專利名稱：一種暫態(tài)變化過程同步記錄方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域及高電壓測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對(duì)電力系統(tǒng)故障暫態(tài)變化過程的高速記錄方法及實(shí)現(xiàn)裝置。
在電力系統(tǒng)故障、操作、雷電等擾動(dòng)過程中，電壓、電流信號(hào)含有豐富的高頻分量，蘊(yùn)含大量的系統(tǒng)狀態(tài)信息。電力系統(tǒng)暫態(tài)分析、暫態(tài)保護(hù)、行波定位、及故障檢測(cè)等都要求對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程進(jìn)行記錄分析，且一般需要對(duì)電力系統(tǒng)異地測(cè)量點(diǎn)的暫態(tài)過程超高速同步記錄。
目前國(guó)內(nèi)外的故障錄波裝置，高速采集裝置滿足不了對(duì)故障暫態(tài)過程高速同步采集的要求。一般故障錄波裝置AD采樣率僅為1kHz～5kHz，滿足不了對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程記錄的要求。但另外有一些高速AD采集卡，其采樣頻率很高，可達(dá)20MHz，可是一般只有一個(gè)通道，8位精度，且不具備同步時(shí)標(biāo)信號(hào)，不能滿足對(duì)電力系統(tǒng)異地測(cè)量點(diǎn)的暫態(tài)過程進(jìn)行同步記錄。當(dāng)前，美國(guó)國(guó)防部建立的全球定時(shí)定位導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱GPS)，提供了任何時(shí)候在任何地點(diǎn)精確定時(shí)和定位的可能。定時(shí)功能通過GPS接受機(jī)接受天上衛(wèi)星發(fā)出的高精度時(shí)間信息實(shí)現(xiàn)。GPS接受機(jī)接受到的時(shí)鐘精度與衛(wèi)星發(fā)射的時(shí)鐘精度、GPS接受機(jī)鎖定跟蹤的衛(wèi)星數(shù)目、GPS接受機(jī)本身工作狀態(tài)是否正常等因素有關(guān)。美國(guó)有意在衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)中加入了選擇性干擾(SELECTIVE AVAILABILITY，以下簡(jiǎn)稱S.A.干擾)，使普通用戶得到的定時(shí)定位精度大大下降。一般GPS接受機(jī)的OEM板給出的時(shí)間精度指標(biāo)是一個(gè)概率指標(biāo)，秒脈沖誤差服從正態(tài)分布，例如MOTOROLA VP ONCORE的GPS接受機(jī)，統(tǒng)計(jì)精度為50nS的GPS接受機(jī)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)在正常工作條件下，最大偏差可能達(dá)2μS，但在衛(wèi)星失步的情況下，偏差甚至達(dá)幾十毫秒。為了得到高精度時(shí)鐘，需要對(duì)GPS接受機(jī)接受到的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步處理。申請(qǐng)?zhí)?7108825.X名為“一種基于GPS信號(hào)的定時(shí)方法和設(shè)備”的發(fā)明專利，采用一張以相差變化值和相差變化率為自變量的二元電壓控制表，控制調(diào)整壓控晶振的電壓，以產(chǎn)生高精度時(shí)鐘，該方法需要對(duì)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生模擬量，控制壓控晶振，整個(gè)控制過程復(fù)雜。申請(qǐng)?zhí)?8106172.9名為“在同步分配式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中保持時(shí)間同步的方法和實(shí)施該方法的同步裝置”的發(fā)明專利，公開了一種采用GPS時(shí)鐘信號(hào)校正同步分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的時(shí)鐘，但沒有給出消除GPS時(shí)鐘信號(hào)偏差的方法。
為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高速高精度的GPS同步暫態(tài)波形記錄的方法和裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程進(jìn)行異地同步高速采樣記錄。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提出以下方法1．一種暫態(tài)變化過程的同步記錄方法，包括如下步驟(1)由高精度恒溫晶振同步全球定位系統(tǒng)(GPS)產(chǎn)生高精度時(shí)鐘。
