用于分布式電力系統(tǒng)測(cè)量的通信系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及電力測(cè)量和涉及用于在分布式電力測(cè)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(gè)分布式節(jié)點(diǎn)的快速和準(zhǔn)確的相測(cè)量。在一些情況下，希望在遠(yuǎn)距離間隔分布的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行相比較。因此，測(cè)量的準(zhǔn)確定時(shí)以及將來(lái)自系統(tǒng)中的相距遙遠(yuǎn)的部分的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相關(guān)是個(gè)挑戰(zhàn)。
[0003]提供生成能夠被在時(shí)間上相關(guān)的快速和準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果的電力信號(hào)測(cè)量/采樣，并且同時(shí)降低測(cè)量裝置中的部件成本是非常有利的。
【附圖說(shuō)明】
[0004]將通過(guò)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(shí)施方式，并且其中:
[0005]圖1示出了電力測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)信號(hào)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(shí)施方式】
[0009]在一個(gè)方面，本申請(qǐng)公開了一種在分布式電力測(cè)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(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路與遠(yuǎn)程主裝置收發(fā)數(shù)據(jù)；時(shí)鐘電路，其用于生成本地時(shí)鐘信號(hào)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，其用于存儲(chǔ)從遠(yuǎn)程主機(jī)接收到的時(shí)間戳包的序列號(hào)；計(jì)數(shù)器，其用于由本地時(shí)鐘信號(hào)計(jì)時(shí)以確定從接收到時(shí)間戳包起的偏移時(shí)間；以及成幀控制器，其用于生成要通過(guò)等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路向遠(yuǎn)程主機(jī)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(hào)、該偏移時(shí)間和數(shù)據(jù)載荷。
[0010]在另一個(gè)方面，本申請(qǐng)公開了一種分布式電力測(cè)量系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)米樣裝置和主裝置。該主裝置通過(guò)高速等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路連接到該至少一個(gè)采樣裝置的每個(gè)以周期性地發(fā)送時(shí)間戳包并且接收與序列號(hào)和偏移時(shí)間相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)載荷。該主裝置包括存儲(chǔ)器，其用于存儲(chǔ)多個(gè)時(shí)間戳和序列號(hào)對(duì)，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(duì)時(shí)間。
[0011]在又另一個(gè)方面，本申請(qǐng)公開了一種用于在分布式電力測(cè)量系統(tǒng)中使用高速等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路從采樣裝置向遠(yuǎn)程主裝置傳遞數(shù)據(jù)測(cè)量結(jié)果的方法，。該方法包括:在采樣裝置處通過(guò)等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路從主裝置接收時(shí)間戳包，該時(shí)間戳包包括時(shí)間戳包的序列號(hào)；啟動(dòng)由本地時(shí)鐘信號(hào)計(jì)時(shí)的計(jì)數(shù)器以確定從接收到時(shí)間戳包起的偏移時(shí)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(guò)等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路向遠(yuǎn)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(hào)、偏移時(shí)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(gè)方面，本申請(qǐng)包括一種暫時(shí)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，其包括用于實(shí)現(xiàn)本文描述的一個(gè)或多個(gè)方法的處理器可執(zhí)行指令。
