CN111323650A - 一种电力无线数据同步记录装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电力无线数据同步记录装置及方法，接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间；或，主机将本地绝对时间信息编码为IRIG‑B码时间同步信号并通过RS485电平输出；从机接收并解析外部的RS485电平IRIG‑B码时间同步信号，并解析出第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间；对第一参考秒脉冲信号或第二参考秒脉冲信号计数；根据参考秒脉冲信号的计数，对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正恒温晶振的频率误差；各装置生成同步的高频采样脉冲，对电气信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件；各装置之间通过F8L10D无线通信交互带时间信息的数据文件。

Description

一种电力无线数据同步记录装置及方法
技术领域
本发明属于智能变电站自动化技术领域，具体涉及一种电力无线数据同步记录装置及方法。
背景技术
当前，常规的伏安相位表、功率分析仪、故障录波器等设备只能对同一地理位置的电压、电流进行核相，而对于差动保护、分布式变压器保护、分布式母线保护、站域保护等典型的分布式系统，需要对位于不同物理位置的电气信号进行同步采集及分析。
已有的无线核相设备虽然可通过无线方式远程传输同步信号，但是受到现场使用环境（跨楼层、跨建筑等）、对时方式、时钟精度等多种因素的限制，现有无线核相设备只能保证短期内满足相位误差要求，对于多台设备之间并不具备同步采样能力。特别的，当测试过程时间较长时，会累积较大的测量误差。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，解决当前无线核相设备无法长期同步记录数据的问题，本发明提供一种电力无线数据同步记录装置及方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，提供一种电力无线数据同步记录装置，包括：GPS/BD模块、本地时钟模块、主处理模块、时钟解码模块、数据采集模块、无线通信模块；
所述GPS/BD模块，接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出其中的秒脉冲信号和绝对时间，作为第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间输出至所述本地时钟模块；
所述时钟解码模块，接收并解析外部的RS485电平IRIG-B码时间同步信号，解析出其中的秒脉冲信号和绝对时间，作为第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间输出至所述本地时钟模块；
所述本地时钟模块，对装置的内部时钟进行管理：管理本地绝对时间信息；将本地绝对时间信息编码为IRIG-B码时间同步信号并通过RS485电平输出；对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号计数；为所述模数转换模块数据采集模块提供高频采样脉冲；为主处理模块提供所述高频采样脉冲的采样时间；内部振荡器采用恒温晶振，可通过所述主处理模块对恒温晶振的振荡周期进行微调；
数据采集模块，根据本地时钟模块提供的高频采样脉冲，采集电气信号；
所述无线通信模块，用于提供无线通信连接；
所述主处理模块，包括：根据所述本地时钟模块对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号的计数，对所述恒温晶振的振荡周期进行微调，从而校正恒温晶振的频率误差；接收数据采集模块采集的电气信号及本地时钟模块提供的对应采样时间，存储为带时间信息的数据文件；连接采用扩频调制技术的无线通信模块，与其它装置之间交互数据文件。
在一些实施例中，所述数据采集模块包括信号调理模块，所述信号调理模块分别对由电压互感器和电流互感器对输入的电压、电流信号进行幅值变换，再经过二阶巴特沃斯滤波器，将电压、电流信号转换为-5V~5V的小电压信号。进一步的，所述数据采集模块还包括模数转换模块，在所述高频采样脉冲的控制下将所述-5V~5V的小电压信号转换为数字量。
在一些实施例中，所述的电力无线数据同步记录装置，所述模数转换模块采用模数转换芯片AD7606。
在一些实施例中，所述的电力无线数据同步记录装置，所述主处理模块采用CPU和FPGA。
在一些实施例中，所述的电力无线数据同步记录装置，所述无线通信模块采用F8L10D。
第二方面，提供一种电力无线数据同步记录方法，包括：
接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间；
对第一参考秒脉冲信号计数；
根据第一参考秒脉冲信号的计数，对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正恒温晶振的频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息；
各装置生成同步的高频采样脉冲，并提供所述高频采样脉冲的采样时间，对电气信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件；
各装置之间通过F8L10D无线通信交互带时间信息的数据文件。
另外，提供一种电力无线数据同步记录方法，包括：
主机将本地绝对时间信息编码为IRIG-B码时间同步信号并通过RS485电平输出；从机接收并解析外部的RS485电平IRIG-B码时间同步信号，并解析出第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间；
