CN102411085A - 交流采集合并装置及其采集方法 - Google Patents

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Abstract

一种电力***技术领域的具有自适应排除错误采样值的交流采集合并装置及其采集方法，该装置包括：交流采集模块、数据整理模块、数据发送模块和对时模块，其中：模数变换模块接收原始模拟信号并输出数字采集信号至数据整理模块，数据整理模块接收对时模块输出的二次采样脉冲序列并输出标准格式数据至数据发送模块，数据发送模块将此数据发送到过程层以太网；本发明简单有效防止地采样失真，保证间隔层装置的应用不受影响，可以方便应用于交流采集合并装置中。

Description

交流采集合并装置及其采集方法
技术领域
本发明涉及的是一种电力***技术领域的采样装置及方法，具体是一种具有自适应排除错误采样值的交流采集合并装置及其采集方法。
背景技术
智能变电站自动化***，要求合并单元(Merging Unit)以IEC61850-9-2标准规约送出采样值报文。变电站的保护和测控等间隔层装置的工作都基于此采样值。所以合并单元上送的采样值正确性，对于这些装置的正确工作是至关重要的。
但是，保证每一个采样点的值都正确是很难实现的。由于设备收到现场环境的干扰或其他特殊情况，采样值中不可避免会出现某一点的值很大；这在无数的现场运行记录和实验室干扰试验中都可得到证明。电力***保护和测控算法中常用的付氏滤波并不能有效滤除这种比其他相邻采样点大几十倍、上百倍的点。这时往往会造成保护装置误动。
现有的技术主要靠保护和测控等应用部分通过延时确认或设定固定门槛等方法来解决采样值出错的问题，各生产厂家、不同的装置采用的方法都不尽相同。这是因为现有的保护和测控装置本身都有交流量采集部分，而不是从以太网上获取合并单元已经整理好的采样值，他们可以根据其采集部分的可能出错的特点进行后续处理。而在数字化的智能变电站***中，合并单元已经是一个单独的装置；如果送出的采样值有较大偏差，就不能满足各种新型数字化保护、测控装置的要求。
经过对现有技术的检索发现，朱林、段献忠、苏盛、李银红在《电工技术学报》2011年第一期中发表了文献“基于证据理论的数字化变电站继电保护容错方法”，该文献提出一种对多源互感器进行分析辨识的方法，识别过程层错误采样数据，防止继电保护装置误动。但该技术算法复杂，且需要多源数据，而且在间隔层才能实现。这些都限制了此方法的实际应用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种交流采集合并装置及其采集方法，简单有效防止地采样失真，保证间隔层装置的应用不受影响，可以方便应用于交流采集合并装置中。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种交流采集合并装置，包括：交流采集模块、数据整理模块、数据发送模块和对时模块，其中：模数变换模块接收原始模拟信号并输出数字采集信号至数据整理模块，数据整理模块接收对时模块输出的二次采样脉冲序列并输出标准格式数据至数据发送模块，数据发送模块将此数据发送到过程层以太网。
所述的交流采集模块将输入的原始模拟信号变化为数字信号，该交流采集模块包括：依次串联的交流变换器单元、模数转换单元和采样数据存放单元，其中：交流变换器单元与模数转换单元传输模拟量信息，模数转换单元和采样数据存放单元传输转换后的采样数据信息，采样数据存放单元与采样点过滤单元传输缓存的采样数据信息。
所述的数据整理模块对交流采集模块输出的原始采样值进行处理，输出IEC61850-9-2标准规约规定的标准格式数据，该数据调理单元包括：依次串联的采样点过滤单元、二次采样单元和采样报文生成单元，其中：采样点过滤单元与二次采样单元相连接并传输过滤掉无效点的采样数据信息，二次采样单元与采样报文生成单元相连接并传输对采样数据进行二次采样后得到的同步采样数据信息，采样报文生成单元与发送报文队列单元相连接并传输按照标准格式组成的数据报文信息。
所述的数据发送模块包括：发送报文队列单元和与之相连接的以太网通讯单元，其中：发送报文队列单元接收来自数据整理模块输出的标准格式数据并生成传输队列至以太网通讯单元，以太网通讯单元将此报文通过以太网MAC发送到过程层网络。
所述的对时模块包括：对时信息解析单元和与之相连的采样时钟调整单元，其中：对时信息解析单元与外部的精确对时源(如秒脉冲、IRIG-B信号或IEE1588对时主站)相连接并输出调整好的秒脉冲信息至采样时钟调整单元，采样时钟调整单元将同步好的二次采样脉冲输出至数据整理模块。
本发明涉及一种具有自适应排除错误采样值的交流采集方法，包括以下步骤：
