[发明专利]一种电网过电压信号变频采样方法

说明书

技术领域

本发明涉及高电压测试技术领域，涉及到一种电网过电压波形采集的方法。

背景技术

运行经验表明，电网中发生的各种绝缘事故大部分是由于系统中过电压引起的。电力系统中的过电压类型多种多样，其产生原因和危害也各不相同，为了正确分析事故原因，改进电网绝缘配合，防止内外过电压事故，运行部门需要一种高性能、自动化的电网过电压实时监测系统。

数据采集单元是过电压在线监测系统的核心部分之一，它将来自传感器的模拟信号转化成数字信号，以便微机系统分析、处理和保存等，其技术和精度直接决定了过电压监测系统的性能。电力系统中的过电压究其根本可以分为内部过电压和外部过电压两大类型，内部过电压又可以分为操作过电压和暂时过电压。外部过电压即大气过电压，其波头陡、幅值高、持续时间短，IEC和中国国家标准的标准雷电波的波头、半峰时间分别为1.2±30％μs和50±20％μs，其波头等效频率高达1MHz以上，要求采集卡的采样频率至少是2MHz。操作过电压波头较缓，但持续时间相对较长，标准操作过电压的波头、半峰时间分别为250±20％μs和2500±60％μs，暂时过电压的等效频率比较低，但其持续时间相对较长，持续1秒以上，若要完整捕获电力系统中出现的各种内过电压，则要求采样时间至少为1s即以上。在缓存容量一定的条件下，采样频率和采样时间长度是相互矛盾的。目前的过电压在线监测系统中的触发电路都是采用电压幅值绝对值的阈值触发，采集单元并不能识别所发生过电压的类型，当以满足雷电过电压测量要求的采样频率采样，若过电压为内部过电压时，由于存储器容量的限制，会造成采样时间缩短，因而不能完整采集内部过电压数据；若以高速的采样频率完整采集内部过电压，则数据量大、需要大容量的存储器，对数据存储、传输、分析和保存都会增加了许多麻烦。如何在较小容量的存储器条件下能够完整记录高频的雷电过电压和波形持续时间较长的内部过电压是过电压采集卡的技术难点。

目前，应用于电力系统的故障录波装置中的采样频率一般1kHz～20kHz之间，且采样频率为固定值，因此无法完整记录电力系统外部过电压波形。而应用于过电压在线监测系统的数据采集多是采用固定采样频率对故障信号进行采样，不可避免会丢失持续时间较长的内过电压波形。如申请号为89106209.2的中国专利，公开的《电力系统过电压在线监测装置》的采集方法是：将整个采样过程采样分A采、B采两个部分，A采是追忆采样，采用较低的采样频率，B采是过电压正规记录，应用较高的采样频率。当电网出现过电压时，采样频率自动由A采转为B采。显然这种采集方法有其局限性，其一是B采部分的采样频率固定，如果以10M频率采样，根本不能完整记录内过电压波形；其二是触发电路采用的是幅值阈值触发，当出现雷电过电压时，由A采转为B采过程需要一定的转换时间，而A采频率低，不满足雷电波头的测量要求，在转换会造成测量波形畸变。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电网过电压信号变频采样方法，能够以较小容量的存储器完整记录电力系统中的内、外过电压信号。

本发明涉及一种电网过电压信号变频采样方法的实现技术方案如下：

一种电网过电压信号变频采样方法，其步骤为：

步骤一、初始化操作，由上位机完成对采集卡的初始化的具体步骤为：

(a)采集卡状态清零；

(b)地址清零；

(c)设置A/D模式；

(d)设置采样频率控制字；

(e)设置预触发长度；

(f)设置变频采样长度；

(g)设置变频采样频率控制字；

步骤二、启动A/D转换；

步骤三、循环采样，循环采样过程中采集卡按照设定的高频采样频率F1进行数据采集和数据的循环存储：

当完成初始化且采集卡接收到A/D转换命令后，采集卡提供A/D采样时钟信号，同时启动内部计数器0作为存储器的地址发生器，地址发生器的时钟与A/D采样时钟信号同步；在进行每点采样的同时，可编程逻辑器件CPLD同步提供静态存储器RAM地址信号和写信号，把每次采集到的数据存到对应的RAM中，并且自动增加地址；如果采样点数超过存储器的最大容量，新数据覆盖旧数据步骤四、判断是否有触发信号：

如果有，转向步骤五进行预触发变频采样，如果没有，转向步骤三进行循环采样；

步骤五、预触发变频采样，具体步骤如下：