CN106353550B - 一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，现场可编程门阵列包括依次连接的模数转换控制模块、数据处理模块和同步串行编码模块以及通讯模块，所述方法包括以下步骤：模数转换控制模块通过模数转换器，将采集的模拟量信号转换为数字信号并将转换后的信号数据中的采样值存入数据处理模块；上位机依据数据处理参数生成插值补偿参数；通讯模块接收上位机生成的插值补偿参数；依据插值公式对信号数据进行处理，得到数据处理结果；数据处理结果通过同步串行编码模块编码输出，编码协议可配置。本处理方法通过幅值相位补偿实现电子式互感器不同通道数据准确且相位一致，减轻了后端数据处理压力。

Description

一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法。

背景技术

传统电磁式互感器由于其原理固有特点，CT饱和、铁磁谐振问题无法根本性解决。随着国家加快推进智能电网、智能变电站等先进技术，电子式互感器得到了快速的推广和应用。相比于传统电磁式互感器，电子式互感器采用同步串行报文，输出采样值信号，大多使用光缆传送采样值信号提供给变电站内的保护、测控、计量设备使用。其推广简化了二次线缆设计，提高了相关二次设备的可靠性。

电子式互感器应用的同时也带来了如何保证多通道采集的数据同步精度问题。将电子式互感器输出采样值作为数据来源的设备中，包括如广域同步相量测量(PMU)，保护装置等对数据同步精度要求非常高的装置。解决此问题比较普遍的方法是调整采集通道电子元器件参数，以调整对应通道相位即相对于标准采样时刻的固有延时。但这种相位补偿方法费时费力，同时严重依赖元器件特性，特别是元器件特性易受到外部环境如温度、湿度、压力等因素影响，关系到电子式互感器的长期可靠运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，本处理方法通过幅值相位补偿实现电子式互感器不同通道数据准确且相位一致，减轻了后端数据处理压力。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，现场可编程门阵列FPGA包括依次连接的模数转换控制模块、数据处理模块和同步串行编码模块，还包括通讯模块，通讯模块与数据处理模块连接，模数转换控制模块与外部的模数转换器连接，通讯模块通过外部的上位机与电子式互感器的输出端连接，所述的数据处理方法，包括以下步骤：

1)现场可编程门阵列FPGA中的模数转换控制模块通过模数转换器，将采集的模拟量信号转换为数字信号，并将转换后的信号数据中的采样值存入到现场可编程门阵列FPGA中的数据处理模块；

2)上位机将电子式互感器输出的同步串行的相位偏差转化为数据处理参数；

3)上位机依据数据处理参数生成插值补偿参数，现场可编程门阵列FPGA中的通讯模块接收上位机生成的插值补偿参数；

4)现场可编程门阵列FPGA中数据处理模块通过通讯模块得到插值补偿参数及信号数据中的采样值，依据插值公式对信号数据进行处理，得到数据处理结果；

5)数据处理结果通过现场可编程门阵列FPGA中的同步串行编码模块编码，按照配置的协议输出数据。

按照上述技术方案，所述步骤4)中，插值公式为：

y(n)＝k*(a₁*x(n)+a₂*x(n-1)+a₃*x(n-2))

在上式中，x(n)表示采样点，a₁、a₂、a₃为插值补偿参数(也是依据目标相位计算的调相参数)，k为依据目标幅值计算的调整参数，y(n)为数据处理结果。

按照上述技术方案，所述步骤3)中，上位机根据目标补偿时间，计算插值公式中的插值补偿参数，计算公式为：

在上式中，Δt为目标补偿时间，t(n)为采样点时刻。

按照上述技术方案，所述步骤5)中，同步串行编码模块依据上位机配置信息所规定的编码规则编码并发出数据。

本发明具有以下有益效果：

本发明利用现场可编程门阵列FPGA平台实现了电子式互感器数据采集、数据处理及协议发送过程，能够调整通道相位及幅值，改善了仅依靠延时统一调整带来的一包数据中不同通道相位偏差问题，本处理方法通过幅值相位补偿实现电子式互感器不同通道数据准确且相位一致，减轻了后端数据处理压力，处理后的数据经过协议编码，按照IEC60044-8报文或者DL/T282报文发送

附图说明

图1是本发明实施例中用于采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法的现场可编程门阵列FPGA的内部逻辑框图；

图2是本发明实施例中在现场可编程门阵列FPGA内数据处理的流程图；

图中，1-模数转换控制模块，2-数据处理模块，3-同步串行编码模块，4-通讯模块，5-模数转换器，6-上位机，7-现场可编程门阵列FPGA。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1～图2所示，本发明提供的一个实施例中的采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，现场可编程门阵列FPGA7包括依次连接的模数转换控制模块1、数据处理模块2和同步串行编码模块3，还包括通讯模块4，通讯模块4与数据处理模块2连接，模数转换控制模块1与外部的模数转换器5连接，通讯模块4通过外部的上位机6与电子式互感器的输出端连接，所述的数据处理方法，包括以下步骤：

1)现场可编程门阵列FPGA7中的模数转换控制模块1通过模数转换器5，将采集的模拟量信号转换为数字信号，并将转换后的信号数据中的采样值存入到现场可编程门阵列FPGA7；

