CN105676058B - 用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置及方法，该装置包括中央处理器、采样数据缓冲器、采样数据计数器、高精度模数转换器、全球定位系统和晶体振荡器，所述采样数据缓冲器与高精度模数转换器、晶体振荡器、中央处理器、采样数据计数器连接，所述采样数据计数器还与全球定位系统连接、中央处理器连接，所述中央处理器还与晶体振荡器连接。本发明利用全球定位系统(GPS)的秒脉冲信息，对本地高速采样数据进行周期性的定时调整，从而保证智能电网中各点安装的传感装置的采样数据精确同步，在此基础上可以采用全域判定算法完成智能电网的故障选线和定位。

Description

用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置及 方法

技术领域

本发明涉及一种用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置及其方法。

背景技术

国家电网公司已提出全面建设智能配电系统的三大目标：安全可靠、优质高效、灵活互动。为了满足用户对供电可靠性、电能质量及优质服务的要求，满足分布式电源、集中与分布式储能 的无扰接入，未来电网中传统的配电系统运行模式和管理方法亟待改善;智能配电网络是坚强智能电网的基石，坚强在特高压，智能在配电网。

35kV及以下配电网按中性点不接地方式运行，其主要优点是当系统发生单相瞬间接地故障时，可以自行熄灭电弧；发生单相永久接地时，负荷可以不必立即停电，因此国内35kV及以下配电网大部分都采用这种接地方式。

但它的缺点是发生单相永久接地故障时，很难确认是哪一条线路故障。因故障会引起非接地相 电压的升高，而且间歇性弧光接地可能引起电弧过电压，对系统绝缘有威胁，较长时间运行可能会引起接地绝缘击穿发生相间故障。因此需尽快确定故障线路，排除故障。

传统的故障选线和定位采用单端电气量的方法，原理过于简单，同时也不适合双端电源供电线路。

智能电网传感装置主要应用于35kV及以下配电系统，完成数据采集和基于全域信息的故障分析和定位功能。而各个智能电网传感装置的数据采集要做到精确同步，才能采用全域分析的方法来完成故障选线和定位。目前市场上还未出现可以使得各个智能电网传感装置的数据采集精确同步的装置和方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，以保证智能电网中各点安装的传感装置的采样数据精确同步，从而方便采用全域分析的方法来完成故障选线和定位。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，它包括：

中央处理器，用于通过控制高精度模数转换器实现对电力线电流的实时采样，然后缓存在采样数据缓冲器中，且根据采样数据计数器采样数据个数计算出连续两个秒脉冲信号时间间隔内的采样误差；

采样数据缓冲器，用于保存来自高精度模数转换器的采样数据；

采样数据计数器，用于统计全球定位系统的连续两个秒脉冲信号的间隔内的采样数据个数；

高精度模数转换器，用于将中央处理器计算出来的采样误差转换成一个起始位置标志，从而控制采样数据缓冲器的数据读取指针，实现高精度采样数据的精确同步；

全球定位系统，用于输出一秒脉冲信号，该秒脉冲信号输入到采样数据计数器作为采样计数基准；以及

晶体振荡器，用于给采样数据计数器、高精度模数转换器、采样数据缓冲器和中央处理器提供高精度的工作时钟。

作为上述方案的进一步优化，所述采样数据缓冲器与高精度模数转换器、晶体振荡器、中央处理器、采样数据计数器连接，所述采样数据计数器还与全球定位系统连接、中央处理器连接，所述中央处理器还与晶体振荡器连接。

进一步地，所述连续两个秒脉冲信号时间间隔为1S。

进一步地，所述中央处理器采用32位低功耗处理器。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步方法，其包括如下步骤：

（1）对上述的装置通电后，中央处理器等待全球定位系统的秒脉冲信号到来；

（2）中央处理器收到全球定位系统的秒脉冲信号后，读取采样计数器数值，并将采样计数器清零重计；

（3）用读取的采样计数器数值减去理论采样数，即得到当前1秒的采样误差；

（4）根据当前的采样误差，调整采样数据缓冲器的数据读取起始位置，使得之后的采样数据计数器的采样与全球定位器秒脉冲信号同步；

（5）中央处理器等待下一个全球定位系统的秒脉冲信号，然后重复步骤2）至4）。

作为上述方案的进一步优化，所述步骤4）中采样数据缓冲器中的采样数据以N个为一组存放在中央处理器中，所述N等于采样速率的数值除以50。

本发明的有益效果主要表现为：

本发明利用全球定位系统(GPS)的秒脉冲信息，对本地高速采样数据进行周期性的定时调整，从而保证智能电网中各点安装的传感装置的采样数据精确同步，在此基础上可以采用全域判定算法完成智能电网的故障选线和定位。其主要解决了配电网线路各点电流的采样精确同步问题。还解决了小电流接地系统发生单相接地故障时自动选线问题，也能实现快速定位；同时针对两相短路和三相短路及其他类型的故障同样有效。

附图说明

图1是本发明一实施例的高精度测量数据采样同步装置结构示意图。

图2是本发明一实施例的高精度测量数据采样同步方法的流程图。

图3是本发明一实施例的高精度测量数据采样同步实现方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作更为具体的描述。

如图1所示，本实施例的高精度测量数据采样同步装置的结构示意图中，100为晶体振荡器。晶体振荡器100给采样数据计数器101、高精度模数转换器102、采样数据缓冲器103和中央处理器104提供高精度的工作时钟。

