一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端及方法技术

本发明专利技术公开了一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端及方法，为不同类型保护控制装置提供相互独立解耦的采样值，每组采样回路按照各自独立的采样率进行同步采样，每组采样值通过对应的网络端口发送并共享。不同采集与控制公用终端之间的采样中断与同步基于同源的对时报文、并通过整秒等间隔均分控制与守时来实现，不依赖外部时钟，保证采样稳定可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化领域，涉及一种就地化安装电力二次设备，具体涉及一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端及方法。
技术介绍
随着计算机、微电子技术在电力行业应用的不断发展，以及电力二次设备制造水平的提高，变电站电力二次设备逐渐从控制室内集中组屏式安装向户外一次设备就地化安装的方向发展。就地化安装的电力二次设备包括继电保护、测控、合并单元与智能终端，这些设备采用光纤环网进行通信，变电站一次、二次设备状态信息在同一网络上传输，数据实现了充分共享。保护控制设备针对不同的应用场合对模拟量采样有不同的采样率需求，如线路保护装置每周波(工频)24点采样即可满足要求，变压器、母线保护装置一般则采用更高的采样率(例如：每周波40点采样)来提高励磁涌流、CT饱和判别的灵敏度。测控装置要求工频每周波80点采样。以往合并单元与保护控制设备之间为点对点连接关系，为满足不同二次设备的不同应用需求，采用固定采样率每周波80点的方法完成模拟量采样，通过光纤将采样值传输到保护控制装置，保护控制装置接收到原始采样值后通过重采样环节计算得到本装置需要的采样值。目前智能变电站合并单元的采样同步基于外部GPS/BDS对时源实现，各合并单元均接入同源的秒脉冲对时信号，并在秒脉冲发生时刻开始采样，以达到不同合并单元之间采样同步的目的。这种采样同步机制的问题是：1)保护装置必须要重采样，增加了装置的处理能力需求；2)当GPS/BDS对时失去或不稳定情况下，合并单元的采样时刻易受到影响而出现异常，可能影响保护控制装置的性能，甚至造成保护控制设备退出运行或不正确动作，进而威胁电力系统的安全运行。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，适用于就地化、无防护安装的环境场合，通过共享终端的数据采集与执行功能，并根据不同保护控制设备应用要求提供与之匹配的采样率数据，减轻保护控制装置重采样的计算负担，简化保护装置的软件设计，提高可靠性，同时数据采样同步不依赖外部GPS/BDS对时源，各数据环路互不影响，进一步提高保护控制装置及系统的可靠性。实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：包括ADC采样模块、微处理器芯片、FPGA芯片和控制信号输出端口；所述ADC采样模块和微处理器芯片的数据传输端分别与FPGA芯片的数据传输端相连；所述微处理器芯片还与控制信号输出端口相连；所述ADC采样模块的输入端口和控制信号输出端口均用于与被采集和控制的设备相连；所述微处理器芯片用于管理和配置FPGA芯片，还用于检测控制信号输出端口的电流，对开出结果进行实时记录；所述FPGA芯片包括采样时刻等间隔均分模块、重采样模块和网络数据端口模块；所述采样时刻等间隔均分模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率进行采样时刻的等间隔均分控制形成新的采样率，并使得ADC采样模块按照新的采样率进行采样；所述重采样模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率对ADC采样模块采样到的数据进行重新数字插值计算处理后利用网络数据端口模块发送出去。进一步地，所述网络数据端口模块包括双向以太环网端口和/或共用组网端口；所述双向环网端口包括存储转发模块、HSR(IEC62439-3)协议处理模块、SV报文延时测量模块、内部计算时延模块、对时同步报文传输模块；所述共用组网端口包括报文优先级控制模块、点对点报文同步模块、IEC61588对时模块。