基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法。本发明专利技术检测方法依据交流量信号及其经模数转换设备输出的物理层交流采样值信号，通过采样值信息获取且采样值信号再经数模转换还原为模拟量，以模数转换设备的模数转换迟延时间开关响应检测为基础，根据交流量信号、采样值信号、模拟量信号之间的实时响应特性检测，以及采样值信号及其携带信息的物理一致性检验，并综合采样值信号暂态的准同步特性与量测信息进行测算，可检验交流模数转换设备的交流信号至采样值转换的迟延时间、暂态测量准确性及其秒时域误差分布。该方法是目前交流稳态信号数字化采样检测方法的补充与完善，可深化交流信号数字化采样技术的物理溯源程度。

【技术实现步骤摘要】
基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法
本专利技术涉及电力设备检测方法，具体是一种基于通信物理层的交流采样值信号与信息，根据交流信号输入、采样值物理层信号输出以及采样值数据信息等三者之间的物理实时性与物理一致性，检测交流模数转换设备的实时转换迟延与暂态采样量测的方法。
技术介绍
近年来，随着智能电子设备（intelligentelectronicdevice，IED）技术能力提高，以及数据交换、网络通信技术的标准化应用，变电站实现了由微机化装置组成的综合自动化系统，向基于IEC61850数字化的变电站（以下简称，数字站）IED集成系统（以下简称，二次系统）的技术转变。交流信号实时测量功能的正确性，是变电站设备与电网运行的基本安全保障。数字站交流信号实时测量功能，可由间隔层与过程层IED设备共同实现。工程实践中，数字站间隔层IED设备的测量、保护、故障分析等交流实时测量功能，易发生功率/差流偏差大、潮流计算不平衡等现象，影响一次设备和电网运行安全。而发生该类现象的间隔层IED设备，均具有综合多来源交流瞬时采样信号进行实时运算的共性特点。数字站二次系统，可采用“三层IED设备、两层以太网络”的结构，分为站控层、间隔层、过程层的IED，各层IED设备之间分别组网连接，IED既可横向也可纵向交换数据；也可采用“三层IED设备共以太网络”的结构，既保留了上述优点也简化了系统设备的网络连接。其中，间隔层IED多为保护、安自、测控、故障记录等单元设备，过程层IED可为合并单元（mergingunit，MU）、智能终端等单体（或一体化）设备，且MU可面向多个互感器进行交流合并采样。若以一次设备的间隔功能为整体（如，测控、保护等），则可将数字站二次系统相关间隔层、过程层IED划分成设备组，各设备组整体上类似于传统二次系统的间隔层设备（即，型式上可认为将传统间隔层IED，分为了间隔层的一次设备对象功能IED与过程层的一次设备接口IED）。二次系统交流信号采样测量通道，由互感器一次侧至间隔层IED，可按电磁互感器、电子互感器等分为两种类型：一，电磁互感器，互感器输出反应一次侧状况的电流/电压信号，经模拟量合并单元进行内部A/D采样转换，MU合并生成数字信息并发送至间隔层IED；二，电子式互感器，互感器的传感器、A/D采集板之间直接连接并形成反应一次侧状况的数字信息，A/D采集板的数字信息输出端口与数字MU的输入端口直接连接，MU合并生成数字信息并发送至间隔层IED。因此，可将上述A/D采集板、MU输出的交流瞬时采样数字信息称为采样值（sampledvalue，SV），应能实时反应其互感器一次侧电流、电压的实际状况；MU与间隔层IED的SV信息链接方式，既可为端口间直接连接、也可为端口间经网络链接；互感器相关的间隔层IED，可共享该互感器MU的SV信息。SV数据格式（以下简称，SV帧），可采用IEC60044-8、IEC61850-9-2标准。SV帧信息的传输媒介，可采用IEEE802标准规范的以太网物理层的通信规则、介质、接口，可采用光波、电平信号（以下简称，SV信号）承载的传输方式。通常SV信号包含了SV帧信息相应的信号段，即，可根据信号波形解析出其传输的信息。IED光、电接口之间的连接与通信，可采用光/电转换接口设备进行数据信号转换；接口设备转换迟延时间的不确定度一般可由其电信号输入/输出接口，采取数据信号经电/光转换、光纤连接与光/电转换过程测得（宜在100ns以内并应稳定）。根据前述MU与间隔层IED的直接连接、网络链接等两种方式，若整体将互感器一次侧至MU输出SV采样值视同A/D转换环节，则可将MU实时反应互感器一次侧电流、电压状况并由SV信号承载的SV帧主要携带数据信息，分为两类（即，交流响应、时间同步）共三种：一，交流响应类的量测值（Val）信息，一次侧瞬时交流量的A/D比例转换值（可称为瞬时比差量测）；二，交流响应类的迟延时间值（Dly）信息，SV信号滞后于其Val的采样时刻的时间（若以交流信号周波为对象，则类似A/D转换带来角度滞后差）；三，时间同步类的帧序号值（Num）信息，用于表述MU的采样节拍稳定性，以及MU时间同步方式下表述不同MU之间采样时刻相对一致性。