暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法

摘要

本发明属于智能化配电网领域，涉及录波型故障指示器中相关的通讯技术，尤其涉及一种暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，启动三相线路中的采集单元，汇集单元向采集单元发送同步对时命令，同时对时命令中包含对时标号，汇集单元可根据此标号找到对应的绝对时间；采集单元接收到对时命令，根据定时采集计数器值做补点和清零处理，使其消除晶振带来的误差，保持三相同步采集。该发明方案利用无线通信技术和同步命令实现线路汇集单元与采集单元的交互不仅降低了设备的功耗，节省了硬件成本，放宽了对晶振的精度和稳定度要求。并且保证了线路状态监测器之间的同步采样。

权利要求

1.一种暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，其特征在于，启动三相线路中的采集单元，汇集单元向采集单元发送同步对时命令，同时对时命令中包含对时标号，汇集单元可根据此标号找到对应的绝对时间；

采集单元接收到对时命令，根据定时采集器的计数器值做补点和清零处理，使其消除晶振带来的误差，保持三相同步采集；同时三相采集单元的采集点号是一一对应的，任何两相采集单元可根据另一相的采集点号在对时间隔内找到对应时刻的采集点；

所述绝对时间处理为：

汇集单元发送对时标号的同时会记录发送对时标号命令时刻的绝对时间T1；因为组帧解帧和短频无线本身的收发特性，当发送对时命令时的时间到真正通过短频无线把对时命令发出去存在时间延迟Δt1；

采集单元定时器时间T2即为记录的相对时间，汇集单元发送的对时命令到采集单元真正收到汇集单元发送对时命令的时间因为空中传输以及接收解帧的过程存在时间延迟Δt2；采集单元收到汇集单元的对时命令，采集单元的定时器清零同时保存此次的对时标号；

当采集单元需要某一时刻的绝对时间时，采集单元把此刻的对时标号、定时器值T2和时间延迟误差Δt2传给汇集单元，汇集单元则可通过这些信息计算出此刻的绝对时间为：T=T1+Δt1+T2+Δt2；

所述补点和清零处理分别为：

清零，当采集单元收到同步对时命令，对定时采集器的计数器清零，将未收到同步对时命令时采集单元定时器时间定义为T2；

补点，将在等时间间隔对时下可以保持的最大时间误差定义为t1，当收到同步对时命令时定时采集器的计数器值定义为t2，当t2>t1时，该采集定时器的时间一定是滞后的，如果此时要对定时器清零，采集单元将会少采集一个点，我们需要对其补一个点 ，被补的点计算过程如下，设清零时采集的点为，清零之前采集的点为，那么清零之后应该补的点为，其中为等角度的采样间隔，则即得到补点值的大小。

2.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，其特征在于，三相采集点号一一对应，当采集单元接收到对时命令时，其对应的采集点号做清零处理，简单的清零处理并不能保证对时标号的一致性，需要根据收到对时命令时采集定时器的计数值t2决定下一刻采集点号记录的值是这次对时之后时间段内的还是因为被对时打断还未来得及处理的这次对时之前时间段内的。

3.根据权利要求2所述的暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，其特征在于，基于同步的采集信息时间，在对时时刻对采集点号做相应的处理，使三相采集单元同一时刻的采集点号是一一对应的，任何两相采集单元可根据另外一相采集单元记录采样点的点号找到对应时刻的数据。

4.根据权利要求1所述的暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，其特征在于，所述暂态录波型故障指示器由一台汇集单元和三台采集单元构成，各个设备之间基于无线通信技术通信。

说明书

暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法

技术领域

[0001] 本发明属于智能化配电网领域，涉及录波型故障指示器中相关的通讯技术，尤其涉及一种暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法。

背景技术

[0002] 随着智能配电网的发展，智能化配电网线路状态监测系统通过对线路进行有效监测，进而能够准确判断、精确定位线路故障，从而提高运维检修效率是智能配电网的发展趋势。

[0003] 目前智能配电网中暂态录波型故障指示器普遍要求对三相电量同步实时监测采样，其对监测的有效性以及线路故障的判断和定位等都有重要意义。现在比较通用的有两种方案：