[0013]本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)實(shí)施方式的描述可以理解本發(fā)明的其它方面以及特點(diǎn)。
[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(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)提供準(zhǔn)確的高速相量測(cè)量。該測(cè)量通過(guò)由在網(wǎng)絡(luò)上分布的測(cè)量裝置(本文還稱為“采樣裝置”)來(lái)實(shí)現(xiàn)。相量測(cè)量系統(tǒng)的重要的特征是定時(shí)準(zhǔn)確性，由于期望能夠準(zhǔn)確和快速關(guān)聯(lián)并且比較在系統(tǒng)中的不同節(jié)點(diǎn)上同時(shí)進(jìn)行的測(cè)量，并且如果需要，實(shí)現(xiàn)校正動(dòng)作。有時(shí)，可以期望在系統(tǒng)的相距距離幾十公里的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行接近實(shí)時(shí)的相對(duì)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(cè)量裝置”)描述了一種示例性電力測(cè)量裝置，其在此通過(guò)引用并入本文。現(xiàn)在參照?qǐng)D1，其示出了電力測(cè)量裝置10的簡(jiǎn)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(cè)量電量(多個(gè)相中的一個(gè)上的電壓和/或電流)并生成I比特DSM比特流14?？梢岳斫鈧鹘y(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?cái)?shù)據(jù)時(shí)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(shí)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(hào)處理操作而保留了該高頻分量。如上所述，為了簡(jiǎn)便，圖1中示出了單個(gè)DSM 12。一些實(shí)現(xiàn)方式可具有兩個(gè)或更多個(gè)德爾塔-西格瑪調(diào)制器，其用于測(cè)量一個(gè)或多個(gè)相上的電流和電壓信號(hào)。在三相三線系統(tǒng)的情況中，六個(gè)DSM可被用于測(cè)量所有三個(gè)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(gè)德爾塔-西格瑪調(diào)制器可被用于測(cè)量全部三個(gè)相和中性相上的電流和電壓。
[0016]在這個(gè)示例中，裝置10包括信號(hào)處理器20。該信號(hào)處理器20接收比特流14并且執(zhí)行信號(hào)分析和測(cè)量。具體地，該信號(hào)處理器20被實(shí)現(xiàn)為直接在I比特DSM比特流14上操作。該信號(hào)處理器20產(chǎn)生電力系統(tǒng)基本原則的高準(zhǔn)確性同步相測(cè)量。其還可以選擇性地檢測(cè)和測(cè)量(由電力內(nèi)容選擇的)子群諧波，執(zhí)行瞬態(tài)檢測(cè)，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(gè)示例中，信號(hào)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(hào)處理器20還包括瞬態(tài)捕獲和相位跳躍檢測(cè)部件36。該瞬態(tài)捕獲和相位跳躍檢測(cè)部件36被構(gòu)造成檢測(cè)比特流14中可能的瞬態(tài)。該信號(hào)處理器20還包括I比特RMS計(jì)算器34。該RMS計(jì)算器34計(jì)算輸入DSM比特流的均方根值，從而產(chǎn)生RMS信號(hào)42。
[0017]如上所述，定時(shí)準(zhǔn)確性對(duì)于電力系統(tǒng)分布式測(cè)量是非常重要的。高準(zhǔn)確性外部時(shí)基，像GPS信號(hào)或IRIG-B信號(hào)，可被用于獲得用于執(zhí)行德爾塔-西格瑪抽樣和任意型號(hào)處理的高準(zhǔn)確性本地時(shí)鐘信號(hào)。用于校正時(shí)鐘信號(hào)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(qǐng)PCT/CA2013/050912中進(jìn)行了描述，其內(nèi)容在此通過(guò)引用并入本文。