因此，间隔层IED直接连接MU时，可通过标记各SV信号的接收时刻，并结合其SV帧的Val、Dly信息，进行交流通道之间的实时测量；间隔层IED网络链接MU时，基于MU的SV信号交流响应正确性以及MU时间同步，一般可采取默认Num连续的SV信号时间间隔一致的方式，实现交流测量通道之间的运算。例如，工程实际应用可忽略电磁式互感器产生的转换迟延时间，若模拟量MU输入50Hz电压（或电流）互感器信号ū（或ī）、内部比例转换系数k=1（如，k=ū÷Val）、采样频率4kHz，且MU时钟准确、稳定，则理想状况下：MU每秒内等间隔250μs同步采样4000次（即，1PPS间隔内采样4000点、每周波采样80点），并可以Num为0～3999顺序发送相应SV信号；若MU从采样交流信号至相应SV信号输出的迟延时间稳定，则可将SV的Dly置为常数（即Dly=C，一般应小于2ms）；Val为Dly时间前的瞬时交流信号幅度的数值，即Val(t+Dly)=ū(t)÷k=ū(t)（或Val(t+Dly)=ī(t)）。其中，目前通常要求MU的SV抖动不超过10μs，即，若MU采样节拍稳定并且其某SV信号相较某基准时间断面的准同步度为±5μs，则相较基准断面不同MU的SV信号之间准同步差小于10μs（约0.2°），利于间隔层IED应用不同SV信号进行功率或差流的准确计算，但相关标准大都尚未明确定义到该程度。至此，SV信号的交流实时响应能力，物理上可划分为三个层次：一，物理迟延性，反映某时刻一次侧交流量的物理SV信号，从一次侧采样、转换处理至SV信号输出的A/D转换全过程具有迟延；二，物理稳定性，SV信号迟延应稳定且应有较小的准同步度；三，物理一致性，SV信号及其SV帧中迟延时间Dly的信息，应与上述物理迟延性、稳定性一致，并且其SV数据帧中量测值Val的信息应正确反映其采样时刻的瞬时交流量。综上所述，可将交流信号输入、内部模数转换并处理为SV信号输出的IED设备，统称为交流模数转换设备。该类设备的实际应用，既可为电子式互感器的A/D采集板，又可为输入电磁式互感器信号的模拟量MU，也可为A/D采集板与数字MU的集成设备组；其输出的SV信号可为电信号或光信号。通过交流量信号输入与SV电信号输出（或采用光/电转换接口设备和光纤将SV光信号转换为电信号，但应明确其转换迟延的不确定度），综合SV信号及其SV帧的实时性检测，结合SV信号的暂态过零测算与准同步测算，可检测该类设备实时响应能力的模数转换迟延与暂态过程量测的准确性。目前检测SV信号（以下特指SV电信号）响应正确性，主要参照稳定的交流信号，多采用实时控制采样节拍进行量测迭代、过零比较相结合的稳态方法。而针对因设备的器件性能、时钟节拍控制、数字化处理等，所引起SV信号的采样滞后、离散分布等暂态响应特性，目前尚需完善与提高其检测方法的物理可展示性、可溯源性。本申请采用“交流采样值信号数模转换器”（另案申请）的S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法，其特征在于：用到交流模数转换设备(1)、标准交流信号源(2)、示波器(3)、采样值数模转换器(4)、网络信号分析仪(5)、光电转换器(6)、电路连接器(7)以及光纤(9)，标准交流信号源(2)的交流信号输出口(21)与交流模数转换设备(1)的交流信号输入口(11)与示波器(3)的第一通道输入口(31)之间串联或并联，交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)与光电转换器(6)的光信号通信输入口(61)之间由光纤(9)连接，光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)连接至示波器(3)的第二通道输入口(32)和电路连接器(7)的第三接口(73)，电路连接器(7)的第一接口(71)连接至采样值数模转换器(4)的电信号通信输入口(41)和网络信号分析仪(5)的电信号通信输入口(52)，采样值数模转换器(4)的标记脉冲信号输出口(42)和模拟量信号输出口(43)分别连接至示波器(3)的第四通道输入口(34)和第五通道输入口(35)，网络信号分析仪(5)的标记脉冲信号输出口(53)连接至示波器(3)的第六通道输入口(36)，网络信号分析仪(5)的电信号通信输出口(51)连接至示波器(3)的第三通道输入口(33)、光电转换器(6)的电信号通信输入口(63)和电路连接器(7)的第二接口(72)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法，其特征在于：用到交流模数转换设备(1)、标准交流信号源(2)、示波器(3)、采样值数模转换器(4)、网络信号分析仪(5)、光电转换器(6)、电路连接器(7)以及光纤(9)，标准交流信号源(2)的交流信号输出口(21)与交流模数转换设备(1)的交流信号输入口(11)与示波器(3)的第一通道输入口(31)之间串联或并联，交