101为采样数据计数器。该采样数据计数器统计全球定位系统105的连续两个秒脉冲信号的间隔内(1秒钟)的采样数据个数，中央处理器104根据该采样数据个数计算出这段时间间隔内的采样误差。而当每次全球定位系统105的秒脉冲信号到来的时候，该计数器就会自动清零。

102为高精度模数转换器(ADC)。该模数转换器是一个10位的数模转换器，工作在晶体振荡器100提供的时钟频率上，采样数据计数器得到的数据会存放在采样数据缓冲器103里面，它会把中央处理器104计算出来的采样误差转换成一个起始位置标志，去控制采样数据缓冲器103的数据读取指针，从而实现高精度采样数据的精确同步。

103为采样数据缓冲器。该数据缓冲器是个大容量的数据存储器，接受晶体振荡器100的时钟输出作为工作时钟。该数据缓冲器103保存来自高精度模数转换器(ADC)102的采样数据，其数据读指针受中央处理器104控制，根据采样同步误差来动态调整。

104为中央处理器(CPU)。该处理器采用32位低功耗处理器，接受晶体振荡器100的时钟输出作为工作时钟，其通过控制高精度模数转换器102实现对电力线电流的实时采样，然后缓存在采样数据缓冲器103中。中央处理器完成采样误差功能计算，该功能计算以理论采样速率单位时间内的采样数和采样数据计数器101的统计数值进行对比，两者的误差会用于调整采样数据缓冲器103的数据读取的起始位置，从而达到采样数据精确同步的功能。

105为全球定位系统(GPS)。全球定位系统105上电之后就会输出一个精确的秒脉冲信号，该秒脉冲信号会输入到采样数据计数器101作为采样计数基准。 该秒脉冲是一个宽度约为1毫秒周期为1秒的高电平有效地脉冲信号。

图2为本实施例的高精度测量数据采样同步方法的流程图，其具体步骤如下：

（1）当GPS秒脉冲信号到来时，CPU读取采样数据计数器101，得到当前两个秒脉冲信号之间的采样数据个数，同时将计数器清零并重新开始计数；

（2）用CPU读到的采样数据个数减去理论采样速率单位时间采样数，即可得到当前的采样误差；

（3）用当前采样误差调整采样数据缓冲器103的数据读取的起始位置，如图3所示，采样数据缓冲器103中的采样数据以N（N等于采样速率除以50，50是电力线电流频率）个为一组存放，每组采样数据的起始位置根据采样误差实时动态调整，以保证跟GPS秒脉冲始终保持同步。

（4）等待下一个GPS秒脉冲信号；该同步调整流程在每个GPS秒脉冲信号周期中执行一次，从而保证采样同步的实时性和精确性。

图3为本发明的高精度测量数据采样同步实现方法示意图。每组采样数据为N个，起始位置根据采样误差实时调整，以使采样数据跟GPS秒脉冲信号对齐，从而实现高精度采样同步。

以上只是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明技术原理的前提下做的改进和变形，也视作本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，其特征在于，它包括：

中央处理器，用于通过控制模数转换器实现对电力线电流的实时采样，然后缓存在采样数据缓冲器中，且根据采样数据计数器采样数据个数计算出连续两个秒脉冲信号时间间隔内的采样误差；

采样数据缓冲器，用于保存来自模数转换器的采样数据；

采样数据计数器，用于统计全球定位系统的连续两个秒脉冲信号的间隔内的采样数据个数；

模数转换器，用于将中央处理器计算出来的采样误差转换成一个起始位置标志，从而控制采样数据缓冲器的数据读取指针，实现采样数据的精确同步；

全球定位系统，用于输出一秒脉冲信号，该秒脉冲信号输入到采样数据计数器作为采样计数基准；以及

晶体振荡器，用于给采样数据计数器、模数转换器、采样数据缓冲器和中央处理器提供工作时钟。

2.根据权利要求1所述的用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，其特征在于，

所述采样数据缓冲器与模数转换器、晶体振荡器、中央处理器、采样数据计数器连接，所述采样数据计数器还与全球定位系统连接、中央处理器连接，所述中央处理器还与晶体振荡器连接。

3.根据权利要求1或2所述的用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，其特征在于，所述连续两个秒脉冲信号时间间隔为1S。

4.根据权利要求1或2所述的用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步装置，其特征在于，所述中央处理器采用32位处理器。

5.用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)对权利要求1或2所述的装置通电后，中央处理器等待全球定位系统的秒脉冲信号到来；

2)中央处理器收到全球定位系统的秒脉冲信号后，读取采样数据计数器数值，并将采样数据计数器清零重计；

3)用读取的采样数据计数器数值减去理论采样数，即得到当前1秒的采样误差；

4)根据当前的采样误差，调整采样数据缓冲器的数据读取起始位置，使得之后的采样数据计数器的采样与全球定位系统秒脉冲信号同步；

5)中央处理器等待下一个全球定位系统的秒脉冲信号，然后重复步骤2)至4)。

6.根据权利要求5所述的用于智能电网传感装置的高精度测量数据采样同步方法，其特征在于，所述步骤4)中采样数据缓冲器中的采样数据以N个为一组存放，所述N等于采样速率的数值除以50。