本发明专利技术公开了一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置，包括：秒脉冲检测电路：定时测量一次秒脉冲的周期Tpps，并根据秒脉冲的绝对周期值及连续两次周期的相对变化值来判断秒脉冲的有效性；偏差检测电路：在秒脉冲上升沿时刻测量同步采样脉冲的同步误差ΔE；周期计算电路：使用秒脉冲的有效周期值Tpps与同步误差ΔE的代数和对采样频率f作除法运算，得到同步采样脉冲的基准周期T和余数R；脉冲输出电路，使用本地计数器C计数，当C≥T或C≥T+1时，产生一次新的同步采样脉冲。本发明专利技术具有以下优点：本发明专利技术的电路结构简单，成本低；同步采样脉冲跟踪秒脉冲的速度快，同步误差小；同步采样脉冲在秒脉冲之间分布均匀，动态误差小。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置，包括：秒脉冲检测电路：定时测量一次秒脉冲的周期Tpps，并根据秒脉冲的绝对周期值及连续两次周期的相对变化值来判断秒脉冲的有效性；偏差检测电路：在秒脉冲上升沿时刻测量同步采样脉冲的同步误差ΔE；周期计算电路：使用秒脉冲的有效周期值Tpps与同步误差ΔE的代数和对采样频率f作除法运算，得到同步采样脉冲的基准周期T和余数R；脉冲输出电路，使用本地计数器C计数，当C≥T或C≥T+1时，产生一次新的同步采样脉冲。本专利技术具有以下优点：本专利技术的电路结构简单，成本低；同步采样脉冲跟踪秒脉冲的速度快，同步误差小；同步采样脉冲在秒脉冲之间分布均匀，动态误差小。【专利说明】
本专利技术涉及电力系统分布式测控设备对一次设备交流模拟或数字信号的采集与同步，
属工业测控领域。
技术介绍
电力系统中有一些需要对来自一次设备的电流、电压数据进行时间相关组合的物理单元，如合并单元(MU)、同步相量测量装置(PMU)等。此类设备接收来自不同电气间隔的电子式电压、电流互感器转换的一次设备模拟量，在内部实现采样同步后供自身实现相应测控功能，或将采样值合并发送给继电保护、测控、计量、录波等设备使用。采样值的同步性影响上述设备的性能甚至可靠性，对电力系统安全运行的意义重大。通常采样同步通过2种方式实现，分别是给各电子互感器的采集器提供同步采样脉冲；或者对来自不同电气间隔的原始异步采样值使用插值算法进行重采样处理。而不同设备之间的同步则依赖外部同步对时实现:将全球定位系统(GPS)/北斗授时源输出的同源的秒脉冲信号以点对点方式连接到各测控设备，各个测控设备的同步采样脉冲均在秒脉冲上升沿时刻锁定，并按照采样频率在两次秒脉冲之间实现均匀的等时间间隔的采样。基于外部同步对时方式实现的采样值同步很大程序上依赖于授时源信号的质量，若授时源因锁定卫星信号或主、备授时源相互切换，则会导致输出秒脉冲发生抖动，从而使采样值无效，此时同步采样脉冲应快速平稳地跟踪秒脉冲信号并保持同步，同步误差达到要求，缩短采样值无效的时间。同时同步采样脉冲在两次秒脉冲之间达到均匀分布以保证采样的等间隔性或重采样计算的精确度。
技术实现思路
本专利技术的目的是使用现场可编程门阵列(FPGA)电路设计一款适用于分布式测控设备的标准的同步采样脉冲发生芯片。此芯片基于硬件实时地自学习秒脉冲的特征值，并参考同步采样脉冲的同步误差，通过硬件逻辑算法自适应地实现同步采样脉冲与秒脉冲的快速平稳同步，以及同步采样脉冲在秒脉冲之间均匀分布的功能。本专利技术的技术方案是提供一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置，其特征在于，其包括: 秒脉冲检测电路:负责定时测量一次秒脉冲的周期Tpps，并根据秒脉冲的绝对周期值及连续两次周期的相对变化值来判断秒脉冲的有效性；偏差检测电路:负责在秒脉冲上升沿时刻测量同步采样脉冲的同步误差AE ； 周期计算电路:负责在秒脉冲有效的前提下使用秒脉冲的有效周期值Tpps与同步误差Λ E的代数和对采样频率f作除法运算，公式如下:，式中T为同步采样脉冲的基准周期，余数为R ； 脉冲输出电路，负责使用本地计数器C计数，当C > T或C > T+1时，产生一次新的同步采样脉冲。优选的，自适应动态同步采样控制装置还包括动态补偿电路，所述余数R作为动态补偿电路的输入值。优选的，所述动态补偿电路对同步采样脉冲进行计数，计数值记为N，该计数值在秒脉冲上升沿时刻复位为1，并累加至f ;当补偿不等式成立时，所述动态补偿电路对同步采样脉冲周期进行补偿，所述补偿不等式为=RXN≥Qi (i=0,1,2,......，R)，其中:Q0=f,Q i+1=Qi+f。 优选的，计算同步采样脉冲的基准周期T的公式中，土符号的取舍由Λ E决定，当ΛΕ〈Τ/2，取+，否则取_。优选的，所述偏差检测电路采用在秒脉冲上升沿时刻记录本地计数器C作为同步误差δε。