[0018]在圖1中示出的電力測(cè)量裝置10是電力測(cè)量裝置的一個(gè)示例。在很多系統(tǒng)中，由于成本過(guò)高而不能在每一個(gè)電力測(cè)量裝置中提供全部或甚至部分信號(hào)處理能力。也很可能由于成本過(guò)高而不能在每一個(gè)電力測(cè)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(cè)量系統(tǒng)的分布采樣裝置中的至少一些會(huì)缺少信號(hào)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(diǎn)。此外，采樣裝置中的至少一些會(huì)依賴于網(wǎng)絡(luò)中另一裝置分配的經(jīng)GPS校正的時(shí)鐘信號(hào)或時(shí)間值，以指示所中繼的數(shù)據(jù)被采樣的時(shí)間。
[0020]在一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中，本申請(qǐng)描述了一種電力測(cè)量系統(tǒng)，其中指定的主裝置從網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或更多個(gè)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(shí)數(shù)據(jù)，該定時(shí)數(shù)據(jù)允許該主裝置重新對(duì)齊所接收到的DSM數(shù)據(jù)。因?yàn)橐愿咚俨蓸?，使得?jīng)量化的采樣時(shí)間具有可以忽略的影響，所以該主機(jī)通過(guò)插入為采樣時(shí)間的整數(shù)倍的簡(jiǎn)單延遲可以重新對(duì)齊該數(shù)據(jù)。
[0021]為了實(shí)現(xiàn)分布式電力測(cè)量系統(tǒng)并且保持定時(shí)可靠性，在一方面本申請(qǐng)?zhí)峁┝嗽谥餮b置和從裝置之間的高速等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路。該等時(shí)同步數(shù)據(jù)鏈路可被用于分配時(shí)間數(shù)據(jù)，諸如周期性的時(shí)間戳包。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，主機(jī)包括GPS鎖定的高準(zhǔn)確性時(shí)鐘并且通過(guò)該系統(tǒng)分配周期性的時(shí)間戳。在其它實(shí)施方式中，該GPS鎖定的時(shí)間源可以定位于從裝置中的一個(gè)中并且周期性地被分配給主機(jī)(并且，有可能，其它從裝置)。在下述的實(shí)施方式中，假定GPS鎖定的時(shí)間源被定位在主裝置并由主裝置分配，但是將意識(shí)到本說(shuō)明可用于其它配置。除了 GPS的外部時(shí)間源可被用于一些實(shí)施方式中。
[0022]在一個(gè)示例中，主裝置以預(yù)定規(guī)律發(fā)送時(shí)間戳。例如，主機(jī)可每Ims發(fā)送時(shí)間戳。從裝置相應(yīng)接收指示在主機(jī)處的當(dāng)前時(shí)間的規(guī)律性的時(shí)間同步包(加上從主機(jī)到從機(jī)的傳輸時(shí)間)。準(zhǔn)確時(shí)間協(xié)議(PTP)(如在IEEE 1588-2008中定義的)是用于將時(shí)間信息分配給網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)以同步時(shí)鐘的一個(gè)示例處理，在該情況下使用IP傳輸。該P(yáng)TP處理還描述了用于為了將從機(jī)時(shí)鐘同步到主機(jī)時(shí)鐘，確定網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)和從機(jī)之間的運(yùn)送時(shí)間(transittime)的機(jī)制。PTP處理的部分可被合并到本申請(qǐng)描述的系統(tǒng)和處理中，從而確定在主機(jī)和從機(jī)之間的運(yùn)送時(shí)間。
[0023]在很多實(shí)施方式中，不像在PTP中，從機(jī)無(wú)需具有與主機(jī)時(shí)鐘在時(shí)間上同步的時(shí)鐘，使得其能夠確定絕對(duì)時(shí)間。相反的，目的是確保從機(jī)能夠準(zhǔn)確地傳遞在接收到主機(jī)時(shí)間戳和發(fā)生采樣的時(shí)間之間經(jīng)過(guò)的時(shí)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(duì)時(shí)間，使得其能夠?qū)?lái)自網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)源/節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)合適地對(duì)齊。因此，在這樣的實(shí)施方式中，從裝置僅需要合理準(zhǔn)確的高頻時(shí)鐘信號(hào)。從裝置處的高頻時(shí)鐘信號(hào)在一些實(shí)現(xiàn)方式中可以從主機(jī)通過(guò)高速等時(shí)同步鏈路導(dǎo)出(例如，使用時(shí)鐘恢復(fù)的鎖相環(huán)(PLL))，從而確保主裝置時(shí)鐘信號(hào)與在從裝置中使用的時(shí)鐘信號(hào)同步以確定在接收到主機(jī)時(shí)間戳和在從裝置處對(duì)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采樣之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間。<