一种实现高精度同步相量测量的方法技术

本发明专利技术公开了一种实现高精度同步相量测量的方法，包括以下步骤：（１）使守时装置输出精密分秒脉冲；（２）将精密分秒脉冲输入到采集卡的触发端；（３）采集卡得知当前的触发脉冲在秒内的具体位置；（４）采集卡采集得到数据序列后，再通过和守时装置中的ＧＰＳ模块通信，得到当前采集数据序列第一点对应的粗略时刻，再由步骤（３）推算得到当前采集数据序列第一点对应的精确采集时刻，然后计算得到相量测量结果。本发明专利技术通过守时装置输出精密的分秒脉冲，来启动采集卡在一秒内多次采集，这样可以避免计算结果的误差，精度高；可以在采集卡上使用低精度晶体的同时保证结果精度，因而方便使用第三方ＰＣＩ／ｃＰＣＩ采集卡，节省了生产成本，能够提高企业的经济效益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统自动测量
，尤其涉及一种精密分秒脉冲和采集卡配 合实现的高精度同步相量测量的方法。技术背景 目前，电力系统中电压和电流都是随时间做正弦变化的时变量，都可用相量表示， 以标准时间信号作为采样过程的基准，通过对采样数据计算而得的相量称为同步相量。相 量测量装置(PMU)是用于进行同步相量的测量和输出以及进行动态记录的装置，由守时装 置、采集卡和数据处理模块构成。现有的PMU装置按照采样原则可以分为变频采样和定频 采样两大类；如果按照硬件体系的不同分类可以分为PC/104体系、PCI/cPCI/PXI体系或 DSP+AD转换+单片机体系等。在上述硬件体系和采样原则的组合中，PCI/cPCI/PXI体系加 定频采样是一种相对较好的组合，cPCI和PXI结构已经经过电信军工等多个行业验证，表 明可靠性、MTBF(平均故障间隔时间)、性能、散热、可扩展性等多种指标都有优越的表现， 而定频采样容易实现全网的同步采集，保证同步复现。但是使用PCI/cPCI/PXI体系和定频 采样原则实现相量测量装置时，需要保证PCI/cPCI/PXI采集卡采样点的精度，目前一般的 做法是用PPS (秒脉冲)来触发采集卡采样，每一秒内的采样控制则由采集卡本身时钟来决 定。由于国家标准对相量测量结果精度要求很高，而商业采集卡往往使用普通晶体作为整 个采集卡的时钟源，这将导致采集卡采样间隔存在偏差，这种间隔的偏差会引起相量测量 结果的偏差。举例来说，如果使用普通晶体，并且以精确的(误差小于50ns)的pps启动采 集1秒数据，那么，在采集过程中，采集的起点是准确的，但采样点间的间隔相对于期望的 间隔可能会被压缩或延伸。这种间隔偏差引起相量测量结果偏差的情况可以计算如下 假设输入信号为完美的余弦信号，即 如果采集卡的晶振绝对准确，一个周波采集125点，则第一周波采样点应为 显然，利用上述数据进行DFT (离散傅里叶变换)计算，得到的结果不会存在偏差， 计算相量结果角度精确的等于a。但如果采集卡的晶振有IOOppm(相当于万分之一)的频率漂移，那么第一周波采 样得到的数据应该是 依次类推，第50周波采样得到的数据是 此时仍然采用DFT算法，df = 0. 005003计算结果就存在偏差，当α =0时，得到的角度结果为α ‘ = 1.76 角度偏差了 1. 76度，这是不能允许的。对于这个现象的解释采样时采样频率稍 有误差并不会有太大的影响，但是采样的开始时刻必须精确，错Ius就是0. 018度，在上面 的数列中，如果不知道频率漂移的具体数值，认为是在处理这一秒最后一周波的数据，因此 认为该周波数据是在该秒的980ms开始采集，但是实际上不是这样，该周波数据采集开始 时刻比预期的时刻增加了 6126*0. 0001/125*0. 02 = 0. 000098016s，这98us对应的角度正 好是1.76度。当然，采集卡上的晶体可能温度系数会比IOOppm要好一些，典型值为10_25ppm之 间，但是即使如此，如果仅使用秒脉冲来触发采集，在每一秒的最后一周波角度偏差仍会大 于标准要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，能够保证相量测量结 果精度。本专利技术采用下述技术方案，包括以下步骤 (1)、使守时装置输出精密分秒脉冲；(2)、将精密分秒脉冲输入到采集卡的触发端；(3)、采 集卡得知当前的触发脉冲在秒内的具体位置；(4)、采集卡采集得到数据序列后，再通过和 守时装置中的GPS模块通信，得到当前采集数据序列第一点对应的粗略时刻，再由步骤(3) 推算得到当前采集数据序列第一点对应的精确采集时刻，然后计算得到相量测量结果。