CN103969500B - 智能电网模拟量采集装置、方法及系统 - Google Patents

智能电网模拟量采集装置、方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种智能电网模拟量采集装置、方法及系统,该智能电网模拟量采集装置包括电子式互感器、合并单元,所述电子式互感器包括电子式电流互感器、电子式电压互感器,所述合并单元包括母线合并单元、间隔合并单元。本发明的有益效果是在本发明中,通过将电子式互感器采集输出信号分为保护、测量、计量几类,同时提高整体采样速率,将合并单元的采样值报文输出端口分为多个,每个端口所包含的采样通道内容、整体采样速率可配置,保证了合并单元输出信号能够同时满足保护、测控、计量、电能质量等多个应用场合对采样数据的要求,而且实现了资源的共享,对于智能电网在各个领域的全面推广应用具备重要意义。

Description

智能电网模拟量采集装置、方法及系统
技术领域
[0001]本发明涉及电能领域,尤其涉及智能电网模拟量采集装置、方法及系统。
背景技术 _2]智能电网模拟量采集方式相对传统而言,发生了根本性的变化。智能电网中,一次 电压、电流模拟量通过电子式互感器就地采集变为数字量,再传输到合并单元,由合并单元 进行同步处理与汇总后,再分发给保护、测控、计量、电能质量等间隔层设备。
[0003]采用这种方式面临的一个问题是,不同应用下间隔层设备对采样值报文的要求并 不同,例如保护设备要求采样值动态范围宽,频带范围窄,对采样率要求并不高(典型值为 80点/周波),而电能质量设备要求采样率高(典型值为512点/周波),频带范围宽,动态响应 范围要求不高。由于间隔层设备的不同要求,就需要电子式互感器及合并单元能够输出不 同性能的采样值报文。
[0004]目前电子式互感器及其合并单元的研制主要仍是针对保护领域,也有专门针对电 能质量领域的合并单元。但是,这种应用领域的单一性造成了资源的浪费,也违背了智能电 网数^共享的目标。因此,研究一种能够解决保护、测控、计量、电能质量等应用一体化的模 拟量采集方法及其系统,对于智能电网的全面推广应用具备重要意义。
发明内容
[0005]为了解决现有技术中的问题,本发明提供了一种智能电网模拟量采集装置。
[0006]本发明提供了一种智能电网模拟量采集装置,包括电子式互感器、合并单元,所述 电子式互感器包括电子式电流互感器、电子式电压互感器,所述合并单元包括母线合并单 元、间隔合并单元,所述母线合并单元输入端与所述电子式电压互感器相连,所述母线合并 单元输出端与所述间隔合并单元相连,所述母线合并单元用于接收所述电子式电压互感器 的输出信号,组合各段母线电压采样值,输出给所述间隔合并单元;所述间隔合并单元与所 述电子式电流互感器相连,所述间隔合并单元用于获取所述母线合并单元的电压采样信 号、以及所述电子式电流互感器输出的电流采样值,且所述间隔合并单元用于将电压电流 统一合并后输出给间隔层设备。
[0007] 作为本发明的进一步改进,所述母线合并单元完成电压并列功能,所述间隔合并 单元完成电压切换功能,所述母线合并单元完成常规的电压合并与处理功能,所述母线合 并单元将各路电压采集信号进行同步处理后组帧转发给所述间隔合并单元;所述电子式电 流互感器包括传感单元、采集单元、保护模块、测量模块、计算模块,所述传感单元包括罗氏 线圈、LPCT线圈,所述罗氏线圈与所述保护模块相连,所述LPCT线圈分别与所述测量模块和 所述计算模块相连。
[0008]本发明还提供了一种使用所述智能电网模拟量采集装置进行的通道和采样率配 置方法,所述间隔合并单元执行如下步骤:
[0009] A.配置初始化,通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内容,以及采样 速率;
[0010] B.采样数据读取与打时标,实时侦听间隔合并单元所连接的电子式电流互感器采 样信号、以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打上数据 接收时刻时标;
[0011] C.数据缓存与队列管理,采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息,每个信息 包括采样值及其时标,缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定;
[0012] D.采样跟踪,根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样率的数据;
[0013] E.同步插值,使用采样跟踪信号获取当前发送报文时刻的采样值,保证不同通道 采样同步;
[0014] F•编码组帧,按照IEC61850-9-2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集内容,选取 对应通道插值计算后的数据进行编码组帧,然后发送出去。
[0015] 作为本发明的进一步改进,在所述步骤A中,定义配置内容的格式,配置内容通过 符合IEC6185〇_6标准的SCL配置文件来描述,并使用符合IEC61S50-7标准的方式建模,其配 置与建模方式包括:
[0016] 每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测量、计 量三相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电压分 别建模 TVTR1 〜TVTR3、TVTR4 〜TVTR6;
[0017] 每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口,控 制块名依次为MSVCB01〜MSVCB0S,每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样值 发送报文所包含的采样通道内容,数据集名称依次为PhsMeasl〜PhsMeas8;
[0018] 通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放置到 数据集下;
