一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，方法基于變頻原理，通過測(cè)量電子式互感器或模擬量輸入合并單元對(duì)不同頻率穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)的非整周期延時(shí)，從而計(jì)算得到數(shù)字化采樣環(huán)節(jié)對(duì)所有頻率信號(hào)的固有延時(shí)，包括非整周期延時(shí)和整周期延時(shí)，同時(shí)基于鎖相技術(shù)跟蹤SV報(bào)文的發(fā)送頻率，補(bǔ)償SV報(bào)文發(fā)送時(shí)差，減小SV報(bào)文發(fā)送時(shí)差的影響，提高數(shù)字化采樣延時(shí)測(cè)量準(zhǔn)確度。本發(fā)明同時(shí)也公開了基于該方法的測(cè)試系統(tǒng)，確保電子式互感器和模擬量輸入合并單元在智能變電站中的可靠應(yīng)用，消除電子式互感器和模擬量輸入合并單元工程應(yīng)用中的安全隱患，提高智能變電站二次系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確性，對(duì)智能變電站的安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。
【專利說明】一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)，屬于電力自動(dòng)化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]電子式互感器包括電子式電流互感器(簡(jiǎn)稱ECT,即Electronic CurrentTransformer)和電子式電壓互感器(簡(jiǎn)稱 EVT,即 Electronic Voltage Transformer)。模擬量輸入合并單元是指直接接收常規(guī)互感器二次模擬量輸出的合并單元，比如用于連接母線TV的合并單元。電子式互感器和模擬量輸入合并單元都是將模擬量的輸入進(jìn)行數(shù)字化采樣，最終輸出數(shù)字量。數(shù)字化采樣以光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸取代了常規(guī)的電纜傳輸，從而可以避免電纜多點(diǎn)接點(diǎn)、電流互感器二次開路、電壓互感器二次短路、長(zhǎng)距離傳輸損耗大等問題，且采樣值的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)傳輸方式有利于數(shù)據(jù)的共享，適應(yīng)智能變電站發(fā)展方向。因此，電子式互感器和模擬輸入合并單元的數(shù)字化采樣方式在智能變電站中得到了大量應(yīng)用。
[0003]電子式互感器和模擬量輸入合并單元的數(shù)字化采樣都需經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、等待以及傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)，需要一定的時(shí)間。其中，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和等待環(huán)節(jié)一般基于定時(shí)中斷完成，定時(shí)中斷一般是采樣周期的整數(shù)倍，這些環(huán)節(jié)所需的時(shí)間較長(zhǎng)，是整個(gè)采樣延時(shí)的主要部分，達(dá)到ms級(jí)。而數(shù)據(jù)發(fā)送和傳輸環(huán)節(jié)的延時(shí)具有一定不確定性，但這部分延時(shí)小，對(duì)整個(gè)采樣環(huán)節(jié)的總延時(shí)影響較小。
[0004]數(shù)字化采樣的延時(shí)可分為整周期延時(shí)和非整周期延時(shí)。智能變電站中，繼電保護(hù)的采樣、合并單元間級(jí)聯(lián)等點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接采樣的應(yīng)用中，必須基于采樣環(huán)節(jié)的延時(shí)進(jìn)行插值實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，這些應(yīng)用中采樣延時(shí)作為一個(gè)重要參數(shù)必須精確測(cè)量。智能變電站相應(yīng)規(guī)范中要求數(shù)字化采樣延時(shí)不能大于2ms，當(dāng)數(shù)字化采樣存在N個(gè)整周期延時(shí)，為了形式上滿足技術(shù)要求，電子式互感器或合并單元制造商可能會(huì)將SV (Sampled Value,即采樣值)報(bào)文的序號(hào)向前移N個(gè)周波，此時(shí)對(duì)于基于外部信號(hào)同步采樣的計(jì)量、測(cè)控、故障錄波等應(yīng)用的測(cè)量精度也有影響。因此，數(shù)字化采樣的延時(shí)作為關(guān)鍵參數(shù)，工程應(yīng)用中必須保證其正確性。
