CN110988605A - 一种故障录波采样系统及采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种故障录波采样系统及采样方法，涉及配电自动化应用技术领域，主要解决了采样的故障录波精确度低，误差大技术问题。该发明包括依次连接的控制模块，转换模块和互感模块；互感模块采集故障录波样本并变换故障录波采样的电压电流，然后发送至转换模块；转换模块接收控制模块的中断信号，实现中断操作，接收电压电流信息，将其进行模数转换或数模转换，转换成故障录波采样信息发送至控制模块；控制模块定时发送中断信号至转换模块，同时控制转换模块的中断操作，以接收故障录波采样信息，并分析、判断故障录波采样信息，输出故障录波分析结果。本发明实现了自动化等间隔采样，且没有中断延迟的影响，具有采样精度高，误差小的特点。

Description

一种故障录波采样系统及采样方法

技术领域

本发明涉及配电自动化应用技术领域，尤其涉及一种故障录波采样系统及采样方法。

背景技术

故障录波是一种基于故障录波信息的调度端电网故障诊断系统。故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较、对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。因此，故障录波所采样的数据十分重要。如果采样的数据有偏差，则会导致故障误判。

目前故障录波采样的缺陷有两点：

一是采样的数据与实际的数据有偏差。

在采样过程中有中断响应功能，而中断响应是有延迟的，中断延迟时间越长，则与实际的数据偏差就越大。

二是每周波采样的点数越大，其误差也越大。

因为是故障录波，所以采样的点数越多，越接近实际原始数据，对故障分析越有帮助。在分析小电流接地故障时，尤其需要更多的采样点数，通常需要每个周波256点的数据。

因为每周波采样点数多了，则采样周期变小了，假设中断延迟时间不变，那么中断延迟时间或采样周期，导致误差变大了。

为确保数据采样的准确性，必须高效益高精度的采样系统及采样方法。

发明内容

本发明其中一个目的是为了提出一种故障录波采样系统及采样方法，解决了现有技术中采样的故障录波精确度低，误差大的技术问题。本发明优选实施方案中能够达到诸多有益效果，具体见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明的一种故障录波采样系统，其包括：控制模块，转换模块和互感模块；转换模块一端连接控制模块，另一端连接互感模块。

进一步的，互感模块，用于采集故障录波样本，并变换故障录波采样的电压电流，将故障录波采样的电压电流信息发送至转换模块；

转换模块，用于接收控制模块的中断信号，实现中断操作；通过中断操作来接收故障录波采样的电压电流信息，将电压电流信息进行模数转换或数模转换，并将转换后的故障录波采样信息发送至控制模块；

控制模块，用于定时发送中断信号至转换模块，同时控制转换模块的中断操作，以接收转换后的故障录波采样信息，并分析、比较、判断故障录波采样信息，输出故障录波分析结果。

进一步的，控制模块包括与转换模块相连接的片选管脚、写管脚、读管脚和定时器输出管脚。

进一步的，控制模块还包括定时器模块，及与定时器模块相连接的数据缓冲模块和存储模块；

所述定时器模块，用于定时产生中断信号，发送至定时器输出管脚；

所述数据缓冲模块，用于临时存储控制模块接收的故障录波样本信息。

进一步的，转换模块包括ADC采样芯片。

进一步的，互感模块包括电压互感器和电流互感器；所述电压互感器和电流互感器分别用于将故障录波采样的电压电流信号变换成能匹配转换模块接收的电压电流信号。

本发明还包括一种故障录波采样方法，其特征具有前述的故障录波采样系统及其结构，还包括如下步骤：

S1：控制模块配置定时器模块的中断操作，并启动定时器模块；

S21：定时器模块产生中断信号，通过定时器输出管脚发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为高电平，则控制模块控制转换模块进行采集故障录波操作；

其中，采集故障录波操作包括如下步骤：

S211：互感模块采集故障录波样本，并变换故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息发送至转换模块；

S212：转换模块接收变换后的故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息进行模数转换或数模转换成故障录波样本信息；其中，经过转换模块进行数模转换或模数转换成的故障录波样本信息，以待发送至控制模块；

S22：定时器模块未产生中断信号，未发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为低电平，则控制模块接收S212步骤中的转换模块发送的故障录波样本信息；