[0019] 通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置,只 能选取几种典型的速率,包括80、200、256、400、512点/周波。
[0020]作为本发明的进一步改进,在所述步骤D中,包括如下步骤:
[0021] D1.生成基准时钟,通过PLL电路的倍频产生标准的基准时钟信号,基准时钟频率 为100MHz;
[0022] D2.根据采样率分频,采样率配置范围为80、200、256、400、512点/周波,对应的时 钟频率依次为 4kHz、10kHz、12.8kHz、20kHz、25.6kHz;
[0023] D3.时钟补偿,对于不是整数倍分频的时钟频率,采用动态补偿方法进行修补。 [0024] 作为本发明的进一步改进,在所述步骤E中,包括如下步骤:
[0025] E1 •计算插值粗略位置,通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是消除采样固 有延迟的影响,包括电子式电流互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固有延迟; [0026] E2•提取缓存数据,根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应数据,无数 据时应取上一次采样数据代替,数据过多时应取采样跟踪间隔内最后一个采样值,提取出 的数据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟踪信号之间的时间差为A T;
[0027] E3.计算插值精确位置; '
[0028] E4•插值计算,根据提取的缓存数据,以及计算得到的插值精确位置,进行插值运 算,计算出当前时刻采样值。
[0029] 本发明还提供了一种使用所述智能电网模拟量采集装置进行的通道和采样率配 置系统,所述间隔合并单元包括:
[0030] 配置初始化模块:用于通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内容,以 及采样速率;
[0031] 采样数据读取与打时标模块:用于实时侦听间隔合并单元所连接的电子式电流互 感器采样信号、以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打 上数据接收时刻时标;
[0032] 数据缓存与队列管理模块:用于采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息,每 个信息包括采样值及其时标,缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定;
[0033] 采样跟踪模块:用于根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样率 的数据;
[0034]同步插值模块:用于使用采样跟踪信号获取当前发送报文时刻的采样值,保证不 同通道米样同步;
[0035] 编码组帧模块:用于按照IEC61850-9-2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集内 容,选取对应通道插值计算后的数据进行编码组帧,然后发送出去。
[0036]作为本发明的进一步改进,在所述配置初始化模块中,定义配置内容的格式,配置 内容通过符合IEC61850-6标准的SCL配置文件来描述,并使用符合IEC61850-7标准的方式 建模,其配置与建模方式包括:
[0037] 每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测量、计 量三相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电压分 别建模 TVTR1 〜TVTR3、TVTR4 〜TVTR6;
[0038] 每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口,控 制块名依次为MSVCB01〜MSVCB08,每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样值 发送报文所包含的采样通道内容,数据集名称依次为PhsMeasl〜PhsMeas8;
[0039] 通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放置到 数据集下;
[0040] 通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置,只 能选取几种典型的速率,包括80、200、256、400、512点/周波。
[0041] 作为本发明的进一步改进,在所述采样跟踪模块中,包括:
[0042] 生成基准时钟模块:用于通过PLL电路的倍频产生标准的基准时钟信号,基准时钟 频率为100MHz;
[0043] 采样率分频模块:采样率配置范围为80、200、256、400、512点/周波,对应的时钟频 率依次为 4kHz、10kHz、12.8kHz、20kHz、25.6kHz;
[0044] 时钟补偿模块:对于不是整数倍分频的时钟频率,采用动态补偿方法进行修补。 [0045]作为本发明的进一步改进,在所述同步插值模块中,包括:
[0046] 计算插值粗略位置模块:用于通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是、消P余 采样固有延迟的影响,包括电子式电流互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固 有延迟;
[0047] 提取缓存数据模块:用于根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应数据, 无数据时应取上一次采样数据代替,数据过多时应取采样跟踪间隔内最后一个采样值,提 取出的数据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟踪信号之间的时间差为A T.