[0005]目前，數(shù)字化采樣延時(shí)測(cè)量方法一般是給電子式互感器或模擬量輸入合并單元施加穩(wěn)態(tài)的工頻電流或電壓，然后利用標(biāo)準(zhǔn)模擬量和被測(cè)SV數(shù)據(jù)之間工頻信號(hào)的相位角關(guān)系來間接測(cè)量數(shù)字化采樣的延時(shí)。這種測(cè)量方法為了能夠正確測(cè)量相位關(guān)系，必須施加穩(wěn)態(tài)的模擬量，對(duì)于周期信號(hào)，經(jīng)過非整周期延時(shí)后的波形與原信號(hào)波形存在一定的相位差，因此可以通過這種測(cè)量穩(wěn)態(tài)相位差然后轉(zhuǎn)換為時(shí)間的方法得到數(shù)字化采樣的非整周期延時(shí)。而對(duì)于穩(wěn)態(tài)周期信號(hào)，經(jīng)過整周期延時(shí)后與原信號(hào)是完全重合的，不存在相位差，因此無法利用這種測(cè)量穩(wěn)態(tài)相位差的方法來測(cè)量整周期延時(shí)。目前，還有一種數(shù)字化采樣延時(shí)測(cè)試方法是:在同步模式下，通過測(cè)量O序號(hào)SV報(bào)文的發(fā)送時(shí)間與同步信號(hào)之間的時(shí)間差而得到數(shù)字化采樣延時(shí)。但是這種方法對(duì)于SV報(bào)文序號(hào)有人為前移或后移的現(xiàn)象無法檢測(cè)，因此也無法正確測(cè)量數(shù)字化采樣的整周期延時(shí)。[0006]電子互感器和模擬輸入合并單元的數(shù)字化采樣過程中數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、等待以及傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)對(duì)于各種輸入信號(hào)所需的時(shí)間是一致的，這體現(xiàn)出數(shù)字化采樣的延時(shí)是一個(gè)群延時(shí)，對(duì)于各種頻率的信號(hào)的延時(shí)是相同的。對(duì)于穩(wěn)態(tài)周期信號(hào)而言，這一延時(shí)可以分為整周期延時(shí)和非整周期延時(shí)，其中非整周期延時(shí)可通過測(cè)量數(shù)字化采樣輸入和輸出之間相位差的方法進(jìn)行測(cè)量，但整周期延時(shí)難以識(shí)別和測(cè)量。整周期延時(shí)對(duì)于繼電保護(hù)應(yīng)用而言可能引起不正確動(dòng)作，對(duì)于計(jì)量、測(cè)控而言也會(huì)引起準(zhǔn)確度誤差，因此也必須能準(zhǔn)確夠識(shí)別。
[0007]因此，有必要采用一種新的數(shù)字化采樣延時(shí)測(cè)量方法及測(cè)量系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量出數(shù)字化采樣環(huán)節(jié)中的整周期延時(shí)和非整周期延時(shí)，消除電子式互感器和模擬量輸入合并單元工程應(yīng)用中的安全隱患，提高智能變電站二次系統(tǒng)運(yùn)行準(zhǔn)確性，對(duì)智能變電站的安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，解決了現(xiàn)有測(cè)量方法不能夠準(zhǔn)確測(cè)量出數(shù)字化采樣環(huán)節(jié)中的整周期延時(shí)的問題，同時(shí)也提供了基于該測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，克服了電子式互感器和模擬量輸入合并單元工程應(yīng)用中的安全隱患。
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0010]一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，包括以下步驟，
[0011]步驟一，給電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸入頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào); [0012]步驟二，測(cè)量頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單元前、后的相位差，結(jié)合相位計(jì)算點(diǎn)時(shí)差補(bǔ)償和sv報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差補(bǔ)償計(jì)算出頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)的非周期延時(shí)Tdl—NP，通過非周期延時(shí)Tdl—NP獲得頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化采樣后的全延時(shí)Tdl = Tdl ^m1T1, T1 = Uf1, IH1為非負(fù)整數(shù)；
[0013]步驟三，給電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸入頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)，其中fi ^ f2 ；
[0014]步驟四，測(cè)景頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單
