CN105938159A - 一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法和系统该方法包括：将四块交流输入卡插入卡槽中，使每个交流输入卡输入一个回路的三相电压和四个回路的三相电流，以获取六十个交流取样信号；将获取的六十个交流取样信号和两路直流信号输送到采样单元，其中，所述采样单元包括8个差分四通道数字控制模拟开关，其中2个进行电压信号通道切换控制，其余6个进行电流信号通道切换；将采样单元采集的电流信号经过矩阵切换后通过八通道数模转换器模块输出。本发明能够对电流和电压进行同步采样。

Description

一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法和系统
技术领域
本发明涉及电信号遥测技术领域，具体涉及一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法和系统。
背景技术
目前，市面上的配电自动化终端一般都需要配置多段母线和多条线路的遥测功能，也就是需要采集多回路的电压和多回路的电流信号，需要测量的交流量最多可能达到数十个，甚至上百个。同时依据电力参数计算原理，电压和电流信号需要同步采样，才能通过计算得到相应功率。如果用多片模数（AD）转换器进行同步采样的方案，虽然这样不存在电压信号和电流信号不同步的问题，但是多片AD转换器的价格昂贵，导致生产成本会大大增加，而且每片AD转换器都带数据总线，印制板布线也有一定的困难，会对整机的设计带来更高的难度。如果用多路模拟开关切换的方式，少数几片AD转换器就能测量多个交流量，比如用16个四选一的模拟开关，加两片8通道的AD转换器，就可以实现最多能测量64个交流量。但是，这种方式却存在一个电压信号通道与电流信号通道是不是进行同步采样的问题，如果不同步采样，电压与电流之间存在一个误角差，计算出来的功率和电能就会产生误差，甚至导致错误。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法和系统。
为实现上述目的，本发明提供一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法，其特征在于，该方法包括：将四块交流输入卡插入卡槽中，使每个交流输入卡输入一个回路的三相电压和四个回路的三相电流，以获取六十个交流取样信号；将获取的六十个交流取样信号和两路直流信号输送到采样单元，其中，所述采样单元包括8个差分四通道数字控制模拟开关，其中2个进行电压信号通道切换控制，其余6个进行电流信号通道切换；将采样单元采集的电流信号经过矩阵切换后通过八通道数模转换器模块输出。
优选地，每个所述交流输入卡包括输入端子、3个电压互感器和12个电流互感器以及采样单元连接口，所述输入端子与卡槽相连，所述采样单元连接口与采样单元信号入口相连。
优选地，每个所述差分四通道数字控制模拟开关包括两个控制线。
优选地，所述八通道数模转换器模块为2个。
本发明还提供一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的系统，所述系统包括四块交流输入卡、采样单元和八通道数模转换器，每个所述交流输入卡能够输入一个回路的三相电压和四个回路的三相电流，以获取六十个交流取样信号，所述采样单元包括8个差分四通道数字控制模拟开关，其中2个进行电压信号通道切换控制，其余6个进行电流信号通道切换，所述交流输入卡与所述采样单元信号入口相连，所述采样单元的电流信号出口与所述八通道数模转换器相连。
优选地，每个所述交流输入卡包括输入端子、3个电压互感器和12个电流互感器以及采样单元连接口，所述输入端子与卡槽相连，所述采样单元连接口与所述采样单元信号入口相连。
优选地，每个所述差分四通道数字控制模拟开关包括两个控制线。
优选地，所述八通道数模转换器模块为2个。
本发明具有如下优点：
本发明能够对电流和电压进行同步采样。
附图说明
图1为本发明的交流输入卡的一种具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明的采样单元的一种具体实施方式的结构示意图，也包括采用本发明系统的方法的一种具体实施方式的流程示意图。
其中，1、输入端子，2、电压互感器（ＰＴ），3、电流互感器（ＣＴ），4、采样单元连接口，5、差分四通道数字控制模拟开关（CD4052），6、八通道数模转换器（ADC）模块。
具体实施方式
以下具体实施方式用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
交流采样的输入回路的前级就是4块AC输入卡，图1所示为AC输入卡的示意图。每块AC输入卡的外形构造其实都是一模一样的，不同的是它们分别插在不同的卡槽，这就决定了他们分别代表不同的输入回路。每块AC卡可输入一个回路的三相电压，四个回路的三相电流。交流采样的信号取自一次互感器的二次回路，电压信号的额定值400V，电流信号的额定值为5A，（可过流10倍）这里我们将电压通过电压互感器变为3.53V的交流电压，将电流通过电流互感器变为2mA小电流，再用取样电阻取得0.3V交流电压（过流10倍为3V交流电压）。所以，每块AC输入卡装有3个PT，和12个CT。取得15个交流取样信号，通过卡槽连接到母板，再通过母板连接到采样单元的多路开关切换电路。4块AC输入卡，一共取得60个交流取样信号（UA1-UA4、UB1-UB4，UC1-UC4，IA1-IA16，IB1-IB16，IC1-IC16）连接到采样单元的多路开关切换电路。另外，还有两路直流信号从电源板输入，连接到采样单元，与60路交流信号一起进行切换测量。
图2中，CD4052_1和CD4052_2由V_CH1和V_CH2两个控制线进行电压信号通道切换控制，而CD4052_3到CD4052_8由A_CH1和A_CH2两个控制线进行电流信号通道切换控制，也就是电压信号和电流信号各有相互独立控制线。目的就是为了实现每个电压信号与每个电流信号之间都可以自由组合切换到同步采样的状态。在实现中针对电力测量的特点以及实际需求进行了电路设计优化，将电压和电流信号的A、B、C三相统一控制切换，因此，所有电压信号使用同一组控制线控制，所有电流信号使用另同一组控制线来控制。
CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若V DD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端=“1”时，所有通道截止。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。
所谓矩阵切换，就是以电流通道为基准，电压通道为辅助匹配，通过对电压通道用不用的轮询顺序进行控制，来实现不同的与电流通道同步的采样需求。从理论来讲，把电流信号切换作为矩阵切换的X方向控制，也就通过对A_CH1和A_CH2控制，以实现依次轮流对不同的电流回路的切换和信号采样；把电压信号切换作为矩阵切换的Y方向控制，通过控制V_CH1和V_CH2，将电压通道依次切到每个回路的信号上，以实现与相应的电流通道同步，进行分别采样和波形点数据存储。这种切换控制方式是通过软件和硬件结合来实现的。
下面将详细介绍矩阵切换在实际装置中的控制实现方式。
电流控制线A_CH1和A_CH2可以定义成4种控制方式：“A00”、“A01”、“A10”、“A11”；同理电压控制线V_CH1和V_CH2也可以定义成4种控制方式：“V00”、“V01”、“V10”、“V11”。
从表一中可以看出，首先把电流回路的多路开关切到第一个通道，软件中将A_CH1和A_CH2置为00。同时把电压回路的多路开关切到第一通道，软件中将V_CH1和V_CH2也置为00。这时，电流第1回路、第5回路、第9回路、第13回路被选通，电压的第一回路被选通，这样，第1回路、第5回路、第9回路、第13回路的电流信号就可以与第1回路的电压信号进行同步采样。然后电流通道不变，将电压通道切换到第二通道，软件中将V_CH1和V_CH2也置为01，电压的第二回路被选通，这样，第1回路、第5回路、第9回路、第13回路的电流信号就可以与第2回路的电压信号进行同步采样。如表一所示，依次类推，任意一电流通道就都可以任意一路电压回路进行同步采样了。
在具体实现中，以4个交流采样周期作为一个同步采样窗口，在同步采样窗口内，可以根据切换逻辑矩阵表定义的顺序，每一电压回路与每一电流回路信号实现同步。以这样的同步周期，持续进行同步采样，就可以得到循环的同步数据，进行有功功率、无功功率的计算。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
表１：采样通道切换次序及切换逻辑矩阵表