(2)由高精度恒溫晶振驅(qū)動(dòng)高速AD連續(xù)采樣，循環(huán)存儲(chǔ)，刷新卡上存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)，無需CPU干預(yù)。在有啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，讀取步驟(1)中高精度時(shí)鐘的時(shí)間值，延時(shí)采集一段時(shí)間(由整定值設(shè)置，一般取20～200mS)后，CPU將存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到內(nèi)存中。
(3)保存啟動(dòng)前后的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的發(fā)生時(shí)刻，由步驟(2)中記錄的啟動(dòng)時(shí)刻及該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)文件中的位置計(jì)算。
(4)多個(gè)記錄裝置在不同地方測(cè)量的不同數(shù)據(jù)文件可以通過時(shí)間刻度配準(zhǔn)，反映出同一時(shí)刻不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的大小，并能反映在同一時(shí)間段內(nèi)不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的變化情況，能用于電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的分析或其它行業(yè)對(duì)異地信號(hào)的同步測(cè)量。
2．實(shí)現(xiàn)上述要求中采集同步功能的GPS同步高精度時(shí)鐘由GPS接受機(jī)跟蹤接受GPS衛(wèi)星的時(shí)鐘信號(hào)，產(chǎn)生一秒一個(gè)脈沖的GPS秒脈沖信號(hào)(1PPS)。由高精度晶振輸出高頻振蕩信號(hào)，經(jīng)分頻得到一秒一個(gè)脈沖的自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)。自產(chǎn)秒脈沖與GPS的秒脈沖經(jīng)鑒相器比較，得到二者的相位偏差，對(duì)相位偏差求平均，根據(jù)相位偏差的平均值修正自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)，有效消除GPS時(shí)鐘的隨機(jī)偏差和晶振的累計(jì)偏差，提高自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)精度。進(jìn)一步分析如下(1)由于GPS秒脈沖不存在累計(jì)偏差、具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，但受S.A.干擾、衛(wèi)星失鎖等因素的影響，具有短期穩(wěn)定性差的特點(diǎn)。從每一個(gè)秒脈沖的精度來看，可能存在較大的偏差。正因?yàn)槿绱耍珿PS接受機(jī)給出的時(shí)間精度是一個(gè)概率指標(biāo)。例如MOTOROLA VP ONCORE型GPS接受機(jī)給出的時(shí)間精度指標(biāo)為“位置固定”模式下，50nS(1σ)，其含義是衛(wèi)星天線處于靜止?fàn)顟B(tài)下，該GPS接受機(jī)的秒脈沖偏差近似成正態(tài)分布ε∈N(0,σ2)，落于1σ概率范圍(時(shí)間偏差小于50nS)的慨率為0.6828，也就是說，存在概率0.3173的秒脈沖，偏差大于50nS；落于2σ概率范圍(時(shí)間偏差小于100nS)的慨率為0.9546；落于3σ概率范圍(時(shí)間偏差小于150nS)的慨率為0.9974。根據(jù)發(fā)明者實(shí)驗(yàn)，最大偏差可能達(dá)2μS。如果對(duì)M次秒脈沖偏差的求平均，平均值也服從正態(tài)分布ϵ-∈N(0,σ2M)]]>，即在可能出現(xiàn)的相同慨率下，M次秒脈沖偏差的平均值是單個(gè)秒脈沖的偏差的 。也就是說，秒脈沖偏差平均值小于 出現(xiàn)的慨率為0.6828，秒脈沖偏差平均值小于 出現(xiàn)的慨率為0.9546，秒脈沖偏差平均值小于 出現(xiàn)的慨率為0.9974。故采用求平均值方法可以抵消部分GPS秒脈沖的隨機(jī)干擾，提高GPS秒脈沖的精度。