第一步，通过变压器将电压或电流互感器输出的交流量降压至幅值为5V的原始模拟信号并输出至模数转换单元；
第二步，通过模数转换单元将输入模拟交流量转换为数字采集信号并输出至采样数据存放单元进行存储，生成数字采集序列并输出至采样点过滤单元；
所述的模数转换单元的模数转换的采样率为12800Hz，
所述的数字采集序列的长度为1～2ms；
第三步，将数字采集序列中按时间顺序连续的3个采样点标注为S1、S2和S3，以S3作为参考对S2进行更新计算，生成更新采集序列。
所述的更新计算是指：首先比较S1、S2和S3的大小，求出中间值Smid，当4×|S2-Smid|大于|Smid|时，以Smid作为S2的更新值，否则S2不做更新。
第四步，根据对时模块输出的采样频率对更新采集序列进行二次采样线性插值计算，插值计算的同时补偿变比系数，最后得到符合IEC61850-9-2标准的采样数据信息并输出标准格式数据值数据发送模块，由以太网通讯单元输出。
附图说明
图1为本发明逻辑示意图。
图2为实施例效果示意图；
其中：图2a有1点大数的原始采样数据，图2b自适应排除错误采样值后。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，本实施例包括：交流采集模块100、数据整理模块200、数据发送模块300和对时模块400，其中：模数变换模块接收原始模拟信号并输出数字采集信号至数据整理模块200，数据整理模块200接收对时模块400输出的二次采样脉冲，并输出标准格式数据至数据发送模块300，数据发送模块300输出此数据报文到过程层以太网。
所述的交流采集模块100将输入的原始模拟信号变化为数字信号，该交流采集模块100包括：依次串联的交流变换器单元101、模数转换单元102和采样数据存放单元103，其中：交流变换器单元101与模数转换单元102传输模拟量信息，模数转换单元102和采样数据存放单元103传输采样数据信息，采样数据存放单元103与采样点过滤单元传输采样数据缓存信息。
所述的数据整理模块200对交流采集模块100输出的原始采样值进行处理，输出IEC61850-9-2标准规约规定的标准格式数据，该数据调理单元包括：依次串联的采样点过滤单元、二次采样单元202和采样报文生成单元203，其中：采样点过滤单元与二次采样单元202相连接并传输过滤后的原始采样数据信息，二次采样单元202与采样报文生成单元203相连接并传输同步后的二次采样数据信息，采样报文生成单元203与发送报文队列单元相连接并传输标准格式的采样数据报文信息。
所述的数据发送模块300包括：发送报文队列单元301和与之相连接的以太网通讯单元302，其中：发送报文队列单元301接收来自数据整理模块200输出的标准格式数据并生成传输队列至以太网通讯单元302，以太网通讯单元302输出此报文到过程层网络。
所述的对时模块400包括：对时信息解析单元401和与之相连的采样时钟调整单元402，其中：对时信息解析单元401与外部的精确对时源(如秒脉冲、IRIG-B信号或IEE1588对时主站)相连接并输出调整好的秒脉冲信息至采样时钟调整单元402，采样时钟调整单元402将同步好的二次采样脉冲输出至数据整理模块200。
本实施通过以下步骤实现交流采集：
第一步，通过变压器将电压或电流互感器输出的交流量降压至幅值为5v的原始模拟信号并输出至模数转换单元单元；
第二步，通过模数转换单元102将输入模拟交流量转换为数字采集信号并输出至采样数据存放单元103进行存储，生成数字采集序列并输出至采样点过滤单元单元；
所述的模数转换单元102的模数转换的采样率为12800Hz，
所述的数字采集序列的长度为1～2ms；
第三步，将数字采集序列中按时间顺序连续的3个采样点标注为S1、S2和S3，以S3作为参考对S2进行更新计算，生成更新采集序列。
所述的更新计算是指：首先比较S1、S2和S3的大小，并求出中间值Smid，然后判断4×|S2-Smid|是否大于|Smid|；
当判断成立，则以Smid作为S2的更新值，否则S2不做更新。
第四步，根据对时模块400输出的采样频率对更新采集序列进行二次采样线性插值计算，插值计算的同时补偿变比系数，最后得到符合IEC61850-9-2标准的报文信息并输出标准格式数据值数据发送模块300，由以太网通讯单元302输出。
以上所述的补偿变比系数是指：互感器及采集回路综合变比实测值和理论计算值的误差系数，可以通过设备投运前的校验试验得到。
如图2所示，图2a为原始采样数据有1点大数的采样波形，图2b为自适应排除错误采样值的结果。这样的采样数据，后续的保护装置无需做任何针对性的冗错工作，也能做出正确的判断。