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)与光电转换器(6)的光信号通信输入口(61)之间由光纤(9)连接，光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)连接至示波器(3)的第二通道输入口(32)和电路连接器(7)的第三接口(73)，电路连接器(7)的第一接口(71)连接至采样值数模转换器(4)的电信号通信输入口(41)和网络信号分析仪(5)的电信号通信输入口(52)，采样值数模转换器(4)的标记脉冲信号输出口(42)和模拟量信号输出口(43)分别连接至示波器(3)的第四通道输入口(34)和第五通道输入口(35)，网络信号分析仪(5)的标记脉冲信号输出口(53)连接至示波器(3)的第六通道输入口(36)，网络信号分析仪(5)的电信号通信输出口(51)连接至示波器(3)的第三通道输入口(33)、光电转换器(6)的电信号通信输入口(63)和电路连接器(7)的第二接口(72)；所测试的交流模数转换设备实时响应能力的模数转换迟延偏差ΔTDLY及模数转换准同步量测偏差ΔUQSyn，经过以下步骤检出：步骤171：在标准交流信号源(2)设置交流信号输出口(21)输出的AC交流信号：置AC信号频率为f，若为交流电压信号ū则最大幅值为U且交流信号输出口(21)与交流信号输入口(11)和示波器(3)的第一通道输入口(31)之间为并联；若为交流电流信号ī则最大幅值为I且交流信号输出口(21)与交流信号输入口(11)和示波器(3)的第一通道输入口(31)之间为串联；并可知AC信号的半周期时间(ΔT/2)与半波参比基准积分值UST；步骤172：在交流模数转换设备(1)的人机接口(15)设置：模数转换系数(k)为1，采样值信号SV每秒时段内等间隔发送次数fSV为10×f，SV的帧信息的模数转换迟延信息Dly置为常数C，每秒时段内顺次SV的帧信息的序号值信息Num为0至(fSV-1)；可知交流模数转换设备(1)的光信号通信输出口(12)或光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)输出的SV采样间隔平均时间(δt)为1/fSV；SV输出时刻的帧信息中的量测值信息Val，为该时刻模数转换迟延时间ΔtAD前的交流信号输入口(11)的AC信号瞬时量测信息；步骤173：在采样值数模转换器(4)的人机接口(45)设置：置数模转换系数(k')为1，电信号通信输入口(41)接收到SV后由标记脉冲信号输出口(42)输出标记脉冲、由模拟量信号输出口(43)输出模拟量；其中，采样值数模转换器(4)电信号通信输入口(41)接收到SV后，经标记脉冲响应时间ΔtRD将由标记脉冲信号输出口(42)输出标记脉冲，经数模转换阶跃响应时间ΔtDA并按照SV的Val值将由模拟量信号输出口(43)输出模拟量；步骤174：在网络信号分析仪(5)的人机接口(55)设置捕获某交流半波暂态过程SV数据：指定Num为n的SV为首个SV、Num为(n+5)的SV为SV'，若经电信号通信输入口(52)收到首个SV时则由标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)指向首个SV，并记录下Num为n的首个SV直至Num为(n+5)的SV'的数据组〔Num、Dly、Val〕；其中，标记脉冲信号输出口(53)的标记脉冲信号上升沿(53a)响应电信号通信输入口(52)接收首个SV结束时刻(52a)的响应时间为ΔtRN；步骤175：在示波器(3)设置：置显示与记录的时间域，由第六通道输入口(36)输入的网络信号分析仪(5)标记脉冲信号输出口(53)输出的标记脉冲信号上升沿(53a)触发锁定显示与记录域；步骤181：电路连接器(7)内部将第一接口(71)仅与第三接口(73)连接；步骤182：标准交流信号源(2)启动输出AC交流信号，示波器(3)的第一通道输入口(31)监测交流模数转换设备(1)的交流信号输入口(11)输入的AC信号正确；步骤183：交流模数转换设备(1)启动交流信号输入口(11)至光信号通信输出口(12)并经光电转换器(6)的电信号通信输出口(62)输出的SV模数转换，示波器(3)的第二通道输入口(32)监测光电转换器(6)电信号通信输出口(62)的SV正常；步骤184：采样值数模转换器(4)启动数模转换，示波器(3)的第四通道输入口(34)监测采样值数模转换器(4)的标记脉冲信号输出口(42)信号输出正常、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏，夏勇军，孙鹏，舒欣，陈前臣，王晋，张侃君，胡刚，蔡勇，宿磊，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉市豪迈电力自动化技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11