CN101093613A - 电力系统暂态信号采集方法 - Google Patents
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Abstract
一种电力系统暂态数据采集方法，属于一种对于电力系统暂态信号的多次连续无死区高速采集电路的设计方法。利用双端口静态存储器SRAM对采集到的暂态数据进行循环缓冲存储，使用大容量的静态存储器SRAM对采集到的有用数据进行存储，其特征在于：两者之间的传输通过现场可编程逻辑芯片FPGA控制实现，数据的采样和处理过程由微处理器MCU、三态门和现场可编程逻辑芯片FPGA共同控制完成。可以保证电力系统暂态信号的采集记录不会产生漏记现象，能够实现连续多次记录间无死区采样，大大提高可靠性。采样参数在线可配置性强，采样频率、采样通道数、采样时间长度都可以在线进行配置等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统暂态信号采集方法。尤其涉及一种对于电力系统暂态信号的多次连续无死区高速采集电路的设计方法。
背景技术
电力系统暂态信号持续时间短，如果能可靠的利用暂态信号对电力系统的运行进行监测控制就可以缩短处理各种故障的时间，尽早恢复电力系统运行，减少损失。目前针对电力系统暂态信号的高速采集电路都存在着连续记录有死区、采样参数在线可配置性差的缺点，对于高频暂态信号容易产生数据漏记的现象，应用时会导致真正有用的暂态信号漏记，从而影响对整个电力系统运行状态的判断。比如在输电线路附近遭受雷电后如果引起线路故障，现有的采集电路很可能只采集到雷电波在线路上引起的感应波形，而漏记真正由线路故障点产生的暂态信号波形，这对于利用故障点产生的暂态信号来进行线路测距、线路保护的装置来说，就会引起误判断，影响对故障点的快速定位处理，降低装置的可靠性。另外电力系统暂态信号的频带范围从几千赫兹到几十兆赫兹，传统的暂态信号采集电路大多只针对某一种具体应用场合分别进行具体的设计，不同的应用场合下需要设计不同的采集电路，而且暂态信号采集电路的采样参数在线可配置性较差。经《中国专利》检索，目前尚未发现对电力系统暂态信号能实现连续无死区记录、采样参数可在线配置的高速采集方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有的采样电路不能连续无死区记录、采样参数可配置性差的缺点，提出一种能适应电力系统各种暂态信号应用场合的连续无死区一种电力系统暂态信号数据采集方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案实现是：该一种电力系统暂态数据采集方法，利用双端口静态存储器SRAM对采集到的暂态数据进行循环缓冲存储，使用大容量的静态存储器SRAM对采集到的有用数据进行存储，其特征在于：两者之间的传输通过现场可编程逻辑芯片FPGA控制实现，数据的采样和处理过程由微处理器MCU、三态门和现场可编程逻辑芯片FPGA共同控制完成。
模数转换器ADC将转换后的数据通过双端口静态存储器SRAM的左端口一直循环存储到双端口静态存储器SRAM中，当微处理器MCU响应触发信号需要存储有用的暂态数据时，通过三态门由可编程逻辑芯片FPGA从双端口静态存储器SRAM的右端口将采集到的数据读出并传送到大容量静态存储器SRAM中去。存储超过预设时间后，由微处理器MCU对存储好的数据进行分析处理。
在整个采集存储过程中，只要保证双端口静态存储器SRAM循环一次的时间大于微处理器MCU响应中断并通知可编程逻辑芯片FPGA开通双端口静态存储器SRAM和大容量静态存储器SRAM传送的时间之和，就可以完成连续无死区采集。
采样电路的采样频率、采样通道数、采样长度通过现场可编程逻辑芯片FPGA进行控制，其中采样频率、采样通道数是由现场可编程逻辑芯片FPGA控制模数转换器ADC的采样时钟来进行调整，现场可编程逻辑芯片FPGA根据配置参数利用内部的加法计数器对采样时钟进行分频控制，以达到配置要求。采样时间长度是由现场可编程逻辑芯片FPGA根据配置参数产生一个减法计数器，在进行数据传输的时候，每传输一个数据，减法计数器减一，直到减法计数器为零，本次数据传输停止。然后减法计数器恢复为最后一次配置数，以备下次数据传输使用。
与现有技术相比本发明的有益效果是：由于利用双端口静态存储器SRAM对采集到的暂态数据进行循环缓冲存储，使用大容量的静态存储器SRAM对采集到的有用数据进行存储，两者之间的传输通过现场可编程逻辑芯片FPGA控制实现，数据的采样和处理过程由微处理器MCU、三态门和现场可编程逻辑芯片FPGA共同控制完成。
1、可以保证电力系统暂态信号的采集记录不会产生漏记现象，能够实现连续多次记录间无死区采样，大大提高了利用暂态信号进行电力系统监测控制的可靠性。
2、采样参数在线可配置性强，采样频率、采样通道数、采样时间长度都可以在线进行配置，而不必修改具体的电路。
附图说明
图1是本发明的采集电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图1对采集方法的工作原理和采样参数在线配置实现原理做以下说明。
