[發(fā)明專利]一種電能質(zhì)量監(jiān)測用合并單元及其同步采樣的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310028595.7
• 申請日: 2013-01-24
• 公開（公告）號: CN103116096A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 徐柏榆;王玲;盛超;梅桂華;陳曉科;鄧志;李玎;曾幼松;王新華;張濤;王昕;夏洪超;陶宇;林國梁
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院;深圳市中電電力技術股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 周克佑

技術領域

本發(fā)明涉及一種用于電能質(zhì)量監(jiān)測完成電子式互感器接口功能的合并單元。本發(fā)明還涉及所述合并單元同步采樣的方法。

背景技術

隨著智能電網(wǎng)技術的發(fā)展以及IEC?61850標準的普及，電子式互感器及其接口裝置——合并單元的應用，已經(jīng)成為一種不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。合并單元作為智能電網(wǎng)中的關鍵設備之一，其主要功能為完成電子式互感器的接口功能，合并匯集多路一次電子式互感器采樣信號并通過以太網(wǎng)將合并后的數(shù)據(jù)發(fā)送給二次保護、測控、計量、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。但目前來講，電子式互感器及合并單元的應用主要集中在保護、測控領域，在電能質(zhì)量監(jiān)測領域的應用基本未見。

電能質(zhì)量監(jiān)測要求分析高次諧波、捕捉瞬態(tài)電壓變化，只有具備高采樣率（典型值為512點/周波以上）、滿足高次諧波精度（典型值為50次諧波精度）的合并單元才能滿足電能質(zhì)量監(jiān)測的要求。為了保證高采樣率、高次諧波精度，必須解決合并單元的同步采樣這一技術難點。所謂同步采樣，是指通過軟硬件方法，控制合并單元所接入的各路電子式互感器等間隔采樣，并保證不同電子式互感器的采樣時刻是同步的。目前保護測控用合并單元采樣率低（80點/周波）、諧波精度低（一般保證5次），其所用同步采樣方法無法直接應用到電能質(zhì)量領域，因其存在如下缺陷：

（1）單獨采用同步脈沖或插值法，其同步精度無法滿足電能質(zhì)量監(jiān)測要求，單獨采用同步脈沖法受硬件環(huán)境干擾大，單獨采用插值算法容易導致信號頻譜失真；

（2）長時間運行之后，由于環(huán)境以及硬件參數(shù)的變化，導致同步采樣時刻發(fā)生漂移，進一步導致測量精度下降；

（3）插值算法無法滿足高次諧波要求，一般合并單元主要采用的插值算法為線性插值或二階拉格朗日插值，這些算法無法滿足電能質(zhì)量高次諧波精度要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的第一個技術問題，就是提供一種電能質(zhì)量監(jiān)測用合并單元。

本發(fā)明所要解決的第二個技術問題，就是提供一種所述的合并單元同步采樣的方法。

本發(fā)明的合并單元和采用其同步采樣的方法，可完全滿足電能質(zhì)量監(jiān)測的高采樣率和高次諧波精度要求，且受硬件環(huán)境干擾小、信號頻譜不易失真和運行穩(wěn)定測量精度不會下降。

解決上述第一個技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種電能質(zhì)量監(jiān)測用合并單元，其特征是：包括M1時鐘脈沖同步、M2采樣脈沖輸出、M3數(shù)據(jù)接收解碼、M4插值時刻計算、M5插值數(shù)據(jù)處理和M6流水線控制模塊，各模塊均采用現(xiàn)場可編程邏輯門整列（FPGA）實現(xiàn)；

所述M1時鐘脈沖同步模塊：接收外部GPS秒脈沖和IRIG-B對時脈沖，結(jié)合內(nèi)部晶振信號，產(chǎn)生時間精度及最小刻度為100ns的系統(tǒng)統(tǒng)一時間信息并傳給M2采樣脈沖輸出模塊；GPS秒脈沖和IRIG-B對時脈沖采用同一個端口輸入，通過判斷信號的特征，自適應判斷外部對時脈沖的類型；當采用秒脈沖同步時，更新系統(tǒng)統(tǒng)一時間信息；當采用IRIG-B對時時，更新系統(tǒng)統(tǒng)一時間信息及整個日歷時間；同時，對同步脈沖信號的有效性進行檢驗：當采用秒脈沖同步時，檢驗連續(xù)兩個同步脈沖之間的間隔，間隔時間超出1s±50us時認為同步脈沖信號異常，丟棄該同步脈沖信號；當采用IRIG-B同步時，根據(jù)IRIG-B幀結(jié)構(gòu)特點，檢驗時鐘序列是否符合標準，當出現(xiàn)任何一個幀錯誤時認為同步異常，丟棄該同步脈沖信號；

所述M2采樣脈沖輸出模塊：接收M1時鐘脈沖同步模塊信號，根據(jù)采樣率要求，發(fā)出高精度、等間隔、穩(wěn)定可靠的采樣脈沖，控制遠端電子式互感器同步采樣；在發(fā)出采樣脈沖時，記錄當前系統(tǒng)統(tǒng)一時刻T0，并發(fā)出啟動信號給M3數(shù)據(jù)接收解碼模塊；

所述M3數(shù)據(jù)接收解碼模塊：當收到M2采樣脈沖輸出模塊啟動信號后，實時監(jiān)視遠端電子式互感器傳過來的串行采樣數(shù)據(jù)；一旦發(fā)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，則按照預先約定的通信協(xié)議格式進行解碼，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為并行數(shù)據(jù)；在進行解碼時對數(shù)據(jù)進行奇偶校驗，如校驗不合格則認為數(shù)據(jù)無效，丟棄該數(shù)據(jù)；在接收到有效數(shù)據(jù)時，記錄當前系統(tǒng)統(tǒng)一時刻Tr；

所述M4插值時刻計算模塊：接收M3數(shù)據(jù)接收解碼模塊數(shù)據(jù)，根據(jù)所記錄的同步脈沖發(fā)出時刻與采樣數(shù)據(jù)接收時刻，自適應計算實際采樣時刻，從而計算出進行插值的時刻：每次收到數(shù)據(jù)后，計算從同步脈沖發(fā)出時刻T0到接收到采樣數(shù)據(jù)時刻Tr之間的時間差ΔT，在進行校準時記憶一個初始時間差ΔT0，每次執(zhí)行采樣記錄當前時間差ΔT1，當|ΔT1-ΔT0|大于10us時，對實際插值時刻進行動態(tài)調(diào)整，將原插值時刻減去(ΔT1-ΔT0)/2；