[发明专利]同步采样控制和数据传输方法

说明书

一.技术领域

本发明涉及数据量的同步采样方法，尤其是对电力系统数据量解码的同步采样控制和数据传输方法和相关的继电保护方法和装置，更具体而言，本发明涉及基于FPGA(CPLD)的同步采样控制和数据传输方法。

二.背景技术

目前电力系统中各种测控与保护装置普遍要求交流数据量的同步采样，这对于电力系统继电保护、故障判断、系统稳定分析等都具有重要意义。而且随着电力系统的发展，对系统监控的要求越来越高，迫切要求能够实现交流数据量的异地同步采样。另外，输电线路电流纵差保护已从传统的导引线方式发展到目前利用微处理器和数字通信的全数字式保护。数字式电流差动保护是利用线路两端电流的瞬时采样值进行差动比较的。为使保护正确动作，线路两端必须进行同步采样或采样同步化处理，这是实现数字电流差动保护的技术关键。

目前现有的同步采样控制方法主要包括以下五种方法：

1.采样数据修正法。采用该方法时两侧保护不分主从，地位相同。每侧保护都在各自晶振控制下以相同的采样率独立采样。每一帧发送数据包含时间标签、电流采样数据及其他信息，电流采样数据是对应某一采样时刻经傅氏变换的电流相量。在假设两侧接收数据通道延时相等的前提下，采用“等腰梯形算法”计算出通道延时t_d，进而求出两侧采样偏差角θ。保护将接收到的对侧相量乘旋转因子e^jθ，得到修正后得同步采样数据。

2.采样时刻调整法。两侧保护一端规定为主端(参考端)，另一端规定为从端(同步端)，主端自由采样。主端发信息帧，从端收到后将命令和延时时间返回给主端，主端计算通道延时t_d，从端根据主端计算的通道延时td调整采样时刻。主端采样时刻相对独立，从端根据主端的采样时刻调整，能保持两侧较高精度的同步采样。

3.时钟校正法。两侧保护一端规定为主端(参考端)，另一端规定为从端(同步端)，主端自由采样。从端发信息帧，主端收到后将命令和延时时间返回给从端，从端计算两侧时钟的相对误差Δt，从端按照一定比率对时钟进行校正直到Δt为零，两侧时钟进入同步运行状态。

4.GPS同步法。GPS同步法通过GPS受时信息，两侧同步采样，可以达到相当高的精度(2μs)。但受到自然环境和社会环境等因素的制约，并且需要相应的硬件支持。参考相量同步法(盼有文件出处)。利用线路模型计算出代表同一量的两个相量，然后利用这两个相量的相位差实现同步采样。

目前现有的同步采样控制方法的不足之处：

1.采样数据修正法和采样时刻调整法基于通道双向路的一致，对于通道双向不一致的情况，计算出的通道延时会有误差，在使保护在区内故障时灵敏度降低，发生区外故障时可能会引起误动。

2.时钟校正法存在同步失败后，再次同步需要反复计算两侧时钟的相对误差Δt，同步延时较长，影响保护反应时间。

3.采样数据修正法、采样时刻调整法和时钟校正法都是基于软件的修正方法，即使采样精度高，同步精度依然较低，一般在ms级。

4.采样数据修正法、采样时刻调整法和时钟校正法在发送电流采样数据的同时需要附加时间信息来计算通道延时，同时也占用了大量的通道资源。

5.GPS同步法受到自然环境和社会环境等因素的制约，并且需要相应的硬件支持。成本较高。同步精度在μs级。

6.参考相量同步法受输电线路参数和电气量测量误差的影响，其精度不能得到保证。

三.发明内容

本发明的目的是：提出一种数据量的同步采样控制和数据传输方法，尤其是电力系统数据量的同步采样控制和数据传输方法和相关的继电保护方法和装置，并基于FPGA(CPLD)实现的同步采样控制和数据传输方法。尤其是提供一种纳秒级的同步采样控制方法及高速的数据传输通道。

本发明的目的是这样实现的：数据量的同步采样控制和数据传输方法，由FPGA或CPLD控制A/D采样，而同步采样控制信号由信道解码器输出，采样信号通过信道编码器附加同步控制信号后送至对侧解码器，实现同步信号恢复和数据解码；本发明可用于数字式电流差动保护是利用线路两端电流的瞬时采样值进行差动比较的。

本发明的同步采样控制和数据传输方法，尤其是对于主从式结构的系统，主机侧定时采样，从机侧受控于主机侧并回传采样数据；数据采样和数据传输的信道编码方式采用同步和数据双向传输，由主机的信道编码器启动数据传输脉冲，信道编码器数据传输脉冲中设有输出同步信号；从机使用此信号启动数据采样和数据传输；即在时刻Ts启动从机采样，在其余时段传输数据的。尤其是用于对电力系统数据量解码的方法。