所述步骤(3)具体为将pps秒脉冲作为采集量输入采集卡的采集通道，当触发 采集得到的数据中正巧PPS信号对应通道为高电平时，则得知该包数据为本秒的第一包数 据。所述的步骤(3)的另一种实现方式具体为将精密分秒脉冲与pps秒脉冲均输入 到计数器，每个分秒脉冲到达时计数器累加，秒脉冲到达时计数器清零，然后再将计数器的 输出输入到采集卡的采集通道，采集卡接收到数据通过分析对应计数器的通道得到当前数 据包为秒内的第几包数据。所述的步骤⑴具体为守时装置中恒温晶体高频振荡器的输出方波进入FPGA， FPGA对该方波进行记数，每累计到预先设定的数值就输出一个精密分秒脉冲。本专利技术通过守时装置输出精密的分秒脉冲，来启动采集卡在一秒内多次采集，这 样可以避免计算结果的误差，精度高；本专利技术所述方法可以在采集卡上使用低精度晶体的 同时保证结果精度，因而方便使用第三方PCI/cPCI采集卡，节省了生产成本，能够提高企 业的经济效益。附图说明图1为本专利技术中实施例一的电路框图；图2为本专利技术中实施例二的电路框图。具体实施例方式如图1和图2所示，本专利技术相量测量装置的部分装置守时装置1与采集卡2，采集 卡2的触发信号为守时装置1的恒温晶振经过FPGA(现场可编程门阵列)分频后产生的精 密分秒脉冲(实为经过PPS校准的精密方波)，精密分秒脉冲频率(精密分秒脉冲频率为 50Hz或者IOOHz等)由希望每秒计算相量的次数决定。例如，如果希望每秒提供50次相量 数据，则脉冲应为50Hz方波，该脉冲的时间精度由恒温晶振保证，可做到上升沿距正确时 间误差小于50ns。本专利技术使用精密分秒脉冲触发采集卡2实现高精度同步相量测量的方法 如实施例一与实施例二所述。实施例一本专利技术包括以下步骤，如图1所示1)使守时装置1输出精密的分秒脉冲恒温晶体高频振荡器的输出方波进入 FPGA，FPGA对该方波进行记数，每累计到预先设定的数值就输出一个分秒脉冲(例如当恒 温晶体构成的高频振荡器频率为50MHz时，FPGA每得到1000000个上升沿就输出一个分秒 脉冲)；2)将此分秒脉冲输入到采集卡2的触发端(即FPGA的触发端)，触发采集卡2启 动采集；3)采集卡得知当前的触发脉冲在秒内的具体位置将pps秒脉冲作为采集量输入 采集卡2的采集通道，如果触发采集得到的数据中正巧pps信号对应通道为高电平，则该包 数据为本秒的第一包数据；4)采集卡2采集得到数据序列后，再通过和GPS模块通信，得到当前采集数据序列 第一点对应的粗略时刻(精确到秒)，再根据步骤(3)，推算得到当前采集数据序列第一点 对应的精确采集时刻，然后通过DFT (离散傅里叶变换)算法得到精确的相量结果。实施例二 与实施例一不同的是步骤(3)，本实施例中步骤(3)采集卡得知当前的 触发脉冲在秒内的具体位置如图2所示，将精密分秒脉冲与pps秒脉冲均输入到计数器， 每个分秒脉冲到达时计数器累加，pps秒脉冲到达时则清零，然后再将计数器的输出输入到 采集卡2的采集通道，采集卡2接收到数据以后，通过分析对应计数器的通道得到当前数据 包为秒内的第几包。本专利技术中所述采集卡2采用凌华的PX12206采集卡，本专利技术所述方法也可用在其 它采集卡上。本专利技术中使用分秒脉冲代替秒脉冲做触发信号后，相量计算精度可以大大提 高，仍以每秒的最后一周波为例，现在由于触发时刻为精确的980ms，则数据序列变为Γ ,6125 + 1*1.0001 ^ λ 6125 + 2*1.0001 ^ 、cos(-*2π + α)，cos(-*2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现高精度同步相量测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：（１）、使守时装置输出精密分秒脉冲；（２）、将精密分秒脉冲输入到采集卡的触发端；（３）、采集卡得知当前的触发脉冲在秒内的具体位置；（４）、采集卡采集得到数据序列后，再通过和守时装置中的ＧＰＳ模块通信，得到当前采集数据序列第一点对应的粗略时刻，再由步骤（３）推算得到当前采集数据序列第一点对应的精确采集时刻，然后计算得到相量测量结果。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏强，郭为民，孙素琴，
申请(专利权)人：河南电力试验研究院，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]