[0004] 方案一：基于时间标签的交流电量同步采集。该方案基于GPS接收板发出的串口时间信息和同步脉冲，在监测系统内建立整个监测系统的实时时钟，监测系统可以在任意时刻读出状态监测器的系统时间。该方案的优点是可以保证整周期采样，当系统频率发生漂移时，也能够根据锁相环自动改变采样频率，保证每个周期都平均采集相同的点数；缺点是传输信息量大，在传输采样点信息时，需要传输其对应的时间标签，其使数据处理较为复杂，而且当软件时钟出现较大误差，时钟的不准确会造成同步采样的失败，另外，因为每一相线路状态监测器都要有GPS接收装置，增加了硬件成本。

[0005] 方案二：基于绝对时间的交流电量同步采集。该方案基于GPS对时和高精度的稳定震荡电路来保证所有的线路状态监测器都在同一时刻开始按照同一频率进行采样。该方案的优点是可以消除晶振带来的累积误差，相比第一种方案，传输的数据量相对较小；缺点是GPS对时功耗比较大，每一相线路状态监测器都要有GPS接收装置而且需要高精度的晶振，增加了硬件成本。

发明内容

[0006] 本发明针对上述的问题，提供了一种在智能化配电网中暂态录波型故障指示器中通过无线通信技术实现线路采集单元之间的时间同步，进而实现三相监测电流和监测电压信息的同步采集和同步录波的处理方法，即暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法。

[0007] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，

[0008] 一种暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，其特征在于，启动三相线路中的采集单元，汇集单元向采集单元发送同步对时命令，同时对时命令中包含对时标号，汇集单元可根据此标号找到对应的绝对时间；

[0009] 采集单元接收到对时命令，根据定时采集器的计数器值做补点和清零处理，使其消除晶振带来的误差，保持三相同步采集；同时三相采集单元的采集点号是一一对应的，任何两相采集单元可根据另一相的采集点号在对时间隔内找到对应时刻的采集点；

[0010] 所述绝对时间处理为：

[0011] 汇集单元发送对时标号的同时会记录发送对时标号命令时刻的绝对时间T1；

[0012] 因为组帧解帧和短频无线本身的收发特性，当发送对时命令时的时间到真正通过短频无线把对时命令发出去存在时间延迟Δt1；采集单元需要的绝对时间可以是任何时刻，因此仅仅汇集单元记录的绝对时间并不能满足对绝对时间的要求，这就需要采集单元中相对时间的配合；

[0013] 采集单元定时器时间T2即为记录的相对时间汇集单元发送的对时命令到采集单元真正收到汇集单元发送对时命令的时间因为空中传输以及接收解帧的过程存在时间延迟Δt2；采集单元收到汇集单元的对时命令，采集单元的定时器清零同时保存此次的对时标号；当采集单元需要某一时刻的绝对时间时，采集单元把此刻的对时标号、定时器值T2和时间延迟误差Δt2传给汇集单元，汇集单元则可通过这些信息计算出此刻的绝对时间为：

[0014] T＝T1+Δt1+T2+Δt2。

[0015] 作为优选，所述补点和清零处理分别为：

[0016] 清零，将汇集单元发送对时标号的同时会记录发送对时标号命令时刻的绝对时间定义为T1，当采集单元收到同步对时命令，对定时采集器的计数器清零，将未收到同步对时命令时采集单元定时器时间定义为T2；

[0017] 补点，将在等时间间隔对时下可以保持的最大时间误差定义为t1，当收到同步对时命令时定时采集器的计数器值定义为t2，当t2>t1时，该采集定时器的时间一定是滞后的，如果此时要对定时器清零，采集单元将会少采集一个点，我们需要对其补一个点，被补的点计算过程如下，

[0018] 设清零时采集的点为sin(θ)，清零之前采集的点为sin(θ-Δθ)，那么清零之后应该补的点为sin(θ+Δθ)，其中Δθ为等角度的采样间隔，则

[0019] sin(θ-Δθ)+sin(θ+Δθ)

[0020] ＝sin(θ)cos(Δθ)+cos(Δθ)sin(θ)+sin(θ)cos(Δθ)-cos(Δθ)sin(θ)[0021] ＝2*sin(θ)cos(Δθ)

[0022] sin(θ+Δθ)＝2*sin(θ)cos(Δθ)-sin(θ-Δθ)