S3：控制模块接收故障录波样本信息，并将故障录波样本信息存入数据缓存模块；

S4：控制模块从数据缓存模块中提取故障录波样本信息，进行故障判断和分析，输出分析结果信息，并将分析结果存入存储模块。

进一步的，控制模块配置定时器模块的中断操作包括如下步骤：

S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期；

S12：控制模块设置定时器模块的类型为匹配中断；

S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期。

进一步的，S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期包括：

控制模块配置定时器模块的定时周期为78.125微秒。

进一步的，S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期包括：

控制模块设置定时器输出管脚为定时溢出中断到来时，使定时器输出管脚输出高电，并通过高电平周期后，使定时器输出管脚翻转为低电平。

进一步的，所述分析结果为录波文件格式。

本发明提供的一种故障录波采样系统及采样方法至少具有如下有益技术效果：

故障录播采样系统由控制模块，转换模块和互感模块组成；转换模块一端连接控制模块，另一端连接互感模块。

控制模块发送中断信号至转换模块，并控制转换模块的中断操作，以接收转换后的故障录波采样信息，并分析、比较、判断故障录波采样信息，输出故障录波分析结果。

转换模块接收控制模块的中断信号，实现中断操作；在中断操作过程中，进行接收故障录波采样的电压电流信息，将电压电流信息进行模数转换或数模转换，并将转换后的故障录波采样信息发送至控制模块。

互感模块采集故障录波样本，并变换故障录波采样的电压电流，将故障录波采样的电压电流信息发送至转换模块。

本发明通过控制模块发送的中断信号，从而控制转换模块的故障录波采样，因此，本发明是通过控制模块的中断配合转换模块进行自动故障录波采样，采样时间是自动等间隔的，且没有中断延迟的影响，所以故障录波采样的精度非常高。本发明体现了故障录波采样误差小、精度高的特点。

控制模块主要通过定时器模块和定时器输出管脚，来实现的中断信号的产生和发送，使中断信号无延迟并自动等间隔发送至转换模块，从而准确控制转换模块的故障录波采样和故障录波样本信息的发送。控制模块也能因此接收到精准的故障录波样本信息，从而可以分析、判断出可靠地故障录波样本信息的分析结果，本发明体现了自动化的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的故障录波采样系统结构示意图；

图2是本发明的转换模块的第一种结构示意图；

图3是本发明的转换模块的第二种结构示意图；

图4是本发明的故障录波采样方法的流程示意图；

图5是本发明的控制模块配置定时器模块的中断操作的流程示意图。

图中1-控制模块，2-转换模块，3-互感模块；

11-定时器模块，12-数据缓冲模块，13-存储模块；

31-电压互感器，32-电流互感器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1，本发明是一种故障录波采样系统，其包括：控制模块1，转换模块2和互感模块3；转换模块2一端连接控制模块1，另一端连接互感模块3；

互感模块3，用于采集故障录波样本，并变换故障录波采样的电压电流，将故障录波采样的电压电流信息发送至转换模块2；

转换模块2，用于接收控制模块的中断信号，实现中断操作；通过中断操作来接收故障录波采样的电压电流信息，将电压电流信息进行模数转换或数模转换，并将转换后的故障录波采样信息发送至控制模块1；

控制模块1，用于定时发送中断信号至转换模块2，同时控制转换模块2的中断操作，以接收转换后的故障录波采样信息，并分析、比较、判断故障录波采样信息，输出故障录波分析结果。

优选地，控制模块1采用型号为AM3352的CPU芯片。

本发明由依次连接的互感模块3、转换模块2和控制模块1组成，通过控制模块1的中断控制故障录波采样和接收故障录波样本信息，由控制模块1对故障录波样本进行分析、判断输出分析结果。采样中互感模块3对故障录波样本进行采集，转换成转换模块2能可靠接收的故障录波样本的电压电流数据；转换模块2再对接收到的故障录波样本的电压电流数据进行数模转换或模数转换，以供控制模块接收稳定、无误差的故障录波样本信息；控制模块1通过中断信号控制转换模块2进行故障录波采样和发送故障录波样本信息。在中断信号的控制下，能使转换模块2自动的、等时间间隔下，无误差地准确获取故障录波样本信息，不会受到中断延迟的影响，因此，故障录波样本及采样过程精度高。

