CN101984538A - 采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对采用曼彻斯特编码的电子式互感器采集数据，进行高精度同步解码处理的方法，主要应用于智能化变电站或数字化变电站中，属于电力系统及其自动化领域，本发明通过可编程逻辑控制器解码IEC60044-7/8报文的同时，还输出数据帧同步脉冲信号；通过测量数据帧同步脉冲信号及时钟信号，对数据进行插值处理；可同时生成同步采样数据及非同步采样数据。本发明的方法综合利用了脉冲同步法及插值法各自的优点，解决了智能变电站或数字化变电站中电子式互感器数据与时间同步的难点，且不涉及对电子式互感器进行较大的同步采集技术改造。

Description

采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法

技术领域

本发明专利公开了一种对采用曼彻斯特编码的电子式互感器采集数据，进行高精度同步解码处理的方法，主要应用于智能化变电站或数字化变电站中，属于电力系统及其自动化领域。

背景技术

随着国家进一步加快智能化电网的建设，智能化变电站中的电子式互感器由于其体积小、重量轻、动态范围广等优点，得到了快速的推广和应用。与传统的电磁式互感器相比，电子式互感器可采用IEC60044-7/8格式的网络报文，直接输出二次采样值信号，供变电站内的保护、测控设备使用，这大大简化了变电站大量布置的二次电缆设计。

但电子式互感器的应用也带来了如何保证采集数据的精确同步问题。这对于数据同步性能要求特别高的领域尤为重要，如广域同步相量测量装置(PMU)、广域保护等领域，其要求的数据同步性能要求达到1us。对分散使用的电子式互感器要获取同步数据，IEC60044-7/8标准中规定了两种方法：脉冲同步法和插值取样法。其中脉冲同步法，由数据合并单元(MU)根据卫星同步时钟信号发出同步采样信号，通过光纤发送给电子式互感器进行同步采样，可得到精确同步的采样信号，但这种方法获取的采集信号与同步时钟信号密切相关，站内保护装置的动作将严重依赖于卫星同步时钟信号的稳定性，特别是目前卫星时钟大多基于国外的GPS信号；插值取样法，电子式互感器不需要同步采样，其输出信号到达数据合并单元后，由合并单元对数据插值再处理，这种方法中，插值采样的方法将密切关系到输出数据的同步及精度指标。

文献一《电子式互感器数据同步的研究》(电力系统及其自动化学报2007年4月号第19卷第2期第108页)披露了一种变电站中的电子式互感器中的数据同步方法，但文献中提及的插值方法未能利用高精度的时间同步信号，对采集数据进行插值采样，其获取的同步数据在对采样同步性要求特别高的场合，如同步相量测量装置、光纤纵差等装置，同步指标上很难达到技术要求。

文献二《数字化保护测控装置采样值处理方法》(中国专利申请号：200810196354.2)中披露了一种对电子式互感器输出的数据进行重采样处理的方法，但文中未涉及如何对数据进行精确同步的办法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：

1.对采用曼彻斯特编码接口的电子式互感器输出采样数据进行快速高精度解码。

2.产生两组数据：一组与时间不相关的采样数据，供变电站保护装置等使用；另一组为对数据进行高精度的时间插值取样得到的同步数据供PMU装置等使用。

3.避免对电子式互感器采样方式的改造，方便现场实际工程的实施。

为了实现上述目的，本发明专利按照下述的技术方案来实现：

采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将采用光纤接口或电气接口的电子式互感器输出的基于曼彻斯特编码的IEC60044-7/8报文接入现场可编程门阵列中；

2)利用现场可编程门阵列(FPGA)设计的解码模块对输入的信号进行解码，将串行数据转为并行数据，将该并行数据输出到对没有同步精度要求的设备使用；

3)通过FPGA中的数据帧同步信号发生器模块检出某一帧报文起始时刻，在这一时刻发出数据帧同步脉冲；

4)利用FPGA中的时间计量模块，计算外部输入的秒脉冲信号与数据同步帧脉冲信号之间的时间差；

5)在CPU中，通过测量的时间差，对解码获得的并行数据进行插值计算，获取与秒脉冲同步的采样数据，按照IEC61850协议方式送出两组数据。

前述的采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法，其特征在于：在所述步骤4)中，在对应秒脉冲时刻的采样值在电子式互感器的采样密度＞5KHZ情况下，通过线性插值的方式计算获得，插值公式为：

