用于分布式電力系統(tǒng)測量的通信系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領域】
[0001]本申請總體上涉及電力測量和涉及用于在分布式電力測量系統(tǒng)中發(fā)送數(shù)據(jù)的通ig系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代電力系統(tǒng)依賴于從系統(tǒng)中的多個分布式節(jié)點的快速和準確的相測量。在一些情況下，希望在遠距離間隔分布的節(jié)點之間進行相比較。因此，測量的準確定時以及將來自系統(tǒng)中的相距遙遠的部分的測量結(jié)果進行相關(guān)是個挑戰(zhàn)。
[0003]提供生成能夠被在時間上相關(guān)的快速和準確的測量結(jié)果的電力信號測量/采樣，并且同時降低測量裝置中的部件成本是非常有利的。
【附圖說明】
[0004]將通過舉例的方式參考后面的附圖，其示出了本發(fā)明的示例性實施方式，并且其中:
[0005]圖1示出了電力測量裝置的示例的框圖；
[0006]圖2示出了分布式電力采樣系統(tǒng)的框圖；
[0007]圖3示出了用于對電力系統(tǒng)信號采樣的示例性的從裝置的框圖；以及
[0008]圖4示出了示出在示例性采樣系統(tǒng)中的接收路徑和發(fā)送路徑延遲的示意圖。
【具體實施方式】
[0009]在一個方面，本申請公開了一種在分布式電力測量系統(tǒng)中使用的采樣裝置。該采樣裝置包括:鏈路接口，其用于使用高速等時同步數(shù)據(jù)鏈路與遠程主裝置收發(fā)數(shù)據(jù)；時鐘電路，其用于生成本地時鐘信號；數(shù)據(jù)存儲單元，其用于存儲從遠程主機接收到的時間戳包的序列號；計數(shù)器，其用于由本地時鐘信號計時以確定從接收到時間戳包起的偏移時間；以及成幀控制器，其用于生成要通過等時同步數(shù)據(jù)鏈路向遠程主機發(fā)送的成幀輸出數(shù)據(jù)，其中，該成幀輸出數(shù)據(jù)包括該序列號、該偏移時間和數(shù)據(jù)載荷。
[0010]在另一個方面，本申請公開了一種分布式電力測量系統(tǒng)，其包括至少一個米樣裝置和主裝置。該主裝置通過高速等時同步數(shù)據(jù)鏈路連接到該至少一個采樣裝置的每個以周期性地發(fā)送時間戳包并且接收與序列號和偏移時間相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)載荷。該主裝置包括存儲器，其用于存儲多個時間戳和序列號對，以及處理器，其用于確定與數(shù)據(jù)載荷中的數(shù)據(jù)樣本相關(guān)聯(lián)的絕對時間。
[0011]在又另一個方面，本申請公開了一種用于在分布式電力測量系統(tǒng)中使用高速等時同步數(shù)據(jù)鏈路從采樣裝置向遠程主裝置傳遞數(shù)據(jù)測量結(jié)果的方法，。該方法包括:在采樣裝置處通過等時同步數(shù)據(jù)鏈路從主裝置接收時間戳包，該時間戳包包括時間戳包的序列號；啟動由本地時鐘信號計時的計數(shù)器以確定從接收到時間戳包起的偏移時間；獲取電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)；以及生成成幀輸出數(shù)據(jù)并且通過等時同步數(shù)據(jù)鏈路向遠程主裝置發(fā)送成幀輸出數(shù)據(jù)，其中，該成幀輸出數(shù)據(jù)包括序列號、偏移時間以及包括電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)載荷。
