具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

针对继电保护设备的光纤传输故障触发环网保护倒换，导致环路对称性被打破，两个继保设备的时延不对称从而影响继保设备的测量工作，对继电保护的组环网内的传统交换机进行了改进，实现了一种融合1588时钟同步技术适配FlexE交换机的继电保护系统通信时延控制方法，通过该技术实现了继电保护设备不会因为网络故障影响本身的测量以至于做出错误的响应动作。

实施例1

在本发明实例中，提供了一种基于FlexE技术与环网组网架构融合的电力通信业务时延控制方法，继电保护设备可以根据收到的报文获知报文在另一侧的继电保护设备出发流经FlexE网络切片中所有交换机设备的总路径时延，继电保护设备通过该总路径时延对采样时间进行调整，保证两个继电保护设备的同步测量。

具体的实施内容如下，总体流程如图6所示，具体实施流程图如图3所示：

步骤1，1588时钟源通过IEEE-1588协议，使得继电保护设备传输环网中的FlexE交换机和继电保护设备实现时钟同步。

继电保护设备传输环网的拓扑结构如图2所示，本发明实施例中的继电保护设备传输环网中包括四台FlexE交换机和两台继电保护设备，分别记为FlexE交换机A、FlexE交换机B、FlexE交换机C、FlexE交换机D；第一继电保护设备和第二继电保护设备。继电保护设备之间通过FlexE切片网络连接。采用FlexE技术后，可以不同的业务分配不同的FlexE时间切片，该时间切片某一业务独享，其他业务不能占用。继电保护设备网络传输采用FlexE技术后会大大降低网络拥塞带来的风险。

本发明实施例中采用1588时钟源实现FlexE交换机/继电保护设备时钟同步，1588时钟源为主时钟（Master Clock），FlexE交换机和继电保护设备的时钟为从时钟（SlaveClock）。为后续时延补偿提供时间基准参考。

1588时钟源实现10ns级的时间同步，如图1所示，具体的时钟同步的过程为：

第1步，1588时钟源向继电保护设备传输环网中的全部继电保护设备与FlexE交换机发送时钟同步信号。

第2步，继电保护设备传输环网中的全部继电保护设备和FlexE交换机接收时钟同步信号，分别得到1588时钟源同步信号发送时间t₁和各设备与FlexE交换机的同步信号接收时间t₂，即可得到同步信号的传输时间差t_ms。

第3步，各继电保护设备和FlexE交换机分别向1588时钟源发送时钟同步应答信号。

第4步，1588时钟源分别接收来自各继电保护设备和FlexE交换机的时钟同步应答信号，分别得到时钟同步应答信号发送时间t₃和时钟同步应答信号接收时间t₄，即可得到同步应答信号的传输时间差t_sm。

第5步，1588时钟源向继电保护设备和FlexE交换机发送同步结果信号，分别将t₁、t₂、t₃和t₄发送给对应的继电保护设备和FlexE交换机。

第6步，FlexE交换机和继电保护设备通过t₁、t₂、t₃和t₄计算各自与1588时钟源的时间偏移Offset，并根据Offset校准自身的时间，使得FlexE交换机和继电保护设备保持时钟同步；

假设Offset为两个时钟差，Delay为同步信号传输时延。则有：

通过公式变换，可得：

得到继电保护设备或FlexE交换机与标准1588时钟源的时间偏移，便可根据时间偏移Offset调节继电保护设备或FlexE交换机的时钟。

步骤2，继电保护设备经FlexE交换机定义的切片网络（传输环网）向对端继电保护设备发送采样数据报文，计算得到继电保护设备传输环网的总路径时延。

继电保护设备根据采样值判断电网传输路线是否发生故障是继电保护设备自身的业务功能。如第一继电保护设备发送某一时间的电流大小，将电流值发送到第二继电保护设备，第二继电保护设备获取同一时刻的电流值并比较两个电流值是不是一致从而判断电网传输链路是不是正常工作，如果不一致则判断电网出现异常从而触发继电保护动作。