控制模块1包括与转换模块2相连接的片选管脚、写管脚、读管脚和定时器输出管脚。

控制模块1还包括与转换模块2相连接的数据总线管脚。

控制模块1还包括定时器模块11，及与定时器模块11相连接的数据缓冲模块12和存储模块13；

所述定时器模块11，用于定时产生中断信号，发送至定时器输出管脚；

所述数据缓冲模块12，用于临时存储控制模块1接收的故障录波样本信息；

所述存储模块13，用于存储控制模块1对故障录波样本信息的分析、判断过程及分析结果。

转换模块2包括ADC采样芯片。

优选地，ADC采样芯片采用型号为AD7616的ADC采样芯片。AD7616的采样芯片具有16通道、双路、同步采样输入特点，还可独立选择的通道输入范围，拥有灵活的并行/串行接口，兼容SPI/QSPI/MICROWIRE/DSP，可选循环冗余校验(CRC)错误检查。

参见图2和图3，ADC采样芯片包括CS引脚、WR引脚、RD引脚、CONVST引脚、数据传输引脚、电压采集引脚和电流采集引脚；其中，数据传输引脚为图2中编号41至编号60的引脚；电压采集引脚为图3中编号11至编号14的引脚，及编号17至编号28的引脚；电流采集引脚为图3中编号1至编号4的引脚，编号7至编号10的引脚，编号73至编号80的引脚。控制模块的片选管脚、写管脚、读管脚、定时器输出管脚和数据总线管脚分别连接ADC采样芯片的CS引脚、WR引脚、RD引脚、CONVST引脚和数据传输引脚。

需要解释的是，定时器输出管脚只与ADC采样芯片的CONVST引脚连接，中断信号通过定时输出管脚和CONVST引脚传至转换模块，控制模块1从而控制转换模块2的中断操作，以达到在等时间间隔下，无误差地准确获取故障录波样本信息，不会受到中断延迟的影响得到精准度高的故障录波样本信息，还能控制转换模块2在等时间间隔下，无误差地准确地进行故障录波采样。

互感模块3包括电压互感器31和电流互感器32；所述电压互感器31和电流互感器32分别用于将故障录波采样的电压电流信号变换成能匹配转换模块2接收的电压电流信号。

电压互感器31和电流互感器32分别通过ADC芯片的电压采集引脚和电流采集引脚与转换模块2连接，对故障录波的电压数据和电流数据进行采样。

参见图4，本发明还包括一种故障录波采样方法，不仅具有基于前述的故障录波采样系统及特征结构，还包括以下步骤：

S1：控制模块配置定时器模块的中断操作，并启动定时器模块；

S21：定时器模块产生中断信号，通过定时器输出管脚发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为高电平，则控制模块控制转换模块进行采集故障录波操作；

其中，采集故障录波操作包括如下步骤：

S211：互感模块采集故障录波样本，并变换故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息发送至转换模块；

S212：转换模块接收变换后的故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息进行模数转换或数模转换成故障录波样本信息；其中，经过转换模块进行数模转换或模数转换成的故障录波样本信息，以待发送至控制模块；

S22：定时器模块未产生中断信号，未发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为低电平，则控制模块接收S212步骤中的转换模块发送的故障录波样本信息；

S3：控制模块接收故障录波样本信息，并将故障录波样本信息存入数据缓存模块；

S4：控制模块从数据缓存模块中提取故障录波样本信息，进行故障判断和分析，输出分析结果信息，并将分析结果存入存储模块；其中，所述分析结果为录波文件格式。

参见图5，控制模块配置定时器模块的中断操作包括如下步骤：

S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期；

S12：控制模块设置定时器模块的类型为匹配中断；

S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期。

其中，S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期包括：控制模块配置定时器模块的定时周期为78.125微秒。

需要理解的是，一个周波的周期是20毫秒，需要采样256个故障录波点，则每个点的间隔时间T＝20毫秒/256＝78.125微秒。为确保采样的准确，必须确保采样的间隔也是78.125微秒。

S12：控制模块设置定时器模块的类型为匹配中断。

需要理解的是，通常情况下定时器模块的中断为溢出中断，但是本发明不使用定时器模块的溢出中断，而使用定时器模块匹配中断。所谓匹配中断是在定时器模块的溢出中断产生后，定时器模块自动装载新值后，定时器模块中继续变化，直到与预置的控制模块中的周期值匹配，就产生匹配中断。

S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期包括：控制模块设置定时器输出管脚为定时溢出中断到来时，使定时器输出管脚输出高电，并通过高电平周期后，使定时器输出管脚翻转为低电平。

