智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路及方法，屬于電力系 統(tǒng)繼電保護檢測領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 智能變電站中應(yīng)用電子式互感器或常規(guī)互感器就地數(shù)字化方式進行采樣，能有效 避免外界環(huán)境干擾、電流二次開路、電壓二次短路、傳輸損耗、電纜多點接地影響等問題，而 且可W實現(xiàn)信號采集的共享化，具有一定的優(yōu)越性。
[0003] 數(shù)字采樣環(huán)節(jié)輸入與輸出之間存在一定的相位偏移，該一偏移由傳遞函數(shù)帶來的 相位誤差和數(shù)字采樣帶來的固定群延時引起的相位偏移兩部分組成。前者主要由電子式互 感器一次傳感元件或合并單元小電流互感器（TA)、小電壓互感器（TV)的相位傳變特性，W 及電阻、電容、運放組成的低通濾波電路特性決定；后者由數(shù)據(jù)處理、插值等待、傳輸?shù)妊訒r 決定。
[0004] 在點對點模式下，裝置接收到多個合并單元的SV后，根據(jù)各自的延時W及裝置自 身的時鐘信號反推采樣數(shù)據(jù)的真實發(fā)生時刻。因此，智能變電站交流采樣值的總體相位誤 差會受到信號調(diào)理電路的相位誤差和額定延時誤差的雙重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，本發(fā)明的目的是在于提供一種智能變電站交流采樣值 相位誤差的測量電路及其方法，用于對由合并單元的接入引起的相位誤差進行測量，避免 了對調(diào)理電路和額定延時的直接測量。
[0006] 本發(fā)明所述電路采用W下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] 智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路，該測量電路分別連接繼電保護測 試、合并單元W及時鐘源，其主要由時鐘分析模塊、倍頻模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊、W太網(wǎng)光纖接收器、W太網(wǎng)MAC(Medium/MediaAccess Control,介質(zhì)訪問控制）、w太 網(wǎng)PHY (稱物理層，Physical Layer)、CPU處理器組成；
[000引時鐘分析模塊，用于接收與待測合并單元接入的同一時鐘源發(fā)出的相對時信號， 并從對時信號中提取時間信息，用于實現(xiàn)所述測量電路與時鐘源的同步，并生成秒脈沖；
[0009] 倍頻模塊，對所述秒脈沖進行倍頻，得到高頻采樣脈沖；
[0010] 信號調(diào)理模塊，用于接收待測合并單元連接的繼電保護測試儀所輸出的交流電壓 或者電流，并將該交流電壓或者電流轉(zhuǎn)換成所述測量電路處理的信號；
[0011] 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將所述信號調(diào)理模塊輸出的信號轉(zhuǎn)換成由所述倍頻模塊提供的數(shù) 字量采樣脈沖；
[0012] 光電接收器，用于接收待測合并單元W光信號傳輸?shù)腤太網(wǎng)帖，并將W光信號傳 輸?shù)腤太網(wǎng)帖轉(zhuǎn)換成電信號；
[001引 W太網(wǎng)PHY，用于實現(xiàn)信號電平的轉(zhuǎn)換和串行/并行轉(zhuǎn)換，并輸出有效位脈沖；
[0014] W太網(wǎng)MAC,用于實現(xiàn)w太網(wǎng)帖的組裝；
[0015] CPU處理器，從所述W太網(wǎng)MAC中獲取合并單元的采樣值，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中 獲取所述電路的采樣值，從所述有效位脈沖中獲取采樣值報文的發(fā)送時刻，并進行相位誤 差計算；
[0016] 所述時鐘分析模塊通過倍頻模塊連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述信號調(diào)理模塊輸出端連 接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、W太網(wǎng)PHY W及W太網(wǎng)MC的輸出端均與 CPU處理器相連接，所述光電接收器的輸出端通過W太網(wǎng)PHY連接W太網(wǎng)MAC。
[0017] 所述信號調(diào)理模塊包括用于接收繼電保護測試儀輸出的交流電壓或者電流的高 精度互感器和用于抗混疊濾波的低通濾波器；所述高精度互感器的輸出端與所述低通濾波 器的輸入端相連接；外部交流電壓或電流經(jīng)過高精度互感器轉(zhuǎn)換為+5V W內(nèi)的電壓，再經(jīng) 過低通濾波進行抗混疊濾波，實現(xiàn)信號調(diào)理。
[0018] 優(yōu)選的，所述高精度互感器的準(zhǔn)確度等級為0. 05級；所述低通濾波器的截止頻率 為50曲Z。
[0019] 一種利用所述測量電路的相位誤差測量方法，其方法步驟如下：
[0020] (1)用繼電保護測試儀輸出頻率為50化的交流電壓或者電流給合并單元，合并單 元輸出的采樣值序列記為SV1 ;
[0021] (2)采用高精度互感器和寬截止頻率的低通濾波器對所述電壓或者電流進行調(diào) 理，調(diào)理電路的相位移較合并單元來說非常小，可忽略不計。
[0022] (3)采用與合并單元內(nèi)部采樣原理同步的采樣電路對所述電壓或者電流進行采 樣，但是采樣頻率為合并單元采樣頻率的10?20倍，該采樣值序列記為SV2,整秒時刻的采 樣值報文的序號設(shè)置為0;
[002引 （4)對SV1和SV2,并按照0序號對齊，W SV2為基準(zhǔn)，計算SV1的相位