进一步地，所述ADC采样模块为多组独立的ADC采样回路或者共用ADC采样回路。进一步地，所述采样时刻等间隔均分模块经过以下步骤产生同步采样脉冲：步骤一、利用晶振每秒测量一次主机发送的秒脉冲的周期Tpps与采集与控制公用终端生成的同步采样脉冲的周期的同步误差ΔE；步骤二、使用主机发送的秒脉冲的周期值Tpps与同步误差ΔE的代数和对主机的采样率f作除法运算，公式如下：式中±符号的取舍由ΔE决定，当ΔE<T/2，取+，否则取-，运算得到的商作为同步采样脉冲的基准周期T，余数R作为基准周期T的补偿值；步骤三、将1秒均匀分成R个区间，除每个区间的最后一个同步采样脉冲的周期为T加1个晶振周期外，其余的同步采样脉冲周期均为T。进一步地，所述重采样模块包括以下步骤：步骤一、重采样模块根据主机的采样率确定定时发送时刻序列Ti；步骤二、在ADC采样模块采集时刻同时记录控制信号的晶振计数值(T)；步骤三、ADC采样模块将采集到数据和对应的晶振计数值放入数据缓冲池(D,T)；步骤四、重采样模块根据该次发送时刻Tn确定重采样时刻为Tn-1；步骤五、重采样模块在采样数据出现时，根据Tn-1查找相邻的原始数据(D1,T1),(D2,T2)，使得Tn-1处于T1、T2区间之间，其中，D1为先采样数据；步骤六、重采样模块根据下面公式进行发送数据计算：Dn＝D1+(D1-D0)*(Tn-1-T0)/(T1-T0)；步骤七、重采样模块计算发送数据的实际延时：Td＝Tn-Tn-1+Ts；其中：Td为发送时数据与一次系统信号的延时，Tn为采样数据报文实际输出时刻，Tn-1为采集数据对应的发送时刻，Ts为硬件采样低通时刻；步骤八、重采样模块将采样数据及采样数据延时提供给网络数据端口模块发送使用。一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端的采样和控制方法，包括以下步骤：步骤一、利用微处理器芯片对FPGA芯片进行配置，设置相关参数；步骤二、由至少一个环网网络和/或组网网络中的主机在设定的时刻发出对时报文和采样率，采集与控制公用终端记录对时报文到达时刻，并从对时报文中获得帧传输校正域值，推测出主机的秒脉冲发生时刻，根据对时报文中包含的传输路径时延信息和FPGA芯片本身的计算时延计算出采样同步的起始时刻，产生与主机同步的等效秒脉冲，用于实现采样同步；步骤三、FPGA芯片中的采样时刻等间隔均分模块每秒测量一次主机的秒脉冲的周期以及采集与控制公用终端生成的同步采样脉冲的同步误差，根据主机发出来的采样率计算出同步采样脉冲的周期，在1秒时间内调整同步采样脉冲与秒脉冲同步并且在秒脉冲之间等间隔分布形成新的采样率，ADC采样模块在步骤二中得到的采样同步的起始时刻按照新的采样率进行采样，采集到的数据在FPGA芯片内形成数据缓冲池；步骤四、FPGA芯片中重采样模块根据各主机发出来的采样率确定定时发送序列时刻并与主机同步，并根据当前发送时刻确定重采样时刻，根据重采样时刻查找数据缓冲池中相邻两点采样数据，使得重采样时刻处于两采样时刻之间，并根据该两点数据和发送时刻采用线性插值对发送时刻数据分别进行重采样，并计算实际发送时刻与数据原始信号之间的延时，重采样后的数据分别组成相应的SV报文经对应的网络数据端口模块发送出去；步骤五、微处理器芯片发出开出执行信号给被采集和控制的设备，并实时监测控制信号输出端口的开入变位以及跳闸电流，对开出结果进行实时记录。所述步骤四中，重采样后的数据分别组成相应的SV报文经对应的网络数据端口模块通过广播或者组播等间隔地发送到组网网络中。一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端的免配置的方法，包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：包括ADC采样模块、微处理器芯片、FPGA芯片和控制信号输出端口；所述ADC采样模块和微处理器芯片的数据传输端分别与FPGA芯片的数据传输端相连；所述微处理器芯片还与控制信号输出端口相连；所述ADC采样模块的输入端口和控制信号输出端口均用于与被采集和控制的设备相连；所述微处理器芯片用于管理和配置FPGA芯片，还用于检测控制信号输出端口的电流，对开出结果进行实时记录；所述FPGA芯片包括采样时刻等间隔均分模块、重采样模块和网络数据端口模块；所述采样时刻等间隔均分模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率进行采样时刻的等间隔均分控制形成新的采样率，并使得ADC采样模块按照新的采样率进行采样；所述重采样模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率对ADC采样模块采样到的数据进行重新数字插值计算处理后利用网络数据端口模块发送出去。