[0012]在再一個方面，本申請包括一種暫時計算機可讀介質(zhì)，其包括用于實現(xiàn)本文描述的一個或多個方法的處理器可執(zhí)行指令。
[0013]本領域技術(shù)人員通過結(jié)合附圖閱讀下面對實施方式的描述可以理解本發(fā)明的其它方面以及特點。
[0014]用于改善電力系統(tǒng)可靠性和穩(wěn)定性的技術(shù)之一是在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡中的各個節(jié)點提供準確的高速相量測量。該測量通過由在網(wǎng)絡上分布的測量裝置(本文還稱為“采樣裝置”)來實現(xiàn)。相量測量系統(tǒng)的重要的特征是定時準確性，由于期望能夠準確和快速關(guān)聯(lián)并且比較在系統(tǒng)中的不同節(jié)點上同時進行的測量，并且如果需要，實現(xiàn)校正動作。有時，可以期望在系統(tǒng)的相距距離幾十公里的節(jié)點之間進行接近實時的相對相位確定。
[0015]授權(quán)給D1nne的US專利公開2012-0200284-A1 (名稱為“電力測量裝置”)描述了一種示例性電力測量裝置，其在此通過引用并入本文?，F(xiàn)在參照圖1，其示出了電力測量裝置10的簡略框圖。該裝置10包括I比特德爾塔-西格瑪調(diào)制器(DSM) 12，其用于測量電量(多個相中的一個上的電壓和/或電流)并生成I比特DSM比特流14。可以理解傳統(tǒng)的德爾塔-西格瑪轉(zhuǎn)換器在輸出端使用低通濾波器以在將該比特流轉(zhuǎn)換為多比特數(shù)據(jù)時去除德爾塔-西格瑪調(diào)制的高頻成形的量化噪聲分量。在一些實施方式中，裝置10不使用這樣的低通濾波，而是，為至少一些信號處理操作而保留了該高頻分量。如上所述，為了簡便，圖1中示出了單個DSM 12。一些實現(xiàn)方式可具有兩個或更多個德爾塔-西格瑪調(diào)制器，其用于測量一個或多個相上的電流和電壓信號。在三相三線系統(tǒng)的情況中，六個DSM可被用于測量所有三個相上的電流和電壓。類似地，在三相四線系統(tǒng)的情況中，八個德爾塔-西格瑪調(diào)制器可被用于測量全部三個相和中性相上的電流和電壓。
[0016]在這個示例中，裝置10包括信號處理器20。該信號處理器20接收比特流14并且執(zhí)行信號分析和測量。具體地，該信號處理器20被實現(xiàn)為直接在I比特DSM比特流14上操作。該信號處理器20產(chǎn)生電力系統(tǒng)基本原則的高準確性同步相測量。其還可以選擇性地檢測和測量(由電力內(nèi)容選擇的)子群諧波，執(zhí)行瞬態(tài)檢測，以及執(zhí)行單比特波形捕獲和多比特波形捕獲這兩者。在這個示例中，信號處理器20包括I比特雙重鎖頻環(huán)(FLL)以及鎖相環(huán)(PLL) 32架構(gòu)。信號處理器20還包括瞬態(tài)捕獲和相位跳躍檢測部件36。該瞬態(tài)捕獲和相位跳躍檢測部件36被構(gòu)造成檢測比特流14中可能的瞬態(tài)。該信號處理器20還包括I比特RMS計算器34。該RMS計算器34計算輸入DSM比特流的均方根值，從而產(chǎn)生RMS信號42。
[0017]如上所述，定時準確性對于電力系統(tǒng)分布式測量是非常重要的。高準確性外部時基，像GPS信號或IRIG-B信號，可被用于獲得用于執(zhí)行德爾塔-西格瑪抽樣和任意型號處理的高準確性本地時鐘信號。用于校正時鐘信號的示例性方法和裝置在D1nne等于2013年11月28日提交的PCT專利申請PCT/CA2013/050912中進行了描述，其內(nèi)容在此通過引用并入本文。
