有效的方法。
发明内容
本发明目的是提供一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，旨在解决在网络风暴情况下如何保证网络对时准确性与可靠性的问题。
为解决上述技术问题，本发明一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法的技术方案包括以下步骤：1)统计具有相同CRC的报文数量，在第一预设时间间隔内判断该报文数量是否超过第一预设门槛值，如果报文数量超过第一预设门槛值，则在第一设定时间段内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测；2)检测具有相同目的MAC地址的报文，并统计该报文数量，在第二预设时间间隔内判断该报文数量是否超过第二预设门槛值，如果报文数量超过第二预设门槛值，则在第二设定时间段内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测。
同步时钟装置包括FPGA和CPU；FPGA用于模拟MAC接收网络报文，CPU用于作为网络驱动接收来自FPGA的报文。
同步时钟装置对输入秒脉冲进行消抖及超时处理，消抖及超时处理的方式为：计算秒脉冲间隔，通过前后2个秒脉冲间隔判断当前输入秒脉冲是否抖动，当前输入秒脉冲抖动的条件为|T1-T0|≤ΔT，其中T0，T1分别为前后2个秒脉冲间隔，ΔT为抖动范围，如果不满足所述条件则判断当前输入脉冲是抖动并舍弃当前输入秒脉冲，输出脉冲间隔以守时脉冲间隔代替。
如果满足所述条件，则判断当前秒脉冲高电平宽度是否大于设定值，宽度大于设定值，仍以该时源作为当前时源，宽度不大于设定值时，丢弃当前输入秒脉冲，输出脉冲间隔以守时脉冲间隔代替。
当不满足条件时，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走一段时间，一段时间后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为当前时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，同步时钟装置切换时源。
当前秒脉冲高电平宽度不大于设定值时，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走一段时间，一段时间后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为当前时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，同步时钟装置切换时源。
所述守时脉冲间隔的获取方式为：记录N个有效的秒脉冲时间间隔并对这N个时间间隔求均值，所得时间间隔均值即为守时脉冲间隔。
本发明的有益效果是：本发明采用两层主动防御措施：判断风暴报文及判断异常网络流量，若存在风暴报文或异常网络流量就屏蔽此报文。通过以上两种措施可以屏蔽掉大量重复的多播报文，减少网络阻塞发生概率，提高对时信息的传输效率，保证了网络对时的准确性和可靠性。本发明通过对输入秒脉冲进行消抖及超时处理，进一步避免了在信号抖动和电磁干扰的情况下对时信号发生异常甚至中断的问题，从而保持了同步时钟装置的对时精度和稳定运行。
附图说明
图1为本发明实施例抗网络干扰原理框图；
图2为本发明实施例输入脉冲超前抖动波形图；
图3为本发明实施例输入脉冲滞后抖动波形图；
图4为本发明实施例消抖及超时处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明的一种抗干扰的实施例，包括以下步骤：
1)装置FPGA模拟MAC接收网络报文，建立循环缓冲区，个数设定为A。
2)FPGA统计具有相同CRC的报文数量，在预设时间间隔内判断该报文数量是否超过预设门槛值，如果报文数量超过预设门槛值，则该报文为风暴报文；在一段时间内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测。
3)对于PTP对时，FPGA模拟MAC屏蔽广播，同时只接收固定以太网类型和固定UDP端口号的PTP报文。目前应用于智能变电站的同步时钟，都是基于802.3的PTP对时。只接收Internet Type＝0x88f7和UDP端口号为319和320的PTP报文。
4)装置CPU作为网络驱动，建立接收缓冲区，个数为B。CPU与FPGA通过总线进行数据交互，CPU以固定的很小的时间间隔从A中接收实际的缓存区数C，如果C>B，则最多接收B个缓存区，接收完成后给FPGA发标志。FPGA收到标志后清空缓冲区，重新开始接收数据。例如，FPGA缓冲区设定为32个，CPU缓冲区设置为16个，CPU每1ms接收1次。在一次接收中，如果FPGA缓冲区中报文数量超过16帧，则CPU每次最多只处理16帧，超出部分被丢掉，并通知FPGA刷新缓冲区。