[0048]精确计算模块:用于计算插值精确位置; ’
[0049]插值计算模块:用于根据提取的缓存数据,以及计算得到的插值精确位置,进行插 值运算,计算出当前时刻采样值。
[0050]本发明的有益效果是:在本发明中,通过将电子式互感器采集输出信号分为保护、 测量、计量几类,^时提高整体采样速率,将合并单元的采样值报文输出端口分为多个,每 个端口所包含的采样通道内容、整体采样速率可配置,保证了合并单元输出信号能够同时 满足保护、测控、计量、电能质量等多个应用场合对采样数据的要求,而且实现了资源的共 享,对于智能电网在各个领域的全面推广应用具备重要意义。
附图说明
[0051]图1是本发明的智能电网模拟量采集装置的原理框图。
[0052]图2是本发明的方法流程图。
[0053]图3是本发明的采样跟踪步骤的方法流程图。
[OOM]图4是本发明的同步插值步骤的方法流程图。
具体实施方式
[0055]如图1所示,本发明公开了一种智能电网模拟量采集装置,包括电子式互感器、合 并单元,所述电子式互感器包括电子式电流互感器、电子式电压互感器,所述合并单元包括 母线合并单元、间隔合并单元,所述母线合并单元输入端与所述电子式电压互感器相连,所 述母线合并单元输出端与所述间隔合并单元相连,所述母线合并单元用于接收所述电子式 电压互感器的输出信号,组合各段母线电压采样值,输出给所述间隔合并单元;所述间隔合 并单元与所述电子式电流互感器相连,所述间隔合并单元用于获取所述母线合并单元的电 压采样信号、以及所述电子式电流互感器输出的电流采样值,且所述间隔合并单元用于将 电压电流统一合并后输出给间隔层设备。
[0056]所述母线合并单元完成电压并列功能,所述间隔合并单元完成电压切换功能,所 述母线合并单元完成常规的电压合并与处理功能,所述母线合并单元将各路电压采集信号 进行同步处理后组帧转发给所述间隔合并单元;所述电子式电流互感器包括传感单元、采 集单元、保护模块、测量模块、计算模块,所述传感单元包括罗氏线圈、LPCT线圈,所述罗氏 线圈与所述保护模块相连,所述LPCT线圈分别与所述测量模块和所述计算模块相连。
[0057]电子式互感器的输出信号分为保护、测量、计量几种,合并单元能够组合不同电子 式互感器输出信号,并能够配置采样率,满足保护、测控、计量、电能质量等各个应用场合对 采样数据的要求。
[0058]电子式互感器包含传感单元与采集单元,完成将一次电压、电流信号转换为数字 量的功能,并将转换后的数字采样值通过光纤传输给合并单元。设计的目标是,将输出数字 量信号分为保护、测量、计量几种类型,保护类供保护应用场合使用,测量类供测控、电能质 量应用场合使用,计量类供计量应用场合使用。
[0059] 为了实现这个目标,首先选择合适的传感单元,对于电子式电流互感器,保护类使 用罗氏线圈,测量、计量类使用低功率小铁心线圈(LPCT线圈)。对于电子式电压互感器,保 护、测量、计量均使用电容分压式传感单元。罗氏线圈的动态范围宽、暂态性能好,用作保护 类使用;LPCT的测量精度高,用作测量、计量类使用;电容分压原理的电子式电压互感器,能 够同时满足保护、测量、计量要求。
[006°]同时,在后端的采集单元设计上,根据不同信号的要求分别进行处理。采集单元包 括积分处理、滤波放大、AD采样、编码输出几个环节,保护、测量、计量类型输出经过不同的 采集单元进行处理。保护类采集单元滤波回路截止频率为650Hz,保证13次以内谐波精度, 测量、计量类采集单元滤波回路截止频率为3 • 15kHz,保证63次以内谐波精度。选用16位AD 采样芯片AD7604,可同时并行采样4路模拟信号,满足高精度要求。选用低功耗芯片MSP430 控制AD采样,采样速率为25.6kHz,保证电能质量所需的最高采样率要求。采样完成后进行 串行编码,通过光纤将采样结果发送给合并单元。
[0061] 合并单元完成的功能是同时接收多路电子式互感器采集信号,进行同步处理后按 照IEC61850-9-2要求组帧,通过以太网将采样值报文发送给间隔层保护、测控、计量、电能 质量设备。为了保证合并单元能够同时提供采样值报文给不同设备,其包含8个采样值报文 输出端口,每个端口所发送的采集通道及采样速率可配置,根据保护、测控、计量、电能质量 应用对采集数据的要求,组合不同电子式互感器保护、测量、计量类型采样信号。
[0062]本发明的合并单元包括母线合并单元、间隔合并单元,间隔层设备包括保护装置、 测控装置、计量装置、电能质量装置。
[0063] 在间隔合并单元中,则需要完成通道可配置、采样率可配置功能,以满足后端不同 间隔层设备对通道类型、采样速率的要求。