Claims (8)

1.一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的方法，其特征在于，该方法包括：
将四块交流输入卡插入卡槽中，使每个交流输入卡输入一个回路的三相电压和四个回路的三相电流，以获取六十个交流取样信号；
将获取的六十个交流取样信号和两路直流信号输送到采样单元，其中，所述采样单元包括8个差分四通道数字控制模拟开关，其中2个进行电压信号通道切换控制，其余6个进行电流信号通道切换；
将采样单元采集的电流信号经过矩阵切换后通过八通道数模转换器模块输出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述交流输入卡包括输入端子、3个电压互感器和12个电流互感器以及采样单元连接口，所述输入端子与卡槽相连，所述采样单元连接口与采样单元信号入口相连。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述差分四通道数字控制模拟开关包括两个控制线。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述八通道数模转换器模块为2个。
5.一种实现多回路电压和多回路电流同步采样的系统，其特征在于，所述系统包括四块交流输入卡、采样单元和八通道数模转换器，每个所述交流输入卡能够输入一个回路的三相电压和四个回路的三相电流，以获取六十个交流取样信号，所述采样单元包括8个差分四通道数字控制模拟开关，其中2个进行电压信号通道切换控制，其余6个进行电流信号通道切换，所述交流输入卡与所述采样单元信号入口相连，所述采样单元的电流信号出口与所述八通道数模转换器相连。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个所述交流输入卡包括输入端子、3个电压互感器和12个电流互感器以及采样单元连接口，所述输入端子与卡槽相连，所述采样单元连接口与所述采样单元信号入口相连。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个所述差分四通道数字控制模拟开关包括两个控制线。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述八通道数模转换器模块为2个。
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