【主權(quán)項】
1. 智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路，該測量電路分別連接繼電保護測試 儀、合并單元以及時鐘源；其特征在于，所述測量電路包括：時鐘分析模塊，用于接收與待 測合并單元接入的同一時鐘源發(fā)出的相對時信號，并從對時信號中提取時間信息，用于實 現(xiàn)所述測量電路與時鐘源的同步，并生成秒脈沖； 倍頻模塊，對所述秒脈沖進行倍頻，得到高頻采樣脈沖； 信號調(diào)理模塊，用于接收待測合并單元連接的繼電保護測試儀所輸出的交流電壓或者 電流，并將該交流電壓或者電流轉(zhuǎn)換成所述測量電路處理的信號； 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將所述信號調(diào)理模塊輸出的信號轉(zhuǎn)換成由所述倍頻模塊提供的數(shù)字量 米樣脈沖； 光電接收器，用于接收待測合并單元以光信號傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀，并將以光信號傳輸?shù)?以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)換成電信號； 以太網(wǎng)PHY，用于實現(xiàn)信號電平的轉(zhuǎn)換和串行/并行轉(zhuǎn)換，并輸出有效位脈沖； 以太網(wǎng)MAC，用于實現(xiàn)以太網(wǎng)幀的組裝； CPU處理器，從所述以太網(wǎng)MAC中獲取合并單元的采樣值，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中獲取 所述電路的采樣值，從所述有效位脈沖中獲取采樣值報文的發(fā)送時刻，并進行相位誤差計 算； 所述時鐘分析模塊通過倍頻模塊連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，所述信號調(diào)理模塊輸出端連接模 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、以太網(wǎng)PHY以及以太網(wǎng)MAC的輸出端均與CPU處 理器相連接，所述光電接收器的輸出端通過以太網(wǎng)PHY連接以太網(wǎng)MAC。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路，其特征在于， 所述信號調(diào)理模塊包括用于接收繼電保護測試儀輸出的交流電壓或者電流的高精度互感 器和用于抗混疊濾波的低通濾波器；所述高精度互感器的輸出端與所述低通濾波器的輸入 端相連接，所述低通濾波器的輸出端連接模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路，其特征在于， 所述高精度互感器的準(zhǔn)確度等級為〇. 05級。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路，其特征在于， 所述低通濾波器的截止頻率為50kHz。
5. -種利用權(quán)利要求2至4任意一項所述測量電路的相位誤差測量方法，其特征在于， 其方法步驟如下： (1) 用繼電保護測試儀輸出頻率為50Hz的交流電壓或者電流給合并單元，合并單元輸 出的采樣值序列記為SV1，并接入相位誤差測量電路； (2) 相位誤差測量電路采用高精度互感器和寬截止頻率的低通濾波器對所述交流電壓 或者電流進行調(diào)理； (3) 合并單元與相位誤差測量電路均接入IRIG-B碼對時信號，相位誤差測量電路采用 與合并單元內(nèi)部采樣原理同步的采樣電路對所述電壓或者電流進行采樣，且采樣頻率為合 并單元采樣頻率的10?20倍，該采樣值序列記為SV2,整秒時刻的采樣值報文的序號設(shè)置 為〇 ; (4) 對SV1和SV2,按照0序號對齊，以SV2為基準(zhǔn)，計算SV1的相位0 1;計算公式如 下：
其中，N為每周期采樣點數(shù)量，化是SV1的采樣值， 81是SV2的采樣值； (5) 獲取SV1中序號為0的SV報文的發(fā)送時刻，以秒為單位，取其中的小數(shù)位，獲得該 小數(shù)位相對于整秒時刻的偏差T，并減去SV1的額定延時Te，得到At=T-Te，在50Hz的情 況下，由發(fā)送時刻的偏差引起的相位誤差為
(6) 計算總的相位誤差為Q=QfQy
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能變電站交流采樣值相位誤差的測量電路及其方法，其電路主要由時鐘分析模塊、倍頻模塊、信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、以太網(wǎng)光纖接收器、以太網(wǎng)MAC、以太網(wǎng)PHY、CPU處理器組成；所述CPU處理器從所述以太網(wǎng)MAC中獲取合并單元的采樣值，從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊中獲取所述電路的采樣值，從所述有效脈沖中獲取采樣值報文的發(fā)送時刻，并進行相位誤差計算。本發(fā)明是用于對由合并單元的接入引起的相位誤差進行測量，避免了對調(diào)理電路和額定延時的直接測量。
【IPC分類】G01R25-00
【公開號】CN104569587
【申請?zhí)枴緾N201410759500
【發(fā)明人】秦健, 張正洋, 王展, 石慧, 姬慧, 陳艷, 陸偉, 張鵬
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司揚州供電公司, 武漢中元華電科技股份有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月11日