(2)具有溫度補(bǔ)償功能的高精度晶振，從每一個(gè)秒脈沖的精度來看偏差很小，但偏差一般是同向的，即在一段時(shí)間內(nèi)大部分秒脈沖同時(shí)為正偏差或同時(shí)為負(fù)偏差，長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)累計(jì)偏差較大。如精度為10-9秒的恒溫晶振，1秒內(nèi)的累計(jì)偏差小于10-9秒，一天的累計(jì)偏差小于86.4μS。采用晶振振蕩輸出的信號(hào)分頻得到自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)有較大積累偏差。如果每隔一段時(shí)間對(duì)自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)進(jìn)行一次校正，消除積累偏差，可以得到高精度的自產(chǎn)秒脈沖時(shí)鐘信號(hào)。
(3)晶振輸出信號(hào)的分頻及自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)的校正由計(jì)數(shù)器和比較器完成。晶振輸出振蕩信號(hào)由計(jì)數(shù)器累加，累加結(jié)果與CPU整定值經(jīng)比較器比較，當(dāng)二者相同時(shí)，產(chǎn)生一秒脈沖輸出信號(hào)(即自產(chǎn)秒脈沖信號(hào))，并復(fù)位計(jì)數(shù)器。自產(chǎn)秒脈沖的校正通過對(duì)整定值的調(diào)整完成，通常取整定值為晶振的振蕩頻率值，為消除晶振的累計(jì)偏差，每測(cè)量M次，調(diào)整一次整定值。也就是說取整定值為晶振的振蕩頻率值，連續(xù)記錄M次GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的相位差，求平均值并取整。當(dāng)平均值不為零時(shí)，調(diào)整一次整定值。調(diào)整方法為若GPS秒脈沖超前自產(chǎn)秒脈沖時(shí)，整定值減去平均值；而若GPS秒脈沖落后自產(chǎn)秒脈沖時(shí)，則整定值加上平均值。采用調(diào)整后的整定值，運(yùn)行一個(gè)周期，比較器產(chǎn)生一次秒脈沖輸出。然后，立即把整定值重新設(shè)置為晶振的振蕩頻率值，連續(xù)測(cè)量M次相位差，由相位差平均值再調(diào)整一次整定值，如此反復(fù)，產(chǎn)生高精度的自產(chǎn)秒脈沖時(shí)鐘。
(4)結(jié)合上述(1)、(2)、(3)，分析10MHz精度為10-9秒的恒溫晶振分頻得到的自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)與GPS秒脈沖信號(hào)的配合。晶振每100秒的累計(jì)偏差小于10-7S，即小于晶振振蕩信號(hào)的一個(gè)單元周期。因此可以取每100秒對(duì)晶振的偏差校正一次，即取M為100。在設(shè)整定值為10M的條件下，通過鑒相器每秒記錄一次GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的偏差，累計(jì)100次，對(duì)偏差求平均，并取整。由上述(1)分析，100次GPS秒脈沖的平均值偏差小于15nS(即0.15個(gè)晶振振蕩周期)的慨率為0.9974。正常情況下，一般平均值在[-2,+2](單位為晶振振蕩周期)區(qū)間內(nèi)。當(dāng)平均值在[-2,+2]區(qū)間內(nèi)，且不為零時(shí)，對(duì)整定值調(diào)整一次，調(diào)整方法為10M加平均值，在調(diào)整后的整定值下運(yùn)行一秒鐘(即比較器產(chǎn)生一次脈沖輸出)。然后，把整定值調(diào)回為10M，再連續(xù)測(cè)量100次相位差，求平均，并取整，由相位差再調(diào)整一次整定值，如此反復(fù)，達(dá)到輸出的自產(chǎn)秒脈沖時(shí)鐘偏差不大于晶振振蕩周期(0.1μS)。
(5)分析整定值調(diào)整的規(guī)律，在一定的外部條件下，晶振的偏差恒定，每測(cè)量M次調(diào)整一次的整定值，調(diào)整值的大小具有一定的規(guī)律，由CPU統(tǒng)計(jì)分析整定值調(diào)整的規(guī)律，一般取在本次調(diào)整之前的20次調(diào)整的規(guī)律。例如在本次調(diào)整之前的20次調(diào)整的序列為0,0,1,0,0,1,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1則規(guī)律大致為每?jī)纱握{(diào)整的值為0，接下來的一次調(diào)整為1。根據(jù)該規(guī)律可以預(yù)測(cè)接下來的調(diào)整值序列應(yīng)為0,0,1,0,…在上述(4)中，當(dāng)GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的平均偏差在[-2,+2]區(qū)間外，則表明可能是GPS秒脈沖信號(hào)失真或裝置故障，不能由上述(4)中偏差調(diào)整整定值，而應(yīng)按CPU記憶的整定值調(diào)整規(guī)律進(jìn)行調(diào)整。這樣，即使在GPS衛(wèi)星失步的條件下，仍能保證運(yùn)行1小時(shí)，偏差不大于1μS。