对第二参考秒脉冲信号计数；
根据第二参考秒脉冲信号的计数，对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正恒温晶振的频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息；
各装置生成同步的高频采样脉冲，并提供所述高频采样脉冲的采样时间，对电气信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件；
各装置之间通过F8L10D无线通信交互带时间信息的数据文件。
在一些实施例中，所述的电力无线数据同步记录方法，还包括：分别对由电压互感器和电流互感器对输入的电压、电流信号进行幅值变换，再经过二阶巴特沃斯滤波器，将电压、电流信号转换为-5V~5V的小电压信号。
在一些实施例中，所述的电力无线数据同步记录方法，还包括：在所述高频采样脉冲的控制下将所述-5V~5V的小电压信号转换为数字量。
有益效果：本发明提供的电力无线数据同步记录装置及方法，与现有技术相比，采用时间同步源调节本地时钟的方案使得多装置之间能够长期保持同步，不会累积相位误差，极大扩展了装置的适用范围。采用基于精确对时的方式实现不同小室之间的数据同步测试，支持模拟量和数字量报文接口，并自动生成相关的测试报告。可实现一个变电站内以及不同变电站之间的多端数据同步，具备根据不同的测试对象提供相应的计算模板、波形数据存储功能、测试报告自动生成、以及数据异常辨识能力。该系统解决了变电站内多点之间、以及多个变电站之间无法进行数据同步测试的难题，有效保证了变电站二次系统测试数据的准确性。
附图说明
图1为实施例电力无线数据同步记录装置的原理图；
图2为实施例中采用GPS/BD卫星系统作为时间同步源的应用方案图；
图3为实施例中采用其中一台装置作为时间同步源的应用方案图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，一种电力无线数据同步记录装置，包括：GPS/BD模块、本地时钟模块、主处理模块、时钟解码模块、信号调理模块、模数转换模块、无线通信模块。
所述GPS/BD模块接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间，输出至所述本地时钟模块。
所述时钟解码模块接收并解析外部的RS485电平IRIG-B码时间同步信号，并解析出第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间，输出至所述本地时钟模块。
所述本地时钟模块对装置的内部时钟进行管理，其功能包括：管理本地绝对时间信息；采用恒温晶振，可通过所述主处理模块对其振荡周期进行微调；对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号计数；为所述模数转换模块提供高频采样脉冲；为主处理模块提供所述高频采样脉冲的采样时间；将本地绝对时间信息编码为IRIG-B码时间同步信号并通过RS485电平输出。
所述信号调理模块分别对由电压互感器和电流互感器对输入的电压、电流信号进行幅值变换，再经过二阶巴特沃斯滤波器，将电压、电流信号转换为可被所述模数转换模块处理的-5V~5V的小电压信号；
所述模数转换模块由模数转换芯片AD7606及其外围电路组成，在所述高频采样脉冲的控制下将所述-5V~5V的小电压信号转换为数字量。
所述主处理模块由高性能CPU和FPGA及其外围电路组成，其功能包括：根据所述本地时钟模块对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号的计数，对所述恒温晶振的振荡周期进行微调，从而校正其频率误差；接收所述数字量及其采样时间，实时存储为带时间信息的数据文件；连接采用扩频调制技术的无线通信模块F8L10D，与其它装置交互数据。
本发明的电力无线数据同步记录装置，能够完整开展各种类型变电站的电流电压采集，支持模拟量、IEC61850数字报文、FT3数字报文的幅值和相位采集，以及不同类型数据之间的混合采集。具备单机和多机测试的模式。单机测试不需要依赖外部对时信号，由装置内部完成电压电流幅值及之间相位的测量计算。多机模式下由多台装置通过无线网络互联，可选择所有装置中任一通道为基准量，其他装置实现电流电压相对于基准量的相位测量。装置支持B码和GPS外部对时方式，装置支持定时触发记录方式，得到各装置在绝对时刻的初始相位，实现不同地点同一时刻电流电压相角差测量。具备自适应的测量量程和高测量精度，电流量在3mA~10A内具备0.2%测量精度，在10A~30A内具备0.5%测量精度，电压量在0.1V~300V内具备0.2%精度。可实时显示被测通道的波形，对各波形有效值、谐波、直流分量等进行记录，并存储为comtrade或pcap格式文件。
实施例2
图2是采用GPS/BD卫星系统作为时间同步源的应用方案图，一种电力无线数据同步记录方法，包括：
（1）选取GPS/BD卫星系统作为时间同步源，所有装置的本地时钟模块对第一参考秒脉冲信号进行计数。
（2）各装置的主处理模块对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正其频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息。
（3）各装置的本地时钟模块生成同步的高频采样脉冲，控制模数转换模块对输入电压、电流信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件。
（4）各装置之间通过F8L10D无线通信模块交互带时间信息的数据文件。
实施例3
图3是采用GPS/BD卫星系统作为时间同步源的应用方案图，一种电力无线数据同步记录方法，包括：
（1）选取其中一台装置作为主机，其它装置作为从机，主机的本地时钟模块输出的RS485电平IRIG-B码时间同步信号接至从机的时钟解码模块，并且从机对第二参考秒脉冲进行计数。