[0018]在圖1中示出的電力測量裝置10是電力測量裝置的一個示例。在很多系統(tǒng)中，由于成本過高而不能在每一個電力測量裝置中提供全部或甚至部分信號處理能力。也很可能由于成本過高而不能在每一個電力測量裝置中并入經(jīng)GPS校正的直接數(shù)字合成器(DDS)。
[0019]因此，在一些系統(tǒng)中，電力測量系統(tǒng)的分布采樣裝置中的至少一些會缺少信號處理能力并且可以將采樣數(shù)據(jù)中繼給系統(tǒng)中的另一節(jié)點。此外，采樣裝置中的至少一些會依賴于網(wǎng)絡中另一裝置分配的經(jīng)GPS校正的時鐘信號或時間值，以指示所中繼的數(shù)據(jù)被采樣的時間。
[0020]在一個實現(xiàn)方式中，本申請描述了一種電力測量系統(tǒng)，其中指定的主裝置從網(wǎng)絡中的一個或更多個從采樣裝置中接收經(jīng)德爾塔-西格瑪調(diào)制(DSM)的電力系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)(比特流)。該主裝置從從裝置中接收定時數(shù)據(jù)，該定時數(shù)據(jù)允許該主裝置重新對齊所接收到的DSM數(shù)據(jù)。因為以高速采樣，使得經(jīng)量化的采樣時間具有可以忽略的影響，所以該主機通過插入為采樣時間的整數(shù)倍的簡單延遲可以重新對齊該數(shù)據(jù)。
[0021]為了實現(xiàn)分布式電力測量系統(tǒng)并且保持定時可靠性，在一方面本申請?zhí)峁┝嗽谥餮b置和從裝置之間的高速等時同步數(shù)據(jù)鏈路。該等時同步數(shù)據(jù)鏈路可被用于分配時間數(shù)據(jù)，諸如周期性的時間戳包。例如，在一個實施方式中，主機包括GPS鎖定的高準確性時鐘并且通過該系統(tǒng)分配周期性的時間戳。在其它實施方式中，該GPS鎖定的時間源可以定位于從裝置中的一個中并且周期性地被分配給主機(并且，有可能，其它從裝置)。在下述的實施方式中，假定GPS鎖定的時間源被定位在主裝置并由主裝置分配，但是將意識到本說明可用于其它配置。除了 GPS的外部時間源可被用于一些實施方式中。
[0022]在一個示例中，主裝置以預定規(guī)律發(fā)送時間戳。例如，主機可每Ims發(fā)送時間戳。從裝置相應接收指示在主機處的當前時間的規(guī)律性的時間同步包(加上從主機到從機的傳輸時間)。準確時間協(xié)議(PTP)(如在IEEE 1588-2008中定義的)是用于將時間信息分配給網(wǎng)絡的節(jié)點以同步時鐘的一個示例處理，在該情況下使用IP傳輸。該PTP處理還描述了用于為了將從機時鐘同步到主機時鐘，確定網(wǎng)絡中的主機和從機之間的運送時間(transittime)的機制。PTP處理的部分可被合并到本申請描述的系統(tǒng)和處理中，從而確定在主機和從機之間的運送時間。
[0023]在很多實施方式中，不像在PTP中，從機無需具有與主機時鐘在時間上同步的時鐘，使得其能夠確定絕對時間。相反的，目的是確保從機能夠準確地傳遞在接收到主機時間戳和發(fā)生采樣的時間之間經(jīng)過的時間。在一些這種情況下，只有主裝置需要知道采樣發(fā)生的絕對時間，使得其能夠?qū)碜跃W(wǎng)絡的各個源/節(jié)點的數(shù)據(jù)合適地對齊。因此，在這樣的實施方式中，從裝置僅需要合理準確的高頻時鐘信號。從裝置處的高頻時鐘信號在一些實現(xiàn)方式中可以從主機通過高速等時同步鏈路導出(例如，使用時鐘恢復的鎖相環(huán)(PLL))，從而確保主裝置時鐘信號與在從裝置中使用的時鐘信號同步以確定在接收到主機時間戳和在從裝置處對電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采樣之間經(jīng)過的時間。<