CN104298153A - 一种用于智能变电站的信号采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于智能变电站的信号采集方法，其特征在于，在设定的时间周期NT内，以设定的采集周期NT/M采集信号，比较采集到的所有信号M个，若所述信号中未出现突变信号，则上送对应的信号值；若信号中出现突变信号，则不予上送。

Description

一种用于智能变电站的信号采集方法
技术领域
本发明涉及一种用于智能变电站的信号采集方法，属于电力系统自动化技术领域。
背景技术
随着智能变电站的发展，在变电站中的环境极其复杂，包括拉合刀闸、继电器动作、对讲机通话等均能产生电磁干扰，对变位的电平产生尖峰或者毛刺，影响产品内部信号的采集的准确性，可能导致产品信号的误报，而且，传统的信号采集方法是采集并传输所有的信号，并没有对采集的信号进行筛选，严重影响信号采集的可靠性。复杂的变电站环境对合并单元的抗干扰能力和数据的可靠性提出了更高的要求。
在合并单元的通常的检修状态、刀闸位置等信号采集过程中，软件就将实时捕获的信号状态进行上送，该信号没有经过算法处理，可能直接导致告警信号的误报，甚至导致装置内部误动作，对变电站的可靠性影响极大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于智能变电站的信号采集方法，用以解决传统信号采集方法没有经过筛选，信号传输次数繁多并且可能导致告警信号的误报，甚至导致装置内部误动作的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：一种用于智能变电站的信号采集方法，在设定的时间周期NT内，以设定的采集周期NT/M采集信号，比较采集到的所有信号M个，若信号中未出现突变信号，则上送对应的信号值；若信号中出现突变信号，则不予上送。
设置与采集到的所有信号对应个数M个的寄存器，用于分别存储所有采集周期的信号的标志位；信号为数字电平信号；将所有寄存器值进行逻辑运算，以确定信号是否发生突变。
逻辑运算为逻辑与运算。
上述信号采集方法用于FPGA信号采集系统，FPGA信号采集系统包括用于将开关量信号转换为电平信号的阻容匹配模块、用于将电平信号转换为TTL电平信号的光电耦合器、FPGA芯片；阻容匹配模块、光电耦合器、FPGA芯片依次连接。
从一个时间周期来看，本发明提供的信号采集方法实现了对信号的中间处理，降低了信号误报和装置误动作的概率；从长期采集来看，合理设置时间周期NT，必然能够采集到设备处于稳定状态的状态量。另外，在信号上送时，剔除突变的信号，将没有突变的信号值上送，即，不但不必将所有的信号上送，而且只是将没有突变的信号值上送，极大地降低了变位信号的上传次数，保证了信号采集和上传的可靠性，适用于信号比较繁多的智能变电站中智能设备的状态采集。
附图说明
图1是本发明实施方式硬件结构采用直连方式连接示意图；
图2是本发明实施方式硬件结构采用总线方式连接示意图；
图3是FPGA芯片结构示意图；
图4为逻辑判断示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供一种用于智能变电站的信号采集方法，基本方案是：在设定的时间周期内，以设定的采集周期采集信号，比较采集到的所有信号，若信号中未出现突变信号，则上送对应的信号值；若信号中出现突变信号，则不予上送。
具体的，下面提供一种基体实施方式，以本发明应用于基于FPGA信号采集系统为例。
首先介绍基于的硬件部分。
FPGA信号采集系统包括用于将开关量信号转换为电平信号的阻容匹配模块、用于将电平信号转换为TTL电平信号的光电耦合器、FPGA芯片；阻容匹配模块、光电耦合器、FPGA芯片依次连接。
采用阻容匹配模块实现将开关量DC220V/DC110V转换成合适的电平信号，利用光电耦合器将上述电平信号转换成TTL电平信号，然后以直连方式连接到FPGA芯片(如图1所示)，或者以总线的方式连接到FPGA芯片(如图2所示)。然后在板卡晶振的驱动下，FPGA芯片以差分或者单端的硬件模式连到CPU。