[0023] 即得到补点值的大小。

[0024] 作为优选，三相采集点号一一对应，采集单元在定时中断中定时采集数据，当采集单元接收到对时命令时，其对应的采集点号做清零处理，考虑对时中断与采样中断的优先级问题，简单的清零处理并不能保证对时标号的一致性，需要根据收到对时命令时采集定时器的计数值t2决定下一刻采集点号记录的值是这次对时之后时间段内的还是因为被对时打断还未来得及处理的这次对时之前时间段内的；其过程为：

[0025] 设收到对时命令时采集单元计数值为t2，定时采集中断中采集点号值计算时采集单元计数值为t3，则当t2

[0026] 作为优选，在清零的过程中，因为多个采集单元同时收到对时命令且对采集器同时清零，所以采集单元采集的信息时间是同步的。

[0027] 作为优选，基于同步的采集信息时间，在对时时刻对采集点号做相应的处理，使三相采集单元同一时刻的采集点号是一一对应的，任何两相采集单元可根据另外一相采集单元记录采样点的点号找到对应时刻的数据。

[0028] 作为优选，暂态录波型故障指示器中的汇集单元可根据对时标号和采集单元记录的相对时间获取采集单元需要的绝对时间并且绝对时间精度可达到us级。

[0029] 作为优选，所述暂态录波型故障指示器由一台汇集单元和三台采集单元构成，各个设备之间基于无线通信技术通信。

[0030] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

[0031] 1、该发明主要解决现有技术(背景技术中的第二种方案)中利用GPS对时以及高精度晶振构成的稳定震荡电路来保证所有的线路状态采集单元都在同一时刻开始按照同一频率进行采样保证数据同步方案功耗较大的问题。本发明提出一种基于短频无线交互的同步方案，其不完全基于GPS对时，而且对晶振的精度和稳定程度要求不高，该方案不仅扩大了晶振的范围，而且降低了设备功耗；

[0032] 2、该发明的同步过程基于无线通信技术和同步命令，交互的过程中不需要发送大量的数据，其在满足可以消除晶振带来的累积误差前提下，无线的功耗相比于GPS小很多，另外，交互过程中定时发送的时间可以根据晶振的精度和稳定程度设置，这消除了对晶振选择的限制；

[0033] 3、该发明方案利用无线通信技术和同步命令实现线路汇集单元与采集单元的交互不仅降低了设备的功耗，节省了硬件成本，放宽了对晶振的精度和稳定度要求。并且保证了线路状态采集单元之间的同步采样。

附图说明

[0034] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0035] 图1为暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法的交互过程的工作原理示意图；

[0036] 图2为暂态录波型故障指示器的结构示意图；

[0037] 图3为暂态录波型故障指示器的工作原理示意图。

具体实施方式

[0038] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0039] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

[0040] 实施例1，如图1、图2、图3所示，本发明提供了一种暂态录波型故障指示器中基于短频无线的同步采样方法，即一种基于短频无线交互的同步方案，其不完全基于GPS对时，而且对晶振的精度和稳定程度要求不高，该方案不仅扩大了晶振的范围，而且降低了设备功耗。

[0041] 在暂态录波型故障指示器中，为了获得准确的零序电流需要3个采集单元对电气量是同步采样。

[0042] 为了保证采集单元之间的采集时间同步，利用无线通信技术，汇集单元周期性的向采集单元发送带对时标号的同步对时命令，当监测器收到对时命令，对自身的采集时间做相应的调整并保存此次收到的对时标号。当汇集单元向采集单元召唤采集信息时，可以根据采集单元保存的对时标号和通信时间得到采集单元采集信息的绝对时间。其交互过程如图1所示

[0043] 其中T1表示发送同步对时命令的间隔，其具体大小与设备定时器的精度有关，当监测器收到同步对时命令，对定时采集器的计数器清零。因为多个监测器同时收到对时命令且对采集器同时清零，所以监测器采集的信息时间是同步的；T2表示该时间内未收到同步对时命令，监测器会上报监测终端对时异常。

[0044] 设t1表示在等时间间隔对时下可以保持的最大时间误差，t2表示当收到同步对时命令时定时采集器的计数器值，基于上述条件可知，当t2>t1时，该采集定时器的时间一定是滞后的，如果此时要对定时器清零，监测器将会少采集一个点，我们需要对其补一个点，被补的点计算过程如下：