本发明实施例中，在采样数据报文的帧结构中封装了三个字段分别是帧时间戳字段、延迟累计字段和帧载体字段，如图5封装FlexE帧结构示意图所示。其中帧载体字段中是继电保护设备采样获得的采样数值。

在环网中传输过程中，FlexE交换机收到数据帧，得到数据帧中的帧时间戳值，将当前FlexE交换机的时间戳和帧时间戳的差累加到延迟累计字段，并将数据帧结构中的时间戳字段设置为当前FlexE交换机的时间戳。

在传输环网正常时，继电保护设备之间的采样数据传输路线参见图2所示，第一继电保护设备到第二继电保护设备的路径为第一继电保护设备-FlexE交换机A-FlexE交换机B-FlexE交换机C-第二继电保护设备。第二继电保护设备到第一继电保护设备的路径为第二继电保护设备-FlexE交换机C-FlexE交换机D-FlexE交换机A-第一继电保护设备。

以第一继电保护设备到第二继电保护设备的传输过程为例，此时测量第一继电保护设备到第二继电保护设备的总路径时延过程为：

第7步，第一继电保护设备向第二继电保护设备发送采样数据报文，第一继电保护设备需要初始化采样数据报文帧结构中的帧时间戳字段和延迟累计字段，延迟累计字段初始化为0，第一继电保护设备将自身时间戳封装在数据帧的帧时间戳字段（即帧时间戳字段初始化为第一继电保护设备的时间戳），第一继电保护设备将数据帧向FlexE交换机A进行数据发送。

第8步，FlexE交换机A通过自身时间戳和收到帧结果中帧时间戳字段值计算自身和第一继电保护设备的时间戳之差，将时间戳之差累加到帧结构中的延迟累计字段，然后用FlexE交换机A的时间戳更新帧结构中的帧时间戳字段。

第9步，FlexE交换机A向FlexE交换机B传递采样数据报文，FlexE交换机B通过自身时间戳和收到帧结果中帧时间戳字段值计算自身和FlexE交换机A的时间戳之差，将时间戳之差累加到帧结构中的延迟累计字段，然后用FlexE交换机B的时间戳更新帧结构中的帧时间戳字段。

第10步，FlexE交换机B向FlexE交换机C传递采样数据报文，FlexE交换机C通过自身时间戳和收到帧结果中帧时间戳字段值计算自身和FlexE交换机B的时间戳之差，将时间戳之差累加到帧结构中的延迟累计字段，然后用FlexE交换机C的时间戳更新帧结构中的帧时间戳字段。

第11步，FlexE交换机C向第二继电保护设备传递采样数据报文，第二继电保护设备通过自身时间戳和收到帧结果中帧时间戳字段值计算自身和FlexE交换机C的时间戳之差，将时间戳之差累加到帧结构中的延迟累计字段。延迟累计字段中时间值为第一继电保护设备到第二继电保护设备链路的总路径时延。

总路径时延是路径上各设备的时间戳之差总和，为了节省帧开销，本发明中采用了逐级向后传递计算延时。而不是将路径所有的时间戳信息都记录在帧结构中最后一级统一计算。

当FlexE交换机的切片网络出现网络故障时，触发保护倒换，即从主用线路倒换到备用线路，例如FlexE交换机B到FlexE交换机C的主线路发生故障，FlexE交换机B会采用备用线路向下一级（FlexE交换机A）传递数据。发生保护倒换时网络拓扑结构如图4所示，第一继电保护设备到第二继电保护设备的路径为第一继电保护设备-FlexE交换机A-FlexE交换机B-FlexE交换机A-FlexE交换机D-FlexE交换机C-第二继电保护设备；第二继电保护设备到第一继电保护设备的路径为第二继电保护设备-FlexE交换机C-FlexE交换机D-FlexE交换机A-第一继电保护设备。此时第一继电保护设备到第二继电保护设备的路径与第二继电保护设备到第一继电保护设备的路径不再对称。

第12步，继电保护设备分别收到对方继电保护设备的采样数据报文。继电保护设备解析采样数据报文获得采样数值和数据帧时间延迟累计字段。得到第一继电保护设备到第二继电保护设备链路的总路径时延。