【技术特征摘要】
1.一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：包括ADC采样模块、微处理器芯片、FPGA芯片和控制信号输出端口；所述ADC采样模块和微处理器芯片的数据传输端分别与FPGA芯片的数据传输端相连；所述微处理器芯片还与控制信号输出端口相连；所述ADC采样模块的输入端口和控制信号输出端口均用于与被采集和控制的设备相连；所述微处理器芯片用于管理和配置FPGA芯片，还用于检测控制信号输出端口的电流，对开出结果进行实时记录；所述FPGA芯片包括采样时刻等间隔均分模块、重采样模块和网络数据端口模块；所述采样时刻等间隔均分模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率进行采样时刻的等间隔均分控制形成新的采样率，并使得ADC采样模块按照新的采样率进行采样；所述重采样模块用于根据来自环网网络或者组网网络中的主机的采样率对ADC采样模块采样到的数据进行重新数字插值计算处理后利用网络数据端口模块发送出去。2.根据权利要求1所述的一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：所述网络数据端口模块包括双向以太环网端口和/或共用组网端口；所述双向环网端口包括存储转发模块、HSR(IEC62439-3)协议处理模块、SV报文延时测量模块、内部计算时延模块、对时同步报文传输模块；所述共用组网端口包括报文优先级控制模块、点对点报文同步模块、IEC61588对时模块。3.根据权利要求1所述的一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：所述ADC采样模块为多组独立的ADC采样回路或者共用ADC采样回路。4.根据权利要求1所述的一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：所述采样时刻等间隔均分模块经过以下步骤产生同步采样脉冲：步骤一、利用晶振每秒测量一次主机发送的秒脉冲的周期Tpps与采集与控制公用终端生成的同步采样脉冲的周期的同步误差ΔE；步骤二、使用主机发送的秒脉冲的周期值Tpps与同步误差ΔE的代数和对主机的采样率f作除法运算，公式如下：T=Tpps±ΔEf]]>式中±符号的取舍由ΔE决定，当ΔE<T/2，取+，否则取-，运算得到的商作为同步采样脉冲的基准周期T，余数R作为基准周期T的补偿值；步骤三、将1秒均匀分成R个区间，除每个区间的最后一个同步采样脉冲的周期为T加1个晶振周期外，其余的同步采样脉冲周期均为T。5.根据权利要求1所述的一种端口采样率可独立配置的就地化采集与控制公用终端，其特征在于：所述重采样模块包括以下步骤：步骤一、重采样模块根据主机的采样率确定定时发送时刻序列Ti；步骤二、在ADC采样模块采集时刻同时记录控制信号的晶振计数值(T)；步骤三、ADC采样模块将采集到数据和对应的晶振计数值放入数据缓冲池(D,T)；步骤四、重采样模块根据该次发送时刻Tn确定重采样时刻为Tn-1；步骤五、重采样模块在采样数据出现时，根据Tn-1查找相邻的原始数据(D1,T1),(D2,T2)，使得Tn-1处于T1、T2区间之间，其中，D1为先采样数据；步骤六、重采样模块根据下面公式进行发送数据计算：Dn＝D1+(D1-D0)*(Tn-1-T0)/(T1-T0)；步骤七、重采...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉平，周华良，吴通华，吴海，姜雷，胡国，戴魏，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32