优选的，所述秒脉冲检测电路每秒测量一次秒脉冲的周期；当同时满足以下两个条件时，该秒脉冲有效: O该秒脉冲的绝对周期值在ls±30us范围内； 2)连续两次秒脉冲的绝对周期值的差小于lus。优选的，所述秒脉冲检测电路、偏差检测电路、周期计算电路、脉冲输出电路和动态补偿电路均在FPGA内部使用硬件描述语言Veri log HDL及数学运算IP核进行设计实现。本专利技术还提供一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制方法，其特征在于:其包括以下步骤: 1)通过秒脉冲检测电路定时测量一次秒脉冲的周期Tpps，并根据秒脉冲的绝对周期值及连续两次周期的相对变化值来判断秒脉冲的有效性； 2)通过偏差检测电路在秒脉冲上升沿时刻测量同步采样脉冲的同步误差ΛΕ； 3)通过周期计算电路在秒脉冲有效的前提下使用秒脉冲的有效周期值Tpps与同步误差Λ E的代数和对采样频率f作除法运算，公式如下:，式中T为同步采样脉冲的基准周期，余数为R ； 4)通过脉冲输出电路使用本地计数器C计数，当C> T或C > T+1时，产生一次新的同步采样脉冲。优选的，还包括以下步骤: 5)通过动态补偿电路对同步采样脉冲进行计数，计数值记为N，该计数值在秒脉冲上升沿时刻复位为1，并累加至f ;当补偿不等式成立时，所述动态补偿电路对同步采样脉冲周期进行补偿，所述补偿不等式为=RXN≥Qi (i=0,l,2,......，R)，其中:Qtl=LQw=Qff^优选的，计算同步采样脉冲的基准周期T的公式中，土符号的取舍由ΛΕ决定，当ΛΕ〈Τ/2，取+，否则取-;所述秒脉冲检测电路每秒测量一次秒脉冲的周期；当同时满足以下两个条件时，该秒脉冲有效: 1)该秒脉冲的绝对周期值在ls±30us范围内； 2)连续两次秒脉冲的绝对周期值的差小于Ius； 所述秒脉冲检测电路、偏差检测电路、周期计算电路、脉冲输出电路和动态补偿电路均在FPGA内部使用硬件描述语言Verilog HDL及数学运算IP核进行设计实现。本技术方案充分利用FPGA电路工作的实时性和并发性，利用内部超大规模的可编程逻辑模块(CLB)将复杂的计算与逻辑处理分解成多个功能电路模块，各功能模块之间并行工作且相互配合，用于测量秒脉冲的特征值、同步采样脉冲的同步误差，计算同步采样脉冲的基准周期，并通过动态补偿算法实现同步采样脉冲在秒脉冲之间的均匀分布。这种基于FPGA使同步采样脉冲快速平稳地跟踪外部秒脉冲并保持同步，同步条件下通过动态补偿算法实现同步采样脉冲在秒脉冲之间均匀分布的技术即为基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制方法。本专利技术具有以下优点:(1)本专利技术的电路结构简单，成本低；(2)同步采样脉冲跟踪秒脉冲的速度快，同步误差小；(3 )同步采样脉冲在秒脉冲之间分布均匀，动态误差小。【专利附图】【附图说明】图1是本专利技术一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置的原理框图；图2是本专利技术的典型应用。【具体实施方式】 下面对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的描述。如图1所示，本专利技术的一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置根据功能划分成秒脉冲检测电路、偏差检测电路、周期计算电路、动态补偿电路及脉冲输出电路。各种模块电路在FPGA内部使用硬件描述本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于秒脉冲的自适应动态同步采样控制装置，其特征在于，其包括：秒脉冲检测电路：负责定时测量一次秒脉冲的周期Tpps，并根据秒脉冲的绝对周期值及连续两次周期的相对变化值来判断秒脉冲的有效性；偏差检测电路：负责在秒脉冲上升沿时刻测量同步采样脉冲的同步误差ΔE；周期计算电路：负责在秒脉冲有效的前提下使用秒脉冲的有效周期值Tpps与同步误差ΔE的代数和对采样频率f作除法运算，公式如下：，式中T为同步采样脉冲的基准周期，余数为R；脉冲输出电路，负责使用本地计数器C计数，当C≥T或C≥T+1时，产生一次新的同步采样脉冲。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：姜雷，周华良，谢黎，胡国，宋斌，
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
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