一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置，包括：电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路、主控现场可编程门阵列单元；电压和电流输入传变电路，用于将电力系统的电压电流暂态信号线性地传变为包含有多个频率段的模拟电压电流信号；信号调理电路，用于对多个频率段的模拟电压电流信号进行滤波和运放处理；模数转换电路，用于将模拟电压电流信号转换为数字电压电流信号；主控现场可编程门阵列单元，用于实现对电压电流暂态信号的同步高速采样。本实用新型专利技术的装置可以实现多个通道的同步高速数据采样，并且多个采样装置可以在同一个时钟信号的控制下实现多采样模块的同步采样，使得采样通道的扩展不受限制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置，包括：电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路、主控现场可编程门阵列单元；电压和电流输入传变电路，用于将电力系统的电压电流暂态信号线性地传变为包含有多个频率段的模拟电压电流信号；信号调理电路，用于对多个频率段的模拟电压电流信号进行滤波和运放处理；模数转换电路，用于将模拟电压电流信号转换为数字电压电流信号；主控现场可编程门阵列单元，用于实现对电压电流暂态信号的同步高速采样。本技术的装置可以实现多个通道的同步高速数据采样，并且多个采样装置可以在同一个时钟信号的控制下实现多采样模块的同步采样，使得采样通道的扩展不受限制。【专利说明】一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置
本技术涉及电力
，尤其涉及一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置。
技术介绍
目前，常规的电力系统微机保护对电气模拟量信号的采集，基本都是基于周期性的稳态工频信号，通过频率跟踪技术实现多通道的数据同步采样，采样速率不高，相关技术也已经比较成熟。在采样速率方面，无论是大规模使用的微机保护采样系统还是数字化变电站中使用的采样系统，每个工频周期的采样率基本都小于200点/周波，装置能够分辨的最高谐波次数不会超过20次谐波。近几年，人们认识到电力系统故障暂态信号中含有丰富的高频分量，通过数字信号处理技术可以从中获得一些非常有价值的故障特征信息，因此，基于故障信号暂态信号的保护理论逐渐得到开发和应用。但是，相对于稳态信号，暂态信号的采样存在以下难题:1、信号呈现非周期性，无法使用频率跟踪方法实现同步采样。2、信号持续时间很短，一般只有几个毫秒，甚至只有几十微秒。3、一般需要对多条线路的电压、电流等模拟量进行同步采样，单片模数转换器(以下简称ADC)有时无法完成所有通道的采集。传统的数据采集方式，是使用微控制器(以下简称MCU)来控制ADC工作，该方式电路简单，在一些采样通道不多，采样速率要求不高的系统中得到广泛应用，但是，在高速采样系统中，如果仍然采用这种方式，将带来很多问题，主要有:1、采样速度受MCU处理速度的影响。由于ADC是在MCU的控制下进行数据的采样、传输，所以，数据采样速度不可能高于MCU的工作频率。同时，通讯、人机、数据处理等其它任务也会占用MCU大量的时间，因此，利用MCU控制ADC工作的方式效率比较低，限制了采样速率的提高。2、ADC与MCU时序同步存在问题电力系统中，一般需要多通道同步采样。当采样频率过高时,对MCU与ADC之间的时序同步要求非常高，如果无法同步，将引起ADC无法正常工作，导致整个数据采集系统崩溃。3、影响MCU的工作效率当采样频率过高时，MCU将会把大量的处理器时间用于控制ADC及读取转换后的数据，从而导致分配给其他任务的时间减少，影响系统的整体性能。过去在解决高速采样系统时，由于没有好的方法，只好额外采用一片从MCU来专门控制ADC，然后通过通讯接口将采样数据传给主MCU，这将增加硬件成本，降低硬件可靠性，影响主MCU的运行效率。4、高速采样通道数目有限当MCU用于控制ADC进行高速采样时，受制于MCU本身的性能，如果增加过多采样通道，势必增加MCU的数据处理时间，影响系统性能。