步骤3，继电保护设备根据总路径时延，调整采样时间，实现两端的继电保护设备采集同步。

第13步，第二继电保护设备判断总路径时延是否满足（低于）继电保护设备的时延要求5ms（继电保护业务对传输网络得时延要求为5~10ms），满足时延要求则进入第14步，否则进入第15步。

第14步，第二继电保护设备对电网传输线路的电气物理量直接进行数据采样（如电压，电流、相位等），进入步骤4。

第15步，第二继电保护设备会缓存指定时间内的采样数据，第二继电保护设备将自身当前时间戳减去第一继电保护设备到第二继电保护设备的总路径延时得到查询时间戳作为查询条件从历史采样数据中查询对应的采样数据。从而实现两端继电保护设备类似“同步直采”的功能。

如果总路径时延时间超过缓冲区的最大时间记录长度，则说明在历史采样中数据中查询不到对应的采样数据，当前测量无效，进行下一次测量。

步骤4，第二继电保护设备根据采样值判断电网传输路线是否发生故障，若判断发生故障，第二继电保护设备从而触发相应的保护动作。

以上步骤是第一继电保护设备到第二继电保护设备的过程。第二继电保护设备到第一继电保护设备的过程原理类似，第二继电保护设备到第一继电保护设备的路径为第二继电保护设备-FlexE交换机C-FlexE交换机D-FlexE交换机A-第一继电保护设备。计算得到第二继电保护设备到第一继电保护设备链路的总路径时延。第一继电保护设备最后做出相应的保护动作。

当电网发生故障时候，第一继电保护设备和第二继电保护设备都能迅速的切断开关将故障线路从电网中切断剔除保证中间的故障线路不造成更大的损失。

本发明的有益效果为：

1）可以精准的测量两个继电保护设备之间的FlexE切片网络的数据传输延迟。

2）当发生网络波动或者网络断路时候继电保护设备可以根据数据传输时延进行补偿，实现同步采样。

3）本发明是以FlexE时间网络切片为粒度进行时延测量和控制的，基于FlexE时间网络切片可实现网络传输路径的物理隔离，从而有效降低继电保护设备传输网络阻塞和时延加大的风险，为满足继电保护设备的时延要求提供双保险。

实施例2

基于与实施例1同样的发明构思，本发明的一种继电保护设备，包括：

时钟同步模块，用于将自身与传输环网中的各继电保护设备和FlexE交换机进行时钟同步；

接收数据模块，用于接收对端继电保护设备经FlexE切片网络发送的采样数据报文，所述采样数据报文包括采样数值、帧时间戳及延迟累计；

数据解析模块，用于解析采样数据报文获得采样数值和延迟累计，其中延迟累计的时间值是传输路径上相邻通信双方的帧时间戳之差的累计，作为对端到该继电保护设备的总路径时延；

同步采集模块，用于根据总路径时延获得与对端同步采集的采样数值。

本发明设备中各模块的具体实行方案参见上述方法的具体步骤处理过程。

实施例3

基于与实施例1同样的发明构思，本发明的一种电力通信继电保护业务时延控制系统，包括：第一继电保护设备、第二继电保护设备和由多个FlexE交换机构成的FlexE切片网络；

第一继电保护设备与第二继电保护设备通过FlexE切片网络连接形成传输环网；且传输环网中的各继电保护设备和FlexE交换机保持时钟同步；

第一继电保护设备，用于向FlexE切片网络发送采样数据报文，所述采样数据报文包括采样数值、帧时间戳及延迟累计；

第二继电保护设备，用于接收经FlexE切片网络传输的采样数据报文，解析采样数据报文获得采样数值和延迟累计，其中延迟累计的时间值是传输路径上相邻通信双方的帧时间戳之差的累计，作为第一继电保护设备到第二继电保护设备的总路径时延；根据总路径时延获得与对端同步采集的采样数值。

本发明系统中各设备的具体实行方案参见上述方法的具体步骤处理过程。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

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。

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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。