5)网络驱动实时检测各种单播、广播、组播报文，并统计缓冲区中具有相同目的MAC地址的报文数量，在预设时间间隔内判断该报文数量是否超过预设门槛值；如果报文数量超过预设门槛值，则该报文为异常网络流量；在一段时间内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测。
6)同步时钟装置对输入秒脉冲进行消抖及超时处理保持装置稳定性，消抖及超时处理的步骤为：
A)选取512个有效的输入秒脉冲时间间隔TG存入缓冲区，对这些时间间隔求均值即可得到准确的输入脉冲间隔，进而得到每秒FPGA走的tick数，作为守时脉冲间隔。
B)计算秒脉冲间隔，通过前后2个秒脉冲间隔判断当前输入秒脉冲是否抖动，当前输入秒脉冲抖动的条件为|T1-T0|≤ΔT，其中T0，T1分别为前后2个秒脉冲间隔，ΔT为抖动范围，如果不满足所述条件则判断当前输入脉冲是抖动并舍弃当前输入秒脉冲，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走5秒，5秒后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，时钟装置切换时源。
C)如果满足上述条件，则判断当前秒脉冲高电平宽度，宽度大于1ms，判为当前时源，宽度不大于1ms，丢弃当前脉冲，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走5秒，5秒后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为当前时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，同步时钟装置切换时源。
本实施例中通过对选取的N个有效秒脉冲时间间隔求均值的方式获取守时脉冲间隔，但本发明并不局限于这种方式，还可以直接采用任何有效秒脉冲时间间隔作为守时脉冲间隔，但在本实施例中所用守时脉冲间隔精准度较高。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)统计具有相同CRC的报文数量，在第一预设时间间隔内判断该报文数量是否超过第一预设门槛值，如果报文数量超过第一预设门槛值，则在第一设定时间段内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测；
2)检测具有相同目的MAC地址的报文，并统计该报文数量，在第二预设时间间隔内判断该报文数量是否超过第二预设门槛值，如果报文数量超过第二预设门槛值，则在第二设定时间段内屏蔽该报文，屏蔽超时后重新开始检测。
2.根据权利要求1所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，同步时钟装置包括FPGA和CPU；FPGA用于模拟MAC接收网络报文，CPU用于作为网络驱动接收来自FPGA的报文。
3.根据权利要求1所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，同步时钟装置对输入秒脉冲进行消抖及超时处理，消抖及超时处理的方式为：计算秒脉冲间隔，通过前后2个秒脉冲间隔判断当前输入秒脉冲是否抖动，当前输入秒脉冲抖动的条件为|T1-T0|≤ΔT，其中T0，T1分别为前后2个秒脉冲间隔，ΔT为抖动范围，如果不满足所述条件则判断当前输入脉冲是抖动并舍弃当前输入秒脉冲，输出脉冲间隔以守时脉冲间隔代替。
4.根据权利要求3所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，如果满足所述条件，则判断当前秒脉冲高电平宽度是否大于设定值，宽度大于设定值，仍以该时源作为当前时源，宽度不大于设定值时，丢弃当前输入秒脉冲，输出脉冲间隔以守时脉冲间隔代替。
5.根据权利要求3所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，当不满足条件时，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走一段时间，一段时间后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为当前时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，同步时钟装置切换时源。
6.根据权利要求4所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，当前秒脉冲高电平宽度不大于设定值时，以当前时源相位为基准，按照守时脉冲间隔连续走一段时间，一段时间后重新判断|T1-T0|大小，在ΔT范围内则认为当前时源从抖动状态恢复正常；不在ΔT范围内，则认为时源故障，同步时钟装置切换时源。
7.根据权利要求3-6中任意一项所述一种智能变电站同步时钟装置抗干扰方法，其特征在于，所述守时脉冲间隔的获取方式为：记录N个有效的秒脉冲时间间隔并对这N个时间间隔求均值，所得时间间隔均值即为守时脉冲间隔。
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