（2）各装置的主处理模块对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正其频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息。
（3）各装置的本地时钟模块生成同步的高频采样脉冲，控制模数转换模块对输入电压、电流信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件。
（4）各装置之间通过F8L10D无线通信模块交互带时间信息的数据文件。
利用本发明的电力无线数据同步记录装置及方法，可进行测试工作，采用面向保护屏柜和二次绕组为对象的测试方式，并可在两者之间灵活切换。进一步的，测试结束后对所有的测试数据进行完整性和正确性校验；然后根据测试结果自动生成测试报告。采用基于精确对时的方式实现不同小室之间的数据同步测试，支持模拟量和数字量报文接口，并自动生成相关的测试报告。有效取代了目前基于人工逐一核对回路的传统测试，大大提高变电站带负荷测试效率和正确性。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电力无线数据同步记录装置，其特征在于，包括：GPS/BD模块、本地时钟模块、主处理模块、时钟解码模块、数据采集模块、无线通信模块；
所述GPS/BD模块，接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出其中的秒脉冲信号和绝对时间，作为第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间输出至所述本地时钟模块；
所述时钟解码模块，接收并解析外部的RS485电平IRIG-B码时间同步信号，解析出其中的秒脉冲信号和绝对时间，作为第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间输出至所述本地时钟模块；
所述本地时钟模块，对装置的内部时钟进行管理：管理本地绝对时间信息；将本地绝对时间信息编码为IRIG-B码时间同步信号并通过RS485电平输出；对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号计数；为所述模数转换模块数据采集模块提供高频采样脉冲；为主处理模块提供所述高频采样脉冲的采样时间；内部振荡器采用恒温晶振，可通过所述主处理模块对恒温晶振的振荡周期进行微调；
所述数据采集模块，根据本地时钟模块提供的高频采样脉冲，采集电气信号；
所述无线通信模块，用于提供无线通信连接；
所述主处理模块，包括：根据所述本地时钟模块对第一参考秒脉冲信号或者第二参考秒脉冲信号的计数，对所述恒温晶振的振荡周期进行微调，从而校正恒温晶振的频率误差；接收数据采集模块采集的电气信号及本地时钟模块提供的对应采样时间，存储为带时间信息的数据文件；连接采用扩频调制技术的无线通信模块，与其它装置之间交互数据文件。
2.根据权利要求1所述的电力无线数据同步记录装置，其特征在于，所述数据采集模块包括信号调理模块，所述信号调理模块分别对由电压互感器和电流互感器对输入的电压、电流信号进行幅值变换，再经过二阶巴特沃斯滤波器，将电压、电流信号转换为-5V~5V的小电压信号。
3.根据权利要求2所述的电力无线数据同步记录装置，其特征在于，所述数据采集模块还包括模数转换模块，在所述高频采样脉冲的控制下将所述-5V~5V的小电压信号转换为数字量。
4.根据权利要求3所述的电力无线数据同步记录装置，其特征在于，所述模数转换模块采用模数转换芯片AD7606。
5.根据权利要求1所述的电力无线数据同步记录装置，其特征在于，所述主处理模块采用CPU和FPGA。
6.根据权利要求1所述的电力无线数据同步记录装置，其特征在于，所述无线通信模块采用F8L10D。
7.一种电力无线数据同步记录方法，其特征在于，包括：
接收卫星系统的无线时间同步信号，解析出第一参考秒脉冲信号和第一参考绝对时间；
对第一参考秒脉冲信号计数；
根据第一参考秒脉冲信号的计数，对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正恒温晶振的频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息；
各装置生成同步的高频采样脉冲，并提供所述高频采样脉冲的采样时间，对电气信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件；
各装置之间通过F8L10D无线通信交互带时间信息的数据文件。
8.一种电力无线数据同步记录方法，其特征在于，包括：
主机将本地绝对时间信息编码为IRIG-B码时间同步信号并通过RS485电平输出；从机接收并解析外部的RS485电平IRIG-B码时间同步信号，并解析出第二参考秒脉冲信号和第二参考绝对时间；
对第二参考秒脉冲信号计数；
根据第二参考秒脉冲信号的计数，对恒温晶振的振荡周期进行微调，校正恒温晶振的频率误差，使得各装置的恒温晶振同步运行，具备相同的本地绝对时间信息；
各装置生成同步的高频采样脉冲，并提供所述高频采样脉冲的采样时间，对电气信号进行同步采样，并存储为带时间信息的数据文件；
各装置之间通过F8L10D无线通信交互带时间信息的数据文件。
9.根据权利要求7或8所述的电力无线数据同步记录方法，其特征在于，还包括：分别对由电压互感器和电流互感器对输入的电压、电流信号进行幅值变换，再经过二阶巴特沃斯滤波器，将电压、电流信号转换为-5V~5V的小电压信号。
10.根据权利要求7或8所述的电力无线数据同步记录方法，其特征在于，还包括：在所述高频采样脉冲的控制下将所述-5V~5V的小电压信号转换为数字量。
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