(6)在上述(5)中，存在一個(gè)段特殊時(shí)期在GPS同步高精度時(shí)鐘上電啟動(dòng)運(yùn)行最初的一段時(shí)間內(nèi)(例如上電后的0～15分鐘)，由于晶振的自產(chǎn)秒脈沖和GPS秒脈沖尚未同步、GPS接受機(jī)可能未鎖定GPS衛(wèi)星、也可能恒溫高精度晶振尚未穩(wěn)定，導(dǎo)致GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的平均偏差在[-2,+2]區(qū)間外。但在該特殊時(shí)期，仍然采用GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的平均偏差調(diào)整整定值，直到自產(chǎn)秒脈沖和GPS秒脈沖同步后，再進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)。
3．實(shí)現(xiàn)1中要求的記錄故障啟動(dòng)準(zhǔn)確時(shí)間的方法當(dāng)故障啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，記錄信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻的準(zhǔn)確時(shí)間，可應(yīng)用于行波距離保護(hù)、故障定位等方面。
(1)來自電流互感器、電壓互感器的輸入信號(hào)經(jīng)微分后，提取行波波頭突變信號(hào)。行波波頭突變信號(hào)與開關(guān)變位等信號(hào)相或產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)。
(2)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，讀取由CPU對(duì)自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)、處理并生成的年月日時(shí)分秒時(shí)鐘刻度。
(3)啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)后，讀取由鑒相器記錄的故障啟動(dòng)信號(hào)與自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)的相位差生產(chǎn)的秒以下刻度。
4．實(shí)現(xiàn)1的一種GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置由GPS同步高精度時(shí)鐘發(fā)生器、數(shù)據(jù)采集部分及微型計(jì)算機(jī)等組成。GPS同步高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有“采集”和“讀寫”兩種工作方式。平時(shí)，系統(tǒng)處于“采集”數(shù)據(jù)等待啟動(dòng)觸發(fā)狀態(tài)。此時(shí)，系統(tǒng)在硬件邏輯電路的控制下自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，刷新卡上存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)，無需CPU干預(yù)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)觸發(fā)信號(hào)到達(dá)后，系統(tǒng)會(huì)記錄觸發(fā)的準(zhǔn)確時(shí)刻，然后延時(shí)采集一段數(shù)據(jù)后，自動(dòng)停止采集轉(zhuǎn)入“讀寫”方式。在“讀寫”方式下CPU將存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到內(nèi)存中。然后再啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入“采集”狀態(tài)，等待下一個(gè)啟動(dòng)觸發(fā)的到來。故障啟動(dòng)時(shí)刻的精確時(shí)間由上述2中方法讀取，錄波數(shù)據(jù)文件的長(zhǎng)度(其中包括啟動(dòng)觸發(fā)前的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、啟動(dòng)觸發(fā)后的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度)由存儲(chǔ)器的容量、啟動(dòng)后延時(shí)記錄數(shù)據(jù)長(zhǎng)度等設(shè)置決定。