CN105680855A - 一种用于智能电网传感装置的自动频率控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于智能电网传感装置的自动频率控制方法。该方法包括：利用全球定位系统的秒脉冲信息，和本地晶体振荡器驱动的高频定时器对时，根据对时误差来调节具有压控特性的晶体振荡器，通过多次循环迭代控制，最终使得体振荡器的频率偏差收敛在预定范围内，从而实现自动频率控制。采用本发明的自动频率控制方法，不仅可以降低对晶振本身的要求，也能保证能动态调整跟踪晶振的频率，确保采样精确同步，方便对故障选线和定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于智能电网传感装置的自动频率控制方法。
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。
智能电网中配电环节的重点工程包括：配电网网架建设和改造、配电自动化试点和实用化、关联和整合相关的信息孤岛、分布电源的接入与控制和配用电系统的互动应用等。
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。这就对装置本身的晶振提出了很高的要求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可有效对配电网线各点电流精确同步采样，从而完成故障选线和定位的方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种用于智能电网传感装置的自动频率控制方法，所述智能电网传感装置包括晶体振荡器、高频计数器、数模转换器、误差计算单元和全球定位系统，所述全球定位系统、误差计算单元、数模转换器、晶体振荡器、高频计数器依次串联，所述高频计数器还与误差计算单元连接，它包括如下步骤：
(1)当全球定位系统的秒脉冲信号到达高频计数器时，误差计算单元读取高频计数器并将其清零重计，读到的计数值与晶体振荡器的理想频率相减得到当前频偏值；
(2)筛选门限以内的频偏值作为有效频偏，门限是晶体振荡器频率所能偏离的最大值；
(3)累加多段秒脉冲区间的有效频偏并平均，以平均频偏作为后续判断自动频率控制收敛的依据；
(4)平均频偏如果小于等于目标值，则判定自动频率控制收敛，此流程结束；如果大于目标值，则根据下式计算出控制电压并设置数模转换器，此流程重新开始，直到平均频偏小于等于目标值，
DAC2＝DAC1-△f/slope
上式中△f为平均频偏，slope为晶体振荡器标准频率附件的相邻两点频偏与该两点频率对应的数模转换器的控制电压—DAC的差值的比值，DAC1为上次的控制电压值，DAC2为根据本次频偏计算出的新的控制电压值；
5)上述自动频率控制流程1)至4)每隔一段时间执行一次。
作为上述方案的进一步优化，所述步骤1)中的秒脉冲信号是一个宽度为1毫秒，周期为1秒的高电平有效地脉冲信号。
进一步地，所述模数转换器为10位的数模转换器。
作为上述方案的进一步优化，上述方法利用全球定位系统的秒脉冲信息，和本地晶体振荡器驱动的高频计数器对时，根据对时误差来调节具有压控特性的晶体振荡器，通过多次循环迭代控制最终使得晶体振荡器的频率偏差收敛在预定范围内，从而实现自动频率控制。
本发明的有益效果主要表现为：
本发明利用全球定位系统的秒脉冲信息，和本地晶体振荡器驱动的高频定时器对时，根据对时误差来调节具有压控特性的晶体振荡器，通过多次循环迭代控制最终使得晶体振荡器的频率偏差收敛在预定范围内，从而实现自动频率控制，不仅可以降低对晶振本身的要求，也能保证能动态调整跟踪晶振的频率，确保采样精确同步，方便对故障选线和定位。
附图说明
图1是本发明一实施例中的智能电网传感装置的结构示意图。
图2是本发明一实施例的流程示意图。
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，为本实施例中的智能电网传感装置，其中101为晶体振荡器。晶体振荡器101给中央处理器提供高精度的工作时钟，该晶体振荡器101可以通过全球定位系统105输出的秒脉冲信号来进行自动频率校准(AFC)，从而进一步提高时钟精度，保证各安装地点的电流采样数据精度同步，以及故障分析数据的正确可靠。
102为高频计数器。该高频计数器102是基于晶体振荡器101的频率工作的计数器，时钟每次从低到高翻转一次，计数器就会自动加1。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。