本发明选用赛灵思(xilinx)的FPGA芯片，利用芯片的丰富的I/O资源、数据处理的实时性和稳定性，进行FPGA的硬件布线实现开关量信号的高可靠性采集并上送。
信号采集方法主要在FPGA芯片上完成，开关量的采集、处理、发送等工作也都是由FPGA芯片来完成的。
如图3所示，FPGA芯片包括采集处理模块、时间间隔控制模块、时钟分频模块、串口发送模块、CRC校验模块。时钟分频模块、时间间隔控制模块、采集处理模块、串口发送模块依次连接，采集处理模块控制连接CRC校验模块。
采集处理模块是FPGA芯片的核心，实现开关量信号高可靠性采集，并控制采集的开关量信号进行CRC校验，及其控制启动串口发送模块；时钟分频模块主要产生报文发送的时间间隔；时间间隔控制模块主要是产生采集的使能信号；CRC校验模块主要是对采集的开关量信号实时进行CRC校验；串口发送模块是按采集处理模块的控制信号来完成报文的发送。
采集合并单元的开关量信号，将开关量转换成电平信号，在FPGA芯片内进行可靠性逻辑算法处理。FPGA芯片内的板卡晶振为FPGA信号采集系统的晶振振荡器，用于产生原始的时钟频率，产生时钟频率不小于16M，晶振的频率越高，采集的可靠性越高。数字时钟管理模块对板卡晶振的原始时钟周期进行处理，产生符合使用要求的时钟频率。选择的N个时钟周期、报文发送的时间间隔都是经数字时钟管理模块处理原始时钟周期后生成的时钟信号。
具体的，信号采集方法包括以下步骤：
1)根据报文发送的时间间隔和可靠性高低选择N个时钟周期进行采集，N是小于采集使能时间对应的时钟个数。假设一个时钟周期为T，则一个时间周期为NT，一个采集周期为NT/M。
2)根据采集使能信号，针对N个时钟周期进行M次采集，其中M越大，计算的结果越可靠。
3)初始化M-1个寄存器，默认值均为0，采集到开关量正常变位置为1。
4)对TTL电平进行M-1次采集时，将M-1次采集的信号的标志位以移位的方式存储到寄存器。
5)在进行第M次采集时，将M-1个寄存器中更新的数据进行逻辑与运算，如图4所示，得到的结果1就是开关量的正确变位；得到结果0就是开关量未变位或者是有干扰的变位，直接剔除即可。
开关量信号经过处理后，将正确变位的开关量信号值以串口报文的方式上送给CPU，串口报文包括同步方式和异步方式，上送给CPU的硬件模式分为单端模式和差分模式，差分模式的抗干扰能力更强。
串口传输采用UART协议，通信格式包括1个起始位，8个数据位，1奇效验位，1个停止位。串口发送数据位时，先发送高字节，再发送低字节；在单字节发送中，先发送单字节的低位，再发送字节的高位。
本发明只是将开关量信号值上送至CPU，不必将所有正确变位的开关量信号都上送，降低了变位信号的上传次数，增加了信号采集和上送的可靠性。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于智能变电站的信号采集方法，其特征在于，在设定的时间周期(NT)内，以设定的采集周期(NT/M)采集信号，比较采集到的所有信号(M个)，若所述信号中未出现突变信号，则上送对应的信号值；若信号中出现突变信号，则不予上送。
2.根据权利要求1所述的用于智能变电站的信号采集方法，其特征在于，设置与采集到的所有信号对应个数(M个)的寄存器，用于分别存储所述所有采集周期的信号的标志位；所述信号为数字电平信号；将所有寄存器值进行逻辑运算，以确定信号是否发生突变。
3.根据权利要求2所述的用于智能变电站的信号采集方法，其特征在于，所述逻辑运算为逻辑与运算。
4.根据权利要求1或2或3所述的用于智能变电站的信号采集方法，其特征在于，所述信号采集方法用于FPGA信号采集系统，所述FPGA信号采集系统包括用于将开关量信号转换为电平信号的阻容匹配模块、用于将电平信号转换为TTL电平信号的光电耦合器、FPGA芯片；阻容匹配模块、光电耦合器、FPGA芯片依次连接。
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