$X=\frac{X_1*(T_2+\mathrm{\ΔT})+X_2*(T_1-\mathrm{\ΔT})}{T_1+T_2}$

在上式中，X₁、X₂分别为在秒脉冲出现时刻前后两帧的经过解码后数据，T₁、T₂分别为通过时间间隔计算模块得到的间隔时间，ΔT为电子式互感器额定延时时间。

考虑到在电子式互感器在正常运行时，一秒钟范围内曼彻斯特编码的采样输出不会有很大偏差，故在一秒的范围内，后续采样点X₃、X₄...继续使用秒脉冲出现时刻测量的T₁、T₂进行插值计算。在下一个整秒出现时刻，重新计算T₁、T₂，供下一秒使用。

本发明所达到的有益效果为：

本发明的方法综合利用了脉冲同步法及插值法各自的优点，解决了智能变电站或数字化变电站中电子式互感器数据与时间同步的难点，且不涉及对电子式互感器进行较大的同步采集技术改造；该方法的实施，使同步相量测量装置(PMU)、故障录波装置等对数据同步性要求较高的系统，能够按照IEC61850方式接入电子式互感器的数据信号，构成完整的智能化变电站系统。

附图说明

图1为基于曼彻斯特编码的IEC60044-7/8报文解码内部逻辑框图；

图2为同步脉冲插值方法示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。本发明的特征、目的和优点也可以从实施例的说明和附图中看出。

附图1所示，FPGA中设计了时间间隔计算模块、数据帧同步信号发生器模块、数据解码模块、数据缓冲区、时间差数据缓冲区等。

曼彻斯特编码IEC60044-7/8报文经过光电转换后接入FPGA中，通过FPGA中的数据帧同步信号发生器模块检出某一帧报文起始时刻，在这一时刻发出数据帧同步脉冲，同时通过数据解码模块解出此帧报文代表的采样值；FPGA通过时间间隔计算模块，计算外部输入时钟秒脉冲信号(在整秒时刻出现)与临近的数据帧同步脉冲，得出该帧报文与时间的差值。通过读取FPGA中寄存的时间差值与采样值解码数据，CPU进行同步插值计算，得到与时间同步的采集信号，按照IEC61850协议方式送出两组数据。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将采用光纤接口或电气接口的电子式互感器输出的基于曼彻斯特编码的IEC60044-7/8报文接入现场可编程门阵列中；

2)利用现场可编程门阵列(FPGA)设计的解码模块对输入的信号进行解码，将串行数据转为并行数据，将该并行数据输出到对没有同步精度要求的设备使用；

3)通过FPGA中的数据帧同步信号发生器模块检出某一帧报文起始时刻，在这一时刻发出数据帧同步脉冲；

4)利用FPGA中的时间计量模块，计算外部输入的秒脉冲信号与数据同步帧脉冲信号之间的时间差；

5)在CPU中，通过测量的时间差，对解码获得的并行数据进行插值计算，获取与秒脉冲同步的采样数据，按照IEC61850协议方式送出两组数据。

2.根据权利要求1所述的采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法，其特征在于：在所述步骤4)中，在对应秒脉冲时刻的采样值在电子式互感器的采样密度＞5KHZ情况下，通过线性插值的方式计算获得，插值公式为：

$X=\frac{X_1(T_2+\mathrm{\ΔT})+X_2*(T_1-\mathrm{\ΔT})}{T_1+T_2}$

在上式中，X₁、X₂分别为在秒脉冲出现时刻前后两帧的经过解码后数据，T₁、T₂分别为通过时间间隔计算模块得到的间隔时间，ΔT为电子式互感器额定延时时间。

3.根据权利要求2所述的采用曼彻斯特编码的电子式互感器数据同步处理方法，其特征在于：在一秒的范围内，后续采样点X₃、X₄...继续使用秒脉冲出现时刻测量的T₁、T₂进行插值计算，在下一个整秒出现时刻，重新计算T₁、T₂，供下一秒使用。

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