1、数据采集工作原理：图1中，利用双端口静态存储器SRAM对采集到的暂态数据进行循环缓冲存储，双端口静态存储器RAM可选用IDT71321SA、CY7C024等型号。使用大容量静态存储器SRAM对采集到的有用数据进行存储，大容量静态存储器SRAM可选用IS62WV51216、HY628400A等型号。两者之间的传输通过现场可编程逻辑芯片FPGA控制实现。可编程逻辑芯片FPGA可选用APA075、EPF10K40等型号。采集电路正常运行时，模数转换器ADC转换后的数据通过双端口静态存储器SRAM的左端口循环存储到双端口静态存储器SRAM，此时即使有触发信号向微处理器MCU申请中断，模数转换器ADC可以选用8位、12位或16位的A/D转换器，型号可采用TLC5510A、MAX155、，ADS805E、AD9224、ADS1100、MAX1166等。微处理器MCU也不影响模数转换器ADC转换后的数据在双端口静态存储器SRAM中的存储过程。存储时间超过预设的长度后，可编程逻辑芯片FPGA将大容量静态存储器SRAM的总线控制权重新交回微处理器MCU，微处理器MCU可选用8位或16位单片机，型号可采用AT80C31、MC68HC908、MC9S12E64、LPC2214、AT91R40008等。微处理器MCU对存储好的数据进行分析处理。当有信号触发时，通过中断通知微处理器MCU，微处理器MCU通过三态门将大容量的静态存储器SRAM的数据总线和双端口静态存储器SRAM右端口的数据总线连接起来，由现场可编程逻辑芯片FPGA控制将双端口静态存储器SRAM的数据通过右端口读出并传送到大容量的静态存储器SRAM中去，传送的速度与模数转换器ADC的工作速度一样，整个传送过程完全由现场可编程逻辑芯片FPGA控制完成。传送结束后，现场可编程逻辑芯片FPGA通知微处理器MCU，微处理器MCU恢复对大容量的静态存储器SRAM数据总线和地址总线的控制，以进行数据的处理或向外传送数据。在整个采集存储过程中，只要保证双端口静态存储器SRAM循环写入一次的时间大于微处理器MCU响应中断并通知可编程逻辑芯片开通双端口静态存储器SRAM和大容量静态存储器传送的时间，就可以做到无死区记录，保证数据不丢失。由于可编程逻辑芯片FPGA的速度可达到上百兆赫兹，因此使用可编程逻辑芯片FPGA来控制模数转换器ADC转换后数据的传输存储，就可以使整个电路的采样速度大大提高，解决了由于微处理器MCU速度低造成的高速采集时数据有死区的问题。
根据本发明设计的采样方法，采样电路中的模块可以采用如下型号实现：
2、采样参数配置原理：图1中，采样参数可配置性是通过可编程逻辑芯片FPGA来实现的。模数转换器ADC的采样控制信号由可编程逻辑芯片FPGA产生。微处理器MCU接收到参数配置命令后将配置参数下发给可编程逻辑芯片FPGA，可编程逻辑芯片FPGA对采集电路的采样频率、采样通道数、采样时间长度进行控制，以此来调整系统的工作参数。根据采样频率、采样通道数计算产生一个加法计数器，用这个加法计数器对外部有源晶振进行分频，产生模数转换器ADC的采样时钟、采样通道切换等控制信号。采样时间长度由可编程逻辑芯片FPGA根据配置参数产生一个减法计数器，在进行数据传输的时候，每传输一个数据，减法计数器减一，直到减法计数器为零，本次数据传输停止。然后减法计数器恢复为最后一次配置数，以备下次数据传输使用。
Claims (4)
1、电力系统暂态数据采集方法，利用双端口静态存储器SRAM对采集到的暂态数据进行循环缓冲存储，使用大容量的静态存储器SRAM对采集到的有用数据进行存储，其特征在于：两者之间的传输通过现场可编程逻辑芯片FPGA控制实现，数据的采样和处理过程由微处理器MCU、三态门和现场可编程逻辑芯片FPGA共同控制完成。
2、根据权利要求1所述的采集方法，其特征在于：模数转换器ADC将转换后的数据通过双端口静态存储器SRAM的左端口一直循环存储到双端口静态存储器SRAM中，当微处理器MCU响应触发信号需要存储有用的暂态数据时，通过三态门将总线控制权交给现场可编程逻辑芯片FPGA，可编程逻辑芯片FPGA从双端口静态存储器SRAM的右端口将采集到的数据读出并传送到大容量静态存储器SRAM中去，存储超过预设时间后，现场可编程逻辑芯片FPGA将总线控制权重新交给微处理器MCU，由微处理器MCU对存储好的数据进行分析处理。
3、根据权利要求1或2所述的采集方法，其特征在于：在整个采集存储过程中，只要保证双端口静态存储器SRAM循环一次的时间大于微处理器MCU响应中断并通知可编程逻辑芯片FPGA开通双端口静态存储器SRAM和大容量静态存储器SRAM传送的时间之和，就可以完成连续无死区采集。
4、根据权利要求1所述的采集方法，其特征在于：采样电路的采样频率、采样通道数、采样长度通过现场可编程逻辑芯片FPGA进行控制。其中采样频率、采样通道数是由现场可编程逻辑芯片FPGA控制模数转换器ADC的采样时钟来进行调整，现场可编程逻辑芯片FPGA根据配置参数利用内部的加法计数器对采样时钟进行分频控制，以达到配置要求。采样时间长度是由现场可编程逻辑芯片FPGA根据配置参数产生一个减法计数器，在进行数据传输的时候，每传输一个数据，减法计数器减一，直到减法计数器为零，本次数据传输停止。然后减法计数器恢复为最后一次配置数，以备下次数据传输使用。
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