[0064]为了完成上述可配置功能,首先需要定义配置内容的格式。配置内容通过符合 IEC61S50-6标准的SCL配置文件来描述,并使用符合IEC61850-7标准的方式建模,其配置与 建模方式是:
[0065] (1)每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测 量、计量三相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电 压分别建模TVTR1〜TVTR3、TVTR4〜TVTR6。对于保护通道,有些情况存在双重化要求,可按 照上述方式进行模型扩展。
[0066] (2)每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口, 控制块名依次为MSVCB01〜MSVCB0S。每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样 值发送报文所包含的采样通道内容,数据集名称依次为PhsMeasl〜PhsMeas8。
[0067] (3)通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放 置到数据集下,如输出端口 1用作保护,则需包含保护电流TCTR1〜TCTR3、保护电压TVTR1〜 TVTR3数据。
[0068] (4)通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置, 只能选取几种典型的速率,包括80、200、256、400、512点/周波几种。
[0069]如图2所示,本发明还公开了一种使用所述智能电网模拟量采集装置进行的通道 和采样率配置方法,从而实现通道可配置、采样率可配置功能所述间隔合并单元执行如下 步骤:
[0070]在步骤S1中,配置初始化,通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内 容,以及采样速率。在设计程序时,先按照XML语法解析配置文件的基本节点信息,再按照 SCL语法解析所需要的配置值。
[0071] 在步骤S2中,采样数据读取与打时标。实时侦听合并单元所连接各电子式电流互 感器采样信号,以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打 上数据接收时刻时标。
[0072] 在步骤S3中,数据缓存与队列管理,采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息, 每个信息包括采样值及其时标。缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定。例如512点/ 周波,每个采样间隔对应39.0625US,每lus对应角度为1.08分,则每个采样间隔对应角度范 围为42.1875分,选取缓存长度为16时角差补偿范围为675分(约为11度)。
[0073] 在步骤S4中,采样跟踪,根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样 率的数据,因为缓存中的数据均按照最高采样速率采样,而实际配置的采样率可能低于这 个采样值。本发明采用FPGA软件分频来实现。
[0074] 在步骤S5中,同步插值,同步插值的目标是使用采样跟踪信号获取当前发送报文 时刻的采样值,而且要保证不同通道采样是同步的。
[0075] 在步骤S6中,编码组帧,按照IEC61850-9-2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集 内容,选取对应通道插值计算后的数据进行编码组帧,通过以太网发送出去。
[0076] 本发明采用PPC+FPGA的硬件架构实现上述方法,PPC完成步骤S1的配置初始化功 能,上电后解析SCL配置文件,将配置值发送给FPGA/PGA完成其它功能,利用其高速并行处 理的特点,保证采样值总体传输延时<0.5ms。
[0077] 如图3所示,在所述步骤S4中包括如下步骤:
[0078] 在步骤S41中,生成基准时钟,通过内部PLL倍频产生标准的基准时钟信号,本发明 基准时钟频率为lOOMH^PLL电路采用精度为0.5ppm的温补晶振,保证时钟信号的稳定。 [0079] 在步骤S42中,根据采样率分频,采样率配置范围为80、200、256、400、512点/周波 几种,对应的时钟频率依次为4kHz、10kHz、12.8kHz、20kHz、25.6kHz。
