[發明專利]同步采樣控制和數據傳輸方法

有效

• 申請號: 200710022436.0
• 申請日: 2007-05-18
• 公開（公告）號: CN101075754A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 龐吉耀
• 申請（專利權）人: 南京力導科技股份有限公司
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;G08C19/00;G08C19/16;H02H7/26;H02H3/32
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司
• 代理人: 湯志武;王鵬翔

一.技術領域

本發明涉及數據量的同步采樣方法，尤其是對電力系統數據量解碼的同步采樣控制和數據傳輸方法和相關的繼電保護方法和裝置，更具體而言，本發明涉及基于FPGA(CPLD)的同步采樣控制和數據傳輸方法。

二.背景技術

目前電力系統中各種測控與保護裝置普遍要求交流數據量的同步采樣，這對于電力系統繼電保護、故障判斷、系統穩定分析等都具有重要意義。而且隨著電力系統的發展，對系統監控的要求越來越高，迫切要求能夠實現交流數據量的異地同步采樣。另外，輸電線路電流縱差保護已從傳統的導引線方式發展到目前利用微處理器和數字通信的全數字式保護。數字式電流差動保護是利用線路兩端電流的瞬時采樣值進行差動比較的。為使保護正確動作，線路兩端必須進行同步采樣或采樣同步化處理，這是實現數字電流差動保護的技術關鍵。

目前現有的同步采樣控制方法主要包括以下五種方法：

1.采樣數據修正法。采用該方法時兩側保護不分主從，地位相同。每側保護都在各自晶振控制下以相同的采樣率獨立采樣。每一幀發送數據包含時間標簽、電流采樣數據及其他信息，電流采樣數據是對應某一采樣時刻經傅氏變換的電流相量。在假設兩側接收數據通道延時相等的前提下，采用“等腰梯形算法”計算出通道延時t_d，進而求出兩側采樣偏差角θ。保護將接收到的對側相量乘旋轉因子e^jθ，得到修正后得同步采樣數據。

2.采樣時刻調整法。兩側保護一端規定為主端(參考端)，另一端規定為從端(同步端)，主端自由采樣。主端發信息幀，從端收到后將命令和延時時間返回給主端，主端計算通道延時t_d，從端根據主端計算的通道延時td調整采樣時刻。主端采樣時刻相對獨立，從端根據主端的采樣時刻調整，能保持兩側較高精度的同步采樣。

3.時鐘校正法。兩側保護一端規定為主端(參考端)，另一端規定為從端(同步端)，主端自由采樣。從端發信息幀，主端收到后將命令和延時時間返回給從端，從端計算兩側時鐘的相對誤差Δt，從端按照一定比率對時鐘進行校正直到Δt為零，兩側時鐘進入同步運行狀態。

4.GPS同步法。GPS同步法通過GPS受時信息，兩側同步采樣，可以達到相當高的精度(2μs)。但受到自然環境和社會環境等因素的制約，并且需要相應的硬件支持。參考相量同步法(盼有文件出處)。利用線路模型計算出代表同一量的兩個相量，然后利用這兩個相量的相位差實現同步采樣。

目前現有的同步采樣控制方法的不足之處：

1.采樣數據修正法和采樣時刻調整法基于通道雙向路的一致，對于通道雙向不一致的情況，計算出的通道延時會有誤差，在使保護在區內故障時靈敏度降低，發生區外故障時可能會引起誤動。

2.時鐘校正法存在同步失敗后，再次同步需要反復計算兩側時鐘的相對誤差Δt，同步延時較長，影響保護反應時間。

3.采樣數據修正法、采樣時刻調整法和時鐘校正法都是基于軟件的修正方法，即使采樣精度高，同步精度依然較低，一般在ms級。

4.采樣數據修正法、采樣時刻調整法和時鐘校正法在發送電流采樣數據的同時需要附加時間信息來計算通道延時，同時也占用了大量的通道資源。

5.GPS同步法受到自然環境和社會環境等因素的制約，并且需要相應的硬件支持。成本較高。同步精度在μs級。

6.參考相量同步法受輸電線路參數和電氣量測量誤差的影響，其精度不能得到保證。

三.發明內容

本發明的目的是：提出一種數據量的同步采樣控制和數據傳輸方法，尤其是電力系統數據量的同步采樣控制和數據傳輸方法和相關的繼電保護方法和裝置，并基于FPGA(CPLD)實現的同步采樣控制和數據傳輸方法。尤其是提供一種納秒級的同步采樣控制方法及高速的數據傳輸通道。

本發明的目的是這樣實現的：數據量的同步采樣控制和數據傳輸方法，由FPGA或CPLD控制A/D采樣，而同步采樣控制信號由信道解碼器輸出，采樣信號通過信道編碼器附加同步控制信號后送至對側解碼器，實現同步信號恢復和數據解碼；本發明可用于數字式電流差動保護是利用線路兩端電流的瞬時采樣值進行差動比較的。

本發明的同步采樣控制和數據傳輸方法，尤其是對于主從式結構的系統，主機側定時采樣，從機側受控于主機側并回傳采樣數據；數據采樣和數據傳輸的信道編碼方式采用同步和數據雙向傳輸，由主機的信道編碼器啟動數據傳輸脈沖，信道編碼器數據傳輸脈沖中設有輸出同步信號；從機使用此信號啟動數據采樣和數據傳輸；即在時刻Ts啟動從機采樣，在其余時段傳輸數據的。尤其是用于對電力系統數據量解碼的方法。