元前、后的相位差結(jié)合相位計(jì)算點(diǎn)時(shí)差補(bǔ)償和SV報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差補(bǔ)償計(jì)算出頻率
為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)的非周期延時(shí)Td2—NP，通過非周期延時(shí)Td2—NP獲得頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化采樣后的全延時(shí)Td2 = Td2_NP+m2T2, T2 = l/f2，m2為非負(fù)整數(shù)；
[0015]步驟五,基于采樣群延時(shí)原則Tdl = Td2,計(jì)算出Iii1和m2,得到數(shù)字化采樣的全延時(shí)的值。步驟二中獲得全延時(shí)的過程為，
[0016]步驟(Al)，計(jì)算輸入電子式互感器或模擬量輸入合并單元的頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)h時(shí)刻的相位Δ奶」,7.[0017]步驟(BI)，計(jì)算電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的數(shù)字量SV信號(hào)t/
時(shí)刻的相位，其中t/ ( t1； t/時(shí)刻對(duì)應(yīng)sv報(bào)文的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)為&時(shí)刻電子式
互感器或模擬量輸入合并單元輸出的報(bào)文點(diǎn)或者該點(diǎn)為A時(shí)刻前電子式互感器或模擬量輸入合并單兀輸出的最后一個(gè)報(bào)文點(diǎn)；[0018]步驟(Cl),通過步驟(Al)和步驟(BI)中獲得的Δ奶」?和Δ奶_Wi,計(jì)算出頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單元前、后的相位差
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟一，給電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸入頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)； 步驟二，測(cè)量頻率為fi的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單元前、后的相位差，結(jié)合相位計(jì)算點(diǎn)時(shí)差補(bǔ)償和SV報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差補(bǔ)償計(jì)算出頻率為f:的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)的非周期延時(shí)Tdl—NP，通過非周期延時(shí)Tdl—NP獲得頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化采樣后的全延時(shí)Tdl = Tdl,+HI1T1, T1 = Uf1, IH1為非負(fù)整數(shù)； 步驟三，給電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸入頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)，其中fl≠f2 ; 步驟四，測(cè)量頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單元前、后的相位差Δρ結(jié)合相位計(jì)算點(diǎn)時(shí)差補(bǔ)償和和SV報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差補(bǔ)償計(jì)算出頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)的非周期延時(shí)Td2—NP，通過非周期延時(shí)Td2—NP獲得頻率為f2的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化采樣后的全延時(shí)Td2 = Td2 NP+m2T2，T2 = l/f2，m2為非負(fù)正整數(shù)； 步驟五，基于采樣群延時(shí)原則Tdl = Td2 ,計(jì)算出IIi1和m2,得到數(shù)字化采樣的全延時(shí)的值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，其特征在于:步驟二中獲得全延時(shí)的過程為， 步驟(Al )，計(jì)算輸入電子式互感器或模擬量輸入合并單元的頻率為的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)^時(shí)刻的相位Δ妁inX 步驟(BI)，計(jì)算電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的數(shù)字量SV信號(hào)t/時(shí)刻的相位，其中t/ ( ti，ti'時(shí)刻對(duì)應(yīng)SV報(bào)文的一個(gè)點(diǎn)，該點(diǎn)為h時(shí)刻電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的報(bào)文點(diǎn)或者該點(diǎn)為^時(shí)刻前電子式互感器或模擬量輸入合并單兀輸出的最后一個(gè)報(bào)文點(diǎn)； 步驟(Cl)，通過步驟(Al)和步驟(BI)中獲得的Δ奶—&和Δ釣—_計(jì)算出頻率Sf1的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)經(jīng)過電子式互感器或模擬量輸入合并單元前、后的相位差Mh = Mjn，并將此相位差轉(zhuǎn)換為時(shí)間