[0080] 在步骤S43中,时钟补偿,12.8kHz、25.6kHz并不是整数倍分频,软件上采用动态补 偿方法进行修补。对于12 • 8kHz,准确的分频周期为78.125us,采用100MHz基准频率,最多只 能分频到78.12us,剩余的〇.〇〇5us需要交替补偿一个间隔78.13us的脉冲来填补。对于 25 • 6kHz,准确的分频周期为39.0625us,采用100MHz基准频率,最多只能分频到39 • 06us,剩 余的0.0025US需要每隔4个点补偿一个间隔39.07US的脉冲填补这个误差。
[00S1] 如图4所示,在所述步骤S5中包括如下步骤:
[0082]在步骤Sf51中,计算插值粗略位置。通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是 消除采样固有延迟的影响,包括电子式互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固 有延迟。设角差补偿值为C (单位“分”),在512点/周波采样率下,每个采样点对应角度范围 为42.1875分,那么所取缓存位置1^则为C/42.1875取整数。
[0083]在步骤S52中,提取缓存数据,根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应 数据。其中可能出现采样跟踪间隔内无数据(电子式互感器与合并单元分频信号不匹配时 出现)或数据过多(配置的合并单元采样率低于电子式互感器采样率时出现)的情形。为了 保证数据的连续性,无数据时应取上一次采样数据代替、避免出现空值,数据过多时应取采 样跟踪间隔内最后一个采样值。提取出的数据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟 踪信号之间的时间差为at。
[0084] 在步骤S53中,计算插值精确位置,综合步骤S51中计算L取整后的剩余部分(C-L* 42 • 1S75),以及步骤S52中得到的数据实际采样时间差A T,计算出精确的插值位置(△ T+C-L*42.1875)。
[0085] 在步骤S54中,插值计算,根据步骤S52中提取的缓存数据,以及步骤S53中计算得 到的精确插值位置,进行插值运算,计算出当前时刻采样值。
[0086] 本发明还公开了一种使用所述智能电网模拟量采集装置进行的通道和采样率配 置系统,所述间隔合并单元包括:
[0087] 配置值初始化模块:用于通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内容, 以及米样速率;
[0088]采样数据读取与打时标模块:用于实时侦听间隔合并单元所连接的电子式电流互 感器采样信号、以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打 上数据接收时刻时标;
[0089] 数据缓存与队列管理模块:用于采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息,每 个信息包括采样值及其时标,缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定;
[0090] 采样跟踪模块:用于根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样率 的数据;
[0091] 同步插值模块:用于使用采样跟踪信号获取当前发送报文时刻的采样值,保证不 同通道采样同步;
[0092] 编码组帧模块:用于按照IEC6l85〇_9_2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集内 容,选取对应通道插值计算后的数据进行编码组帧,然后发送出去。
[0093] 在所述配置值初始化模块中,定义配置内容的格式,配置内容通过符合IEC61850-6标准的SCL配置文件来描述,并使用符合IECei850-7标准的方式建模,其配置与建模方式 包括:
[0094] 每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测量、计 量三相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电压分 别建模 TVTR1 〜TVTR3、TVTR4 〜TVTR6;