因此啟動(dòng)點(diǎn)在錄波數(shù)據(jù)文件中的位置是確定的，可以由啟動(dòng)點(diǎn)的時(shí)刻求出錄波數(shù)據(jù)文件中的每個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的精確時(shí)刻。這樣，異地測(cè)量的不同數(shù)據(jù)文件可以通過時(shí)間刻度配準(zhǔn)，反映出同一時(shí)刻不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的大小，并能反映在同一時(shí)間段內(nèi)不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的變化情況，能用于電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的分析或其它行業(yè)對(duì)異地信號(hào)的同步測(cè)量。
采用本暫態(tài)過程同步記錄方法得到的高精度同步時(shí)鐘精度在GPS接受機(jī)工作正常時(shí)，同步誤差小于0.1μS；在GPS接受機(jī)工作失步1小時(shí)情況下，能保證同步誤差小于1μS。本暫態(tài)過程同步記錄裝置的高速采集系統(tǒng)性能指標(biāo)6通道，AD采樣頻率為5MHz，精度為12位，能保存啟動(dòng)前后0.2S的數(shù)據(jù)。這樣，能夠滿足對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)過程進(jìn)行異地同步高速采樣記錄的要求，也能滿足其它行業(yè)對(duì)各種信號(hào)異地高速同步測(cè)量的要求。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方法對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。附圖中

圖1GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置硬件框圖；圖2GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置軟件主程序框圖；圖3GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置自產(chǎn)秒脈沖中斷程序框圖；圖3GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置故障啟動(dòng)中斷程序框圖。
參見圖1,GPS同步暫態(tài)波形記錄裝置由GPS同步高精度時(shí)鐘發(fā)生器、高速數(shù)據(jù)采集部分及微型計(jì)算機(jī)等組成。
GPS同步高精度時(shí)鐘發(fā)生器包括GPS接受機(jī)1、鑒相器2、24位計(jì)數(shù)器6、比較器7及10MHz恒溫高精度晶振10等組成。10MHz恒溫高精度晶振10產(chǎn)生10MHz振蕩信號(hào)，經(jīng)24位計(jì)數(shù)器6計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果與整定值比較，當(dāng)二者一致時(shí)，產(chǎn)生一脈沖信號(hào)輸出，即自產(chǎn)秒脈沖17信號(hào)。GPS接受機(jī)1產(chǎn)生GPS秒脈沖16信號(hào)，GPS秒脈沖16信號(hào)與自產(chǎn)秒脈沖17信號(hào)通過鑒相器2測(cè)量二者相位差18，送到CPU15讀取相位差，求平均，CPU15根據(jù)平均值調(diào)整整定值，整定值一般取值范圍[10M-2,10M+2]，通過調(diào)整整定值來消除自產(chǎn)秒脈沖的累計(jì)偏差，使自產(chǎn)秒脈沖的偏差小于0.1μS。
高速數(shù)據(jù)采集部分由10MHz恒溫高精度晶振10、二分頻器5、AD采樣8、存儲(chǔ)器3、接口單元14、微分電路11、或門12、第二鑒相器13、計(jì)數(shù)延時(shí)單元9、與門4等組成。高速采集部分由10MHz恒溫高精度晶振10產(chǎn)生的10MHz振蕩信號(hào)經(jīng)二分頻器5分頻后產(chǎn)生5MHz的AD采樣信號(hào)19，控制AD采樣8及存儲(chǔ)器3連續(xù)采樣、循環(huán)存儲(chǔ)。