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，其特征在于:步驟(El)計(jì)算SV報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差A(yù)T1的過程， 步驟(al)，采用鎖相技術(shù)跟蹤數(shù)字量SV信號(hào)的發(fā)送頻率，鎖定SV報(bào)文的平均間隔Tsvi ;步驟(bl)，通過SV報(bào)文第KpK1-1點(diǎn)接收時(shí)刻&、&-1，計(jì)算出第K1點(diǎn)報(bào)文與前一幀報(bào)文的實(shí)際間隔
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，其特征在于:步驟四中獲得全延時(shí)的過程為， 步驟(Α2)，計(jì)算輸入電子式互感器或模擬量輸入合并單元的頻率為&的穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)t2時(shí)刻的相位in ； 步驟(B2)，計(jì)算電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的數(shù)字量SV信號(hào)t2'時(shí)刻的相位
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法，其特征在于:步驟(E2)計(jì)算SV報(bào)文發(fā)送抖動(dòng)時(shí)差Λ T2的過程如下， 步驟(a2)，采用鎖相技術(shù)跟蹤數(shù)字量SV信號(hào)的發(fā)送頻率，鎖定SV報(bào)文的平均間隔TsV2 ; 步驟(b2)，通過SV報(bào)文第K2、K2-1點(diǎn)接收時(shí)刻&2、t丨^，計(jì)算出第K2點(diǎn)報(bào)文與前一幀報(bào)文的實(shí)際間隔
6.基于權(quán)利要求1所述的一種數(shù)字化采樣延時(shí)變頻測(cè)量方法的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括模擬量輸出部分和采集測(cè)量部分； 所述模擬量輸出部分為被測(cè)電子式互感器或模擬量輸入合并單元提供穩(wěn)態(tài)模擬量信號(hào)，同時(shí)為采集測(cè)量部分提供反映被測(cè)電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸入的二次信號(hào)；當(dāng)模擬量輸出部分外接電子式互感器時(shí)，所述模擬量輸出部分包括依次連接的標(biāo)準(zhǔn)互感器、升流/升壓器和變頻控制器，所述標(biāo)準(zhǔn)互感器作為模擬量輸出部分與電子式互感器的連接單元，同時(shí)也作為模擬量輸出部分和采集測(cè)量部分的連接單元；當(dāng)模擬量輸出部分外接模擬量輸入合并單元時(shí)，所述模擬量輸出部分包括依次連接的功率放大器和變頻控制器，所述功率放大器作為模擬量輸出部分與模擬量輸入合并單元的連接單元，同時(shí)也作為模擬量輸出部分和采集測(cè)量部分的連接單元； 所述采集測(cè)量部分用以采集模擬量輸出部分發(fā)送的二次信號(hào)，同時(shí)采集電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的數(shù)字量SV信號(hào)，用以測(cè)量并計(jì)算數(shù)字化采樣延時(shí)，用以顯示測(cè)量計(jì)算出的延時(shí)結(jié)果；所述采集測(cè)量部分包括AD轉(zhuǎn)換模塊、內(nèi)部時(shí)鐘模塊、SV采集和時(shí)間標(biāo)記模塊、測(cè)量計(jì)算模塊和結(jié)果顯示模塊，所述AD轉(zhuǎn)換模塊、SV采集和時(shí)間標(biāo)記模塊和結(jié)果顯示模塊均與測(cè)量計(jì)算模塊連接，所述內(nèi)部時(shí)鐘模塊用于產(chǎn)生AD轉(zhuǎn)換模塊的采樣脈沖，并為SV采集和時(shí)間標(biāo)記模塊提供時(shí)間信息，所述AD轉(zhuǎn)換模塊作為模擬量輸出部分和采集測(cè)量部分的連接單元，所述SV采集和時(shí)間標(biāo)記模塊用以采集電子式互感器或模擬量輸入合并單元輸出的數(shù)字量SV信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK103812731SQ201410074461
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月3日
【發(fā)明者】卜強(qiáng)生, 袁宇波, 高磊, 宋亮亮, 陳久林, 嵇建飛, 黃浩聲, 劉嶼 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院