[0095] 每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口,控 制块名依次为MSVCB01〜MSVCB0S,每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样值 发送报文所包含的米样通道内容,数据集名称依次为PhsMeasl〜PhsMeas8;
[0096] 通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放置到 数据集下;
[0097] 通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置,只 能选取几种典型的速率,包括80、200、256、400、512点/周波。
[0098] 在所述采样跟踪模块中,包括:
[0099] 生成基准时钟模块:用于通过PLL电路的倍频产生标准的基准时钟信号,基准时钟 频率为100MHz;
[0100] 采样率分频模块:采样率配置范围为8〇、2〇〇、256、400、512点/周波,对应的时钟频 率依次为 4kHz、10kHz、12 • 8kHz、2〇kHz、25 • 6kHz;
[0101]时钟补偿模块:对于不是整数倍分频的时钟频率,采用动态补偿方法进行修补。 [0102]在所述同步插值模块中,包括:
[0103] 计算插值粗略位置模块:用于通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是消除 采样固有延迟的影响,包括电子式电流互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固 有延迟;
[0104] 提取缓存数据模块:用于根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应数据, 无数据时应取上一次采样数据代替,数据过多时应取采样跟踪间隔内最后一个采样值,提 取出的数据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟踪信号之间的时间差为A T;
[0105]精确计算模块:用于计算插值精确位置;
[0106]插值计算模块:用于根据提取的缓存数据,以及计算得到的插值精确位置,进行插 值运算,计算出当前时刻采样值。
[0107] 在本发明中,通过将电子式互感器采集输出信号分为保护、测量、计量几类,同时 提高整体采样速率,将合并单元的采样值报文输出端口分为多个,每个端口所包含的采样 通道内容、整体采样速率可配置,保证了合并单元输出信号能够同时满足保护、测控、计量、 电能质量等多个应用场合对采样数据的要求,而且实现了资源的共享,对于智能电网在各 个领域的全面推广应用具备重要意义。
[0108] 本发明同样可用于传统电网的智能化改造,区别在于将电子式互感器的采集单 元、AD转换单元直接转移到合并单元中,就地完成对传统互感器模拟信号的采样,之后将采 样结果传递到合并单元后续处理环节中进行处理。
[0109] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定 本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说,在 不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的 保护范围。

Claims (8)

1. 一种使用智能电网模拟量采集装置进行的通道和采样率配置方法,所述智能电网模 拟量采集装置包括电子式互感器、合并单元,所述电子式互感器包括电子式电流互感器、电 子式电压互感器,所述合并单元包括母线合并单元、间隔合并单元,所述母线合并单元输入 端与所述电子式电压互感器相连,所述母线合并单元输出端与所述间隔合并单元相连,所 述母线合并单元用于接收所述电子式电压互感器的输出信号,组合各段母线电压采样值, 输出给所述间隔合并单元;所述间隔合并单元与所述电子式电流互感器相连,所述间隔合 并单元用于获取所述母线合并单元的电压采样信号、以及所述电子式电流互感器输出的电 流采样值,且所述间隔合并单元用于将电压电流统一合并后输出给间隔层设备,其特征在 于,所述间隔合并单元执行如下步骤: A. 配置初始化,通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内容,以及采样速 率; B. 