Claims (9)

1.一种交流采集合并装置，其特征在于，包括：交流采集模块、数据整理模块、数据发送模块和对时模块，其中：模数变换模块接收原始模拟信号并输出数字采集信号至数据整理模块，数据整理模块接收对时模块输出的二次采样脉冲序列并输出标准格式数据至数据发送模块，数据发送模块将此数据发送到过程层以太网；
所述的数据整理模块对交流采集模块输出的原始采样值进行处理，输出IEC61850-9-2标准规约规定的标准格式数据，该数据调理单元包括：依次串联的采样点过滤单元、二次采样单元和采样报文生成单元，其中：采样点过滤单元与二次采样单元相连接并传输过滤掉无效点的采样数据信息，二次采样单元与采样报文生成单元相连接并传输对采样数据进行二次采样后得到的同步采样数据信息，采样报文生成单元与发送报文队列单元相连接并传输按照标准格式组成的数据报文信息。
2.根据权利要求1所述的交流采集合并装置，其特征是，所述的交流采集模块将输入的原始模拟信号变化为数字信号，该交流采集模块包括：依次串联的交流变换器单元、模数转换单元和采样数据存放单元，其中：交流变换器单元与模数转换单元传输模拟量信息，模数转换单元和采样数据存放单元传输转换后的采样数据信息，采样数据存放单元与采样点过滤单元传输缓存的采样数据信息。
3.根据权利要求1所述的交流采集合并装置，其特征是，所述的数据发送模块包括：发送报文队列单元和与之相连接的以太网通讯单元，其中：发送报文队列单元接收来自数据整理模块输出的标准格式数据并生成传输队列至以太网通讯单元，以太网通讯单元将此报文通过以太网MAC发送到过程层网络。
4.根据权利要求1所述的交流采集合并装置，其特征是，所述的对时模块包括：对时信息解析单元和与之相连的采样时钟调整单元，其中：对时信息解析单元与外部的精确对时源相连接并输出调整好的秒脉冲信息至采样时钟调整单元，采样时钟调整单元将同步好的二次采样脉冲输出至数据整理模块。
5.根据权利要求4所述的交流采集合并装置，其特征是，所述的精确对时源(如秒脉冲、IRIG-B信号或IEE1588对时主站。
6.一种根据上述任一权利要求所述装置的采集方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，通过变压器将电压或电流互感器输出的交流量降压至幅值为5V的原始模拟信号并输出至模数转换单元；
第二步，通过模数转换单元将输入模拟交流量转换为数字采集信号并输出至采样数据存放单元进行存储，生成数字采集序列并输出至采样点过滤单元；
第三步，将数字采集序列中按时间顺序连续的3个采样点标注为S1、S2和S3，以S3作为参考对S2进行更新计算，生成更新采集序列；
第四步，根据对时模块输出的采样频率对更新采集序列进行二次采样线性插值计算，插值计算的同时补偿变比系数，最后得到符合IEC61850-9-2标准的采样数据信息并输出标准格式数据值数据发送模块，由以太网通讯单元输出。
7.根据权利要求6所述的采集方法，其特征是，所述的模数转换单元的模数转换的采样率为12800Hz。
8.根据权利要求6所述的采集方法，其特征是，所述的数字采集序列的长度为1～2ms。
9.根据权利要求6所述的采集方法，其特征是，所述的更新计算是指：首先比较S1、S2和S3的大小，求出中间值Smid，当4×|S2-Smid|大于|Smid|时，以Smid作为S2的更新值，否则S2不做更新。
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