而在继电保护设备，特别是单相接地故障选线装置中，对采样通道数目和采样数据的同步性有较高的要求，若无法实现多通道的采样，则严重制约着装置的使用领域，不能满足实际运行需求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置，包括:电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路、主控现场可编程门阵列单元；所述电压和电流输入传变电路，用于将电力系统的电压电流暂态信号线性地传变为包含有多个频率段的模拟电压电流信号；所述信号调理电路，包括滤波电路和运放电路，用于对所述多个频率段的模拟电压电流信号进行滤波和运放处理；所述模数转换电路，用于将经过所述信号调理电路处理的模拟电压电流信号转换为数字电压电流信号；主控现场可编程门阵列单元，用于生成控制信号以控制所述电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路工作以实现对所述电压电流暂态信号的同步高速采样。其中，所述装置还包括:外部时钟电路；用于产生所述主控现场可编程门阵列单元生成控制信号所需的外部时钟信号。其中，所述电压和电流输入传变电路包括:用于传变电压暂态信号的霍尔传感器；用于传变电流暂态信号的罗氏线圈。其中，所述主控现场可编程门阵列单元包括:基准定时采样控制模块，用于检测微控制单元或者全球定位系统装置发出的基准定时采样控制信号；模数转换控制模块，其转换信号线和读数据信号线与所述主控现场可编程门阵列单元的输入/输出管脚连接，当所述基准定时采样控制模块检测到基准定时采样控制信号后，输出模数转换控制信号，以控制所述模数转换电路的所有通道进行同步高速采样，在采样完成后的，将采样数据存储到双口随机存取存储器中；双口随机存取存储器，其包括两个双口随机存取存储器区以实现的高速数据缓存功能。其中，所述主控现场可编程门阵列单元将所述模数转换器输出的数字信号存储到第一个双口随机存取存储器区处，当第一个双口随机存取存储器区存满数据后，所述主控现场可编程门阵列单元便向微处理器发出中断请求信号，同时立即将模数转换器输出的数字信号存储到第二个双口随机存取存储器区处；在第二个双口随机存取存储器区存满数据之前，微处理器响应中断请求，读出第一个双口随机存取存储器区里的数据；所述第二个双口随机存取存储器区存满数据后，所述主控现场可编程门阵列单元再将数据存储到第一个双口随机存取存储器区，然后微处理器在第一个双口随机存取存储器区存满数据之前读取第二个双口随机存取存储器区里的数据。其中，所述微处理器从第一个双口随机存取存储器区或者第二个双口随机存取存储器区中读数据的时间小于向第一个双口随机存取存储器区或者第二个双口随机存取存储器区中写数据的时间。其中，所述主控现场可编程门阵列单元还包括:中断产生控制模块，在其控制双口随机存取存储器在预定的地址空间内存放数据完成后，产生一个中断信号，该中断信号与外部中断源相连接。其中，所述装置还包括:中央处理器，用于检测所述中断产生控制模块产生的中断信号，当其检测到该中断信号有效后，释放数据总线、地址总线、控制总线来读取双口随机存取存储器中缓存的采样数据。其中，所述中央处理器读取完所述双口随机存取存储器的一个地址中的数据时，所述中断产生控制模块收回中断信号，使该双口随机存取存储器准备好进行下一次的数据缓存。实施本技术，具有如下有益效果:本技术利用现场可编程门阵列单元(以下简称FPGA)控制模数转换器(ADC)实现的电力系统中电压、电流暂态信号的高速同步数据采样，以克服传统的使用MCU控制ADC进行数据采样的一系列缺点。本技术设计的一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置可以实现多个通道的同步高速数据采样，并且多个电压电流暂态信号高速同步数据采样装置可以在同一个时钟信号的控制下实现多采样模块的同步采样，使得采样通道的扩展不受限制。【专利附图】【附图说明】为了更清楚地说明本技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电压电流暂态信号高速同步数据采样装置，其特征在于，包括：电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路、主控现场可编程门阵列单元；所述电压和电流输入传变电路，用于将电力系统的电压电流暂态信号线性地传变为包含有多个频率段的模拟电压电流信号；所述信号调理电路，包括滤波电路和运放电路，用于对所述多个频率段的模拟电压电流信号进行滤波和运放处理；所述模数转换电路，用于将经过所述信号调理电路处理的模拟电压电流信号转换为数字电压电流信号；主控现场可编程门阵列单元，用于生成控制信号以控制所述电压和电流输入传变电路、信号调理电路、模数转换电路工作以实现对所述电压电流暂态信号的同步高速采样。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：余英，姚森敬，张瑞，黄超，刘海峰，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，广西星宇智能电气有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44