[0045] 设清零时采集的点为sin(θ)，清零之前采集的点为sin(θ-Δθ)，那么清零之后应该补的点为sin(θ+Δθ)，其中Δθ为等角度的采样间隔，则

[0046] sin(θ-Δθ)+sin(θ+Δθ)

[0047] ＝sin(θ)cos(Δθ)+cos(Δθ)sin(θ)+sin(θ)cos(Δθ)-cos(Δθ)sin(θ)[0048] ＝2*sin(θ)cos(Δθ)

[0049] sin(θ+Δθ)＝2*sin(θ)cos(Δθ)-sin(θ-Δθ)

[0050] 通过上述公式，我们可以得到补点值的大小。

[0051] 三相采集点号一一对应，采集单元在定时中断中定时采集数据，当采集单元接收到对时命令时，其对应的采集点号做清零处理，考虑对时中断与采样中断的优先级问题，简单的清零处理并不能保证对时标号的一致性，需要根据收到对时命令时采集定时器的计数值t2决定下一刻采集点号记录的值是这次对时之后时间段内的还是因为被对时打断还未来得及处理的这次对时之前时间段内的。其过程为：

[0052] 设收到对时命令时采集单元计数值为t2,定时采集中断中采集点号值计算时采集单元计数值为t3,则当t2

[0053] 下面结合图2和图3对本发明进行描述。

[0054] 图2显示了暂态录波型故障指示器由一台汇集单元和三台采集单元构成，各个设备之间基于无线通信技术通信。三相线路采集单元启动的时刻很难保证是一样的，所以采集时刻就不能保证是同步采集；其次晶振构成的振荡电路也存在误差，如不及时处理，误差会被累积，无法保证三相线路状态监测器同步采集。三相线路采集单元启动之后，汇集单元向采集单元发送同步对时命令，同时对时命令中包含对时标号，汇集单元可根据此标号找到对应的绝对时间。采集单元接收到对时命令，根据定时采集器的计数器值做补点和清零处理，使其消除晶振带来的误差，保持三相同步采集。基于这种背景下，假设A相发生异常，其在启动录波的同时通知B、C两相。当B、C两相收到同步启动录波命令并且根据A相发送的同步启动录波点计算出A相启动录波时刻，这样就能避免因为通信等原因造成B、C相启动延迟，保证了三相同步启动录波，如图3所示。汇集单元可根据启动录波时刻的对时标号计算出启动录波时刻的绝对时间。

[0055] 本篇专利主要突出的是绝对时间的处理，即汇集单元发送对时标号的同时会记录发送对时标号命令时刻的绝对时间T1。因为组帧解帧和短频无线本身的收发特性，当发送对时命令时的时间到真正通过短频无线把对时命令发出去存在时间延迟Δt1。采集单元需要的绝对时间可以是任何时刻，因此仅仅汇集单元记录的绝对时间并不能满足对绝对时间的要求，这就需要采集单元中相对时间的配合。采集单元定时器时间T2即为记录的相对时间汇集单元发送的对时命令到采集单元真正收到汇集单元发送对时命令的时间因为空中传输以及接收解帧的过程存在时间延迟Δt2。采集单元收到汇集单元的对时命令，采集单元的定时器清零同时保存此次的对时标号。当采集单元需要某一时刻的绝对时间时，采集单元把此刻的对时标号、定时器值T2和时间延迟误差Δt2传给汇集单元，汇集单元则可通过这些信息计算出此刻的绝对时间为：

[0056] T＝T1+Δt1+T2+Δt2其中Δt1可以通过发送对时命令时刻与接收到发送完成标志位时刻的时间差得到；Δt2可根据发送的数据长度、无线的空中传输速率以及接收解帧的时间计算得到。

[0057] 基于同步的采集信息时间，在对时时刻对采集点号做相应的处理，使三相采集单元同一时刻的采集点号是一一对应的，任何两相采集单元可根据另外一相采集单元记录采样点的点号找到对应时刻的数据。

[0058] 暂态录波型故障指示器中的汇集单元可根据对时标号和采集单元记录的相对时间获取采集单元需要的绝对时间并且绝对时间精度可达到us级。

[0059] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。