采样数据读取与打时标,实时侦听间隔合并单元所连接的电子式电流互感器采样信 号、以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打上数据接收 时刻时标; C. 数据缓存与队列管理,采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息,每个信息包括 采样值及其时标,缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定; D. 采样跟踪,根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样率的数据; E. 同步插值,使用采样跟踪信号获取当前发送报文时刻的采样值,保证不同通道采样 同步; F. 编码组帧,按照IEC61850-9-2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集内容,选取对应 通道插值计算后的数据进行编码组帧,然后发送出去; 在所述步骤E中,包括如下步骤: E1.计算插值粗略位置,通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是消除采样固有延 迟的影响,包括电子式电流互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固有延迟; E2.提取缓存数据,根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应数据,无数据时 应取上一次采样数据代替,数据过多时应取采样跟踪间隔内最后一个采样值,提取出的数 据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟踪信号之间的时间差为AT; E3.计算插值精确位置; E4.插值计算,根据提取的缓存数据,以及计算得到的插值精确位置,进行插值运算,计 算出当前时刻采样值。
2. 根据权利要求1所述的通道和采样率配置方法,其特征在于,在所述步骤A中,定义配 置内容的格式,配置内容通过符合IEC61850-6标准的SCL配置文件来描述,并使用符合 IEC61850-7标准的方式建模,其配置与建模方式包括: 每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测量、计量三 相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电压分别建 模TVTR1〜TVTR3、TVTR4〜TVTR6; 每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口,控制块 名依次为MSVCB01〜MSVCB08,每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样值发送 报文所包含的采样通道内容,数据集名称依次为PhsMeas 1〜PhsMeasS; 通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放置到数据 集下; 通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置,只能选 取几种典型的速率,包括80、200、256、400和/或512点/周波。
3. 根据权利要求1所述的通道和采样率配置方法,其特征在于,在所述步骤D中,包括如 下步骤: D1.生成基准时钟,通过PLL电路的倍频产生标准的基准时钟信号,基准时钟频率为 100MHz; D2.根据采样率分频,采样率配置范围为80、200、256、400和/或512点/周波,对应的时 钟频率依次为 4kHz、10kHz、12 • 8kHz、20kHz 和/或 25 • 6kHz; D3.时钟补偿,对于不是整数倍分频的时钟频率,采用动态补偿方法进行修补。
4. 根据权利要求1所述的通道和采样率配置方法,其特征在于,在智能电网模拟量采集 装置中,所述母线合并单元完成电压并列功能,所述间隔合并单元完成电压切换功能,所述 母线合并单元完成常规的电压合并与处理功能,所述母线合并单元将各路电压采集信号进 行同步处理后组帧转发给所述间隔合并单元;所述电子式电流互感器包括传感单元、采集 单元、保护模块、测量模块、计算模块,所述传感单元包括罗氏线圈、LPCT线圈,所述罗氏线 圈与所述保护模块相连,所述LPCT线圈分别与所述测量模块和所述计算模块相连。