103为数模转换器。该模数转换器103是一个10位的数模转换器，它会把误差计算单元104计算出来的晶振的频率偏差转换成一个连续的电压信号，去控制外部晶体振荡器102的控制引脚，从而实现对晶体振荡器101的频率的精确控制。
104为误差计算单元。该误差计算单元104以全球定位系统105的连续的两个秒脉冲信号的间隔(1秒钟)为计数基准，然后和高频计数器102的计数值进行对比，两者的误差会经过数模转换器103反馈给晶体振荡器101，调整之后的晶体振荡器101以新的频率工作，对应的高频计数器102也工作在新的频率，再与全球定位系统105的时间基准进行误差计算，依次类推，直到晶体振荡器101的频率收敛到所需要的精度范围。
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误差计算单元104作为时间基准。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。
如图2所示，本实施例的自动频率控制方法包括如下步骤：
(1)当全球定位系统105的秒脉冲信号到来时，误差计算单元104读取高频计数器102计数值并将其清零重计，读到的计数值与晶体振荡器101的理想频率竖直相减得到当前频偏FreqErr；
(2)为了防止程序处理延迟等因素引入不合理的频偏，筛选门限(Thd)以内的频偏值作为有效频偏，门限(Thd)是实验所得晶体振荡器频率所能偏离的最大值；
(3)为得到精确的频偏值，累加多段(N)秒脉冲区间的有效频偏并平均，以平均频偏FreqErrAver作为后续判断AFC收敛的依据；
(4)平均频偏FreqErrAver如果小于等于目标值，则判定AFC收敛，此流程结束；如果大于目标值，则根据下式计算出控制电压并设置数模转换器(DAC)，此流程重新开始，直到平均频偏FreqErrAver小于等于目标值：
DAC2＝DAC1-△f/slope
上式中△f为平均频偏，slope为晶体振荡器标准频率附近的相邻两点频偏与该两点频率对应的数模转换器的控制电压差值的比值，可通过实验测得。DAC1为上次的控制电压值，DAC2为根据本次频偏计算出的新的控制电压值。
(6)以上自动频率控制流程每隔一段时间(T秒)执行一次，以保证晶体振荡器101的频率始终保持在理想范围内。
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 (4)
1.一种用于智能电网传感装置的自动频率控制方法，所述智能电网传感装置包括晶体振荡器、高频计数器、数模转换器、误差计算单元和全球定位系统，所述全球定位系统、误差计算单元、数模转换器、晶体振荡器、高频计数器依次串联，所述高频计数器还与误差计算单元连接，其特征在于，它包括如下步骤：
1)当全球定位系统的秒脉冲信号到达高频计数器时，误差计算单元读取高频计数器并将其清零重计，读到的计数值与晶体振荡器的理想频率相减得到当前频偏值；
2)筛选门限以内的频偏值作为有效频偏，门限是晶体振荡器频率所能偏离的最大值；
3)累加多段秒脉冲区间的有效频偏并平均，以平均频偏作为后续判断自动频率控制收敛的依据；
4)平均频偏如果小于等于目标值，则判定自动频率控制收敛，此流程结束；如果大于目标值，则根据下式计算出控制电压并设置数模转换器，此流程重新开始，直到平均频偏小于等于目标值，
DAC2＝DAC1-Δf/slope上式中Δf为平均频偏，slope为晶体振荡器标准频率附近的相邻两点频偏与该两点频率对应的数模转换器的控制电压差值的比值，DAC1为上次的控制电压值，DAC2为根据本次频偏计算出的新的控制电压值；
5)上述自动频率控制流程1)至4)每隔一段时间执行一次。
2.根据权利要求1所述的用于智能电网传感装置的自动频率控制方法，其特征在于，所述步骤1)中的秒脉冲信号是一个宽度为1毫秒，周期为1秒的高电平有效地脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的用于智能电网传感装置的自动频率控制方法，其特征在于，所述模数转换器为10位的数模转换器。
4.根据权利要求1所述的用于智能电网传感装置的自动频率控制方法，其特征在于包括：
利用全球定位系统的秒脉冲信息，和本地晶体振荡器驱动的高频计数器对时，根据对时误差来调节具有压控特性的晶体振荡器，通过多次循环迭代控制最终使得晶体振荡器的频率偏差收敛在预定范围内，从而实现自动频率控制。
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