优选地，控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期为10微秒。

需要理解的是，定时器输出管脚可以配置成在定时溢出中断到来时，定时器输出管脚输出高电平，保持高电平一个周期，然后又翻转成低电平，其中，定时溢出中断到来时是不会使控制模块和转换模块产生硬件中断，因为已经禁止了，但会产生中断标志。

在定时中断没有到来时，定时器输出管脚输出低电平，当定时中断到来时，定时器输出管脚输出高电平并保持高电平周期，然后又输出低电平。例如：定时器输出管脚给AD7616采样芯片的CANVST引脚一个上升沿，即从低电平变为高电平，则AD7616采样芯片开始采样。AD7616采样芯片一个通道采样完成时间最大是520纳秒，16个通道需要的时间是16*520＝8.32微秒，所以控制模块配置定时器输出管脚保持高电平为10微秒是足够的。定时器输出管脚是通过自动输出脉冲来实现高电平和低电平转换的，从而保证转换模块每次采样都是等间隔，不受中断延迟的影响，这样使转换模块采样的精度远也很高。

本发明通过控制模块以自动输出脉冲方式经定时器输出管脚至转换模块，实现了控制模块通过匹配中断，以配合转换模块的ADC采样芯片进行自动采样，且没有中断延迟的影响，故障录波样本的精度非常高，误差小。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种故障录波采样系统，其特征在于，包括：控制模块，转换模块和互感模块；转换模块一端连接控制模块，另一端连接互感模块；

互感模块，用于采集故障录波样本，并变换故障录波采样的电压电流，将故障录波采样的电压电流信息发送至转换模块；

转换模块，用于接收控制模块的中断信号，实现中断操作；通过中断操作来接收故障录波采样的电压电流信息，将电压电流信息进行模数转换或数模转换，并将转换后的故障录波采样信息发送至控制模块；

控制模块，用于定时发送中断信号至转换模块，同时控制转换模块的中断操作，以接收转换后的故障录波采样信息，并分析、比较、判断故障录波采样信息，输出故障录波分析结果。

2.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，控制模块包括与转换模块相连接的片选管脚、写管脚、读管脚和定时器输出管脚。

3.根据权利要求2所述的采样系统，其特征在于，控制模块还包括定时器模块，及与定时器模块相连接的数据缓冲模块和存储模块；

所述定时器模块，用于定时产生中断信号，发送至定时器输出管脚；

所述数据缓冲模块，用于临时存储控制模块接收的故障录波样本信息。

4.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，转换模块包括ADC采样芯片。

5.根据权利要求1所述的采样系统，其特征在于，互感模块包括电压互感器和电流互感器；所述电压互感器和电流互感器分别用于将故障录波采样的电压电流信号变换成能匹配转换模块接收的电压电流信号。

6.一种故障录波采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：控制模块配置定时器模块的中断操作，并启动定时器模块；

S21：定时器模块产生中断信号，通过定时器输出管脚发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为高电平，则控制模块控制转换模块进行采集故障录波操作；

其中，采集故障录波操作包括如下步骤：

S211：互感模块采集故障录波样本，并变换故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息发送至转换模块；

S212：转换模块接收变换后的故障录波样本的电流电压信息，将变换后的故障录波样本的电流电压信息进行模数转换或数模转换成故障录波样本信息；其中，经过转换模块进行数模转换或模数转换成的故障录波样本信息，以待发送至控制模块；

S22：定时器模块未产生中断信号，未发送中断信号至转换模块时，控制模块设置定时器输出管脚为低电平，则控制模块接收S212步骤中的转换模块发送的故障录波样本信息；

S3：控制模块接收故障录波样本信息，并将故障录波样本信息存入数据缓存模块；

S4：控制模块从数据缓存模块中提取故障录波样本信息，进行故障判断和分析，输出分析结果信息，并将分析结果存入存储模块。

7.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，控制模块配置定时器模块的中断操作包括如下步骤：

S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期；

S12：控制模块设置定时器模块的类型为匹配中断；

S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期。

8.根据权利要求7所述的采样方法，其特征在于，S11：控制模块设置定时器模块，并配置定时器模块的定时周期包括：

控制模块配置定时器模块的定时周期为78.125微秒。

9.根据权利要求7所述的采样方法，其特征在于，S13：控制模块设置定时器输出管脚保持高电平的周期包括：

控制模块设置定时器输出管脚为定时溢出中断到来时，使定时器输出管脚输出高电，并通过高电平周期后，使定时器输出管脚翻转为低电平。

10.根据权利要求6所述的采样方法，其特征在于，所述分析结果为录波文件格式。

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