5. —种使用智能电网模拟量采集装置进行的通道和采样率配置系统,所述智能电网模 拟量采集装置包括电子式互感器、合并单元,所述电子式互感器包括电子式电流互感器、电 子式电压互感器,所述合并单元包括母线合并单元、间隔合并单元,所述母线合并单元输入 端与所述电子式电压互感器相连,所述母线合并单元输出端与所述间隔合并单元相连,所 述母线合并单元用于接收所述电子式电压互感器的输出信号,组合各段母线电压采样值, 输出给所述间隔合并单元;所述间隔合并单元与所述电子式电流互感器相连,所述间隔合 并单元用于获取所述母线合并单元的电压采样信号、以及所述电子式电流互感器输出的电 流采样值,且所述间隔合并单元用于将电压电流统一合并后输出给间隔层设备,其特征在 于,所述间隔合并单元包括: 配置初始化模块:用于通过解析SCL配置文件,获取每个MSVCB对应的通道内容,以及采 样速率; 采样数据读取与打时标模块:用于实时侦听间隔合并单元所连接的电子式电流互感器 采样信号、以及所级联的母线合并单元发过来的电压采样信号,记录采样数据值并打上数 据接收时刻时标; 数据缓存与队列管理模块:用于采用循环缓存方式按顺序记录每个采样信息,每个信 息包括采样值及其时标,缓存区长度根据采样率与角差补偿范围确定; 采样跟踪模块:用于根据实际采样率对缓存队列进行跟踪、以获取所需要采样率的数 据; 同步插值模块:用于使用采样跟踪信号获取当前发送报文时刻的采样值,保证不同通 道采样同步; 编码组帧模块:用于按照IEC61850-9-2协议格式要求,根据MSVCB对应数据集内容,选 取对应通道插值计算后的数据进行编码组帧,然后发送出去; 在所述同步插值模块中,包括: 计算插值粗略位置模块:用于通过角差补偿值进行计算,角差补偿的目的是消除采样 固有延迟的影响,包括电子式电流互感器固有延迟、以及经母线合并单元处理后的固有延 迟; 提取缓存数据模块:用于根据计算的插值粗略位置,从循环缓存中提取对应数据,无数 据时应取上一次采样数据代替,数据过多时应取采样跟踪间隔内最后一个采样值,提取出 的数据同时包括数值与时标,设数据时标与采样跟踪信号之间的时间差为A T; 精确计算模块:用于计算插值精确位置; 插值计算模块:用于根据提取的缓存数据,以及计算得到的插值精确位置,进行插值运 算,计算出当前时刻采样值。
6.根据权利要求5所述的通道和采样率配置系统,其特征在于,在所述配置初始化模块 中,定义配置内容的格式,配置内容通过符合IEC61850-6标准的SCL配置文件来描述,并使 用符合IEC61850-7标准的方式建模,其配置与建模方式包括: 每一个输入的电子式互感器采样信号通过单独的逻辑节点来建模,保护、测量、计量三 相电流分别建模TCTR1〜TCTR3、TCTR4〜TCTR6、TCTR7〜TCTR9,保护、测量三相电压分别建 模TVTR1〜TVTR3、TVTR4〜TVTR6; 每一个多播采样值控制块(MSVCB)对应合并单元的一个采样值报文输出端口,控制块 名依次为MSVCB01〜MSVCB08,每个控制块引用一个数据集,数据集包含了对应采样值发送 报文所包含的采样通道内容,数据集名称依次为PhsMeas 1〜PhsMeas8; 通过配置数据集内容来实现通道可配置,配置方法是将对应逻辑节点数据放置到数据 集下; 通过配置MSVCB属性smpRate来更改对应端口的采样率,采样率不能连续配置,只能选 取几种典型的速率,包括80、200、256、400、512点/周波。
7. 根据权利要求5所述的通道和采样率配置系统,其特征在于,在所述采样跟踪模块 中,包括: 生成基准时钟模块:用于通过PLL电路的倍频产生标准的基准时钟信号,基准时钟频率 为100MHz; 采样率分频模块:采样率配置范围为80、200、256、400和/或512点/周波,对应的时钟频 率依次为 4kHz、10kHz、12 • 8kHz、20kHz 和/或 25 • 6kHz; 时钟补偿模块:对于不是整数倍分频的时钟频率,采用动态补偿方法进行修补。
8. 根据权利要求5所述的通道和采样率配置系统,其特征在于,智能电网模拟量采集装 置中,所述母线合并单元完成电压并列功能,所述间隔合并单元完成电压切换功能,所述母 线合并单元完成常规的电压合并与处理功能,所述母线合并单元将各路电压采集信号进行 同步处理后组帧转发给所述间隔合并单元;所述电子式电流互感器包括传感单元、采集单 元、保护模块、测量模块、计算模块,所述传感单元包括罗氏线圈、LPCT线圈,所述罗氏线圈 与所述保护模块相连,所述LPCT线圈分别与所述测量模块和所述计算模块相连。
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