2)上位机6将电子式互感器输出的同步串行的相位偏差转化为数据处理参数；

3)上位机依据数据处理参数生成插值补偿参数，现场可编程门阵列FPGA7中的通讯模块4接收上位机6生成的插值补偿参数；

4)现场可编程门阵列FPGA7中数据处理模块2通过通讯模块得到插值补偿参数及信号数据中的采样值，依据插值公式对信号数据进行处理，得到数据处理结果；

5)数据处理结果通过现场可编程门阵列FPGA7中的同步串行编码模块3编码，按照配置的协议输出数据。

本发明利用现场可编程门阵列FPGA7平台实现了电子式互感器数据采集、数据处理及协议发送过程，能够调整通道相位及幅值，改善了仅依靠延时统一调整带来的一包数据中不同通道相位偏差问题，本处理方法通过幅值相位补偿实现电子式互感器不同通道数据准确且相位一致，减轻了后端数据处理压力，处理后的数据经过协议编码，按照IEC60044-8报文或者DL/T282报文发送，本发明的实施，不涉及对电子式互感器采取大规模或高成本技术改造。

进一步地，上位机6为PC机。

进一步地，所述步骤4)中，通过现场可编程门阵列FPGA7作为所述方法数据处理的核心，逐点缓存采样值，在t(n)时刻采集数据x(n)，利用下面的插值公式进行计算补偿结果：

y(n)＝k*(a₁*x(n)+a₂*x(n-1)+a₃*x(n-2))

在上式中，x(n)表示采样点(在具体实施例中，数据处理模块逐点缓存采样值，在t(n)时刻采集数据x(n))，a₁、a₂、a₃为插值补偿参数(在具体实施例中，所述插值补偿参数也是依据目标相位计算的调相参数)，k为依据目标幅值计算的调整参数，y(n)为数据处理结果。

进一步地，所述步骤3)中，上位机6根据目标补偿时间，计算插值公式中的插值补偿参数，计算公式为：

在上式中，Δt为目标补偿时间，t(n)为采样点时刻。

进一步地，所述步骤5)中，同步串行编码模块3依据上位机6配置信息所规定的编码规则编码并发出数据。

本方法可以通过配置字来进行灵活投切，电子式互感器配置菜单有“通道有效性使能”选项，如果设置相应通道投入，串行同步位流中包含相应通道数据。另外，本方法可以使用配置工具召唤电子式互感器所有配置及插值补偿参数，方便电子式互感器的快速替换。

以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，其特征在于，现场可编程门阵列FPGA包括依次连接的模数转换控制模块、数据处理模块和同步串行编码模块，还包括通讯模块，通讯模块与数据处理模块连接，模数转换控制模块与外部的模数转换器连接，通讯模块通过外部的上位机与电子式互感器连接，所述的数据处理方法，包括以下步骤：

1)现场可编程门阵列FPGA中的模数转换控制模块通过模数转换器，将采集的模拟量信号转换为数字信号，并将转换后的信号数据中的采样值存入到现场可编程门阵列FPGA中的数据处理模块；

2)上位机将电子式互感器输出的同步串行的相位偏差转化为数据处理参数；

3)上位机依据数据处理参数生成插值补偿参数，现场可编程门阵列FPGA中的通讯模块接收上位机生成的插值补偿参数；

4)现场可编程门阵列FPGA中数据处理模块通过通讯模块得到插值补偿参数及信号数据中的采样值，依据插值公式对信号数据进行处理，得到数据处理结果；

5)数据处理结果通过现场可编程门阵列FPGA中的同步串行编码模块编码，按照配置的协议输出数据；

其中，所述步骤4)中，插值公式为：

y(n)＝k*(a₁*x(n)+a₂*x(n-1)+a₃*x(n-2))

在上式中，x(n)表示采样点，a₁、a₂、a₃为插值补偿参数(也是依据目标相位计算的调相参数)，k为依据目标幅值计算的调整参数，y(n)为数据处理结果；

所述步骤3)中，上位机根据目标补偿时间，计算插值公式中的插值补偿参数，计算公式为：

$a_1=\frac{(\mathrm{\Δ}t-t(n-1\left)\right)(\mathrm{\Δ}t-t(n-2\left)\right)}{\left(t\right(n)-t(n-1\left)\right)\left(t\right(n)-t(n-2\left)\right)}$

$a_2=\frac{(\mathrm{\Δ}t-t(n\left)\right)(\mathrm{\Δ}t-t(n-2\left)\right)}{\left(t\right(n-1)-t(n\left)\right)\left(t\right(n-1)-t(n-2\left)\right)}$

$a_3=\frac{(\mathrm{\Δ}t-t(n\left)\right)(\mathrm{\Δ}t-t(n-1\left)\right)}{\left(t\right(n-2)-t(n\left)\right)\left(t\right(n-2)-t(n-1\left)\right)}$

在上式中，Δt为目标补偿时间，t(n)为采样点时刻。

2.根据权利要求1所述的采用同步串行编码的电子式互感器数据处理方法，其特征在于，所述步骤5)中，同步串行编码模块依据上位机配置信息所规定的编码规则编码并发出数据。