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，電流或電壓信號(hào)20經(jīng)微分電路11產(chǎn)生暫態(tài)突變，或者開關(guān)操作的變位信號(hào)21，經(jīng)或門12，產(chǎn)生一啟動(dòng)信號(hào)22，第二鑒相器13記錄啟動(dòng)信號(hào)22與自產(chǎn)秒脈沖17的相位差，即啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)刻的秒以下刻度，秒以上刻度由CPU15對(duì)自產(chǎn)秒脈沖計(jì)數(shù)生成，啟動(dòng)信號(hào)中斷CPU15，讀取該啟動(dòng)時(shí)刻。啟動(dòng)信號(hào)并通過計(jì)數(shù)延時(shí)單元9延時(shí)0.1秒后，通過與門4屏蔽5MHz的AD采樣信號(hào)19，停止采樣，存儲(chǔ)器3進(jìn)入“讀狀態(tài)”，由CPU15通過接口單元14讀取存儲(chǔ)器3記錄的啟動(dòng)前后的暫態(tài)變化過程。讀取完成后，恢復(fù)連續(xù)采樣，循環(huán)存儲(chǔ)，等待下一次啟動(dòng)。
微型計(jì)算機(jī)完成檢測(cè)與控制功能，軟件如圖2、圖3及圖4所示。圖2給出主程序框圖，開機(jī)后，延時(shí)15分鐘，在位置固定的模式下，一般GPS接受機(jī)能夠進(jìn)入穩(wěn)定工作狀態(tài)。對(duì)自產(chǎn)時(shí)鐘初始化，要求GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖同步，當(dāng)二者不同步時(shí)，調(diào)整整定值，延時(shí)等待，直到同步為止。然后，開中斷，循環(huán)檢測(cè)是否有啟動(dòng)標(biāo)志產(chǎn)生。當(dāng)有啟動(dòng)發(fā)生時(shí)，延時(shí)0.1秒，確保啟動(dòng)前后暫態(tài)變化過程已記錄完畢、停止采樣，CPU讀取存儲(chǔ)器記錄的暫態(tài)數(shù)據(jù)。然后，恢復(fù)連續(xù)采樣、循環(huán)存儲(chǔ)，并進(jìn)行故障處理，處理完成后，重新回到啟動(dòng)檢測(cè)狀態(tài)，等待下一次啟動(dòng)信號(hào)的到來。
圖3給出自產(chǎn)秒脈沖的校正過程。當(dāng)自產(chǎn)秒脈沖出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生自產(chǎn)秒脈沖中斷，累計(jì)秒脈沖，生成年月日時(shí)分秒時(shí)鐘，并對(duì)計(jì)數(shù)器S加1，當(dāng)計(jì)數(shù)器S為1時(shí)，表明剛對(duì)自產(chǎn)秒脈沖進(jìn)行過一次調(diào)整，必須把整定值調(diào)回10M。當(dāng)S=M時(shí)(即連續(xù)運(yùn)行M秒)，需要對(duì)自產(chǎn)秒脈沖進(jìn)行一次調(diào)整，消除累計(jì)偏差，對(duì)M次相位差求平均值ε，當(dāng)ε落在[-2,+2]的范圍內(nèi)，表明GPS接受機(jī)工作基本正常，調(diào)整一次整定值為(10M+ε)，以消除自產(chǎn)秒脈沖的累計(jì)偏差，并統(tǒng)計(jì)以前20次的調(diào)整規(guī)律；而當(dāng)ε落在[-2,+2]的范圍外，表明GPS接受機(jī)可能工作不正常，不能按ε來調(diào)整整定值，而是按統(tǒng)計(jì)規(guī)律來調(diào)整。整定值調(diào)整完成后，計(jì)數(shù)器S清零，并中斷返回。
圖4給出啟動(dòng)中斷程序框圖。當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，產(chǎn)生啟動(dòng)中斷，記錄啟動(dòng)時(shí)刻，置啟動(dòng)標(biāo)志，并中斷返回。
權(quán)利要求
1．一種暫態(tài)變化過程的同步記錄方法，包括如下步驟(1)由高精度恒溫晶振同步全球定位系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“GPS”)產(chǎn)生高精度時(shí)鐘；(2)由高精度恒溫晶振驅(qū)動(dòng)高速AD連續(xù)采樣，循環(huán)存儲(chǔ)，刷新卡上存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)；在有啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，讀取上一步驟中高精度時(shí)鐘的時(shí)間值，按設(shè)置的整定值延時(shí)采集一段時(shí)間后，CPU將存儲(chǔ)器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到內(nèi)存中；(3)保存啟動(dòng)前后的數(shù)據(jù)，各數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的發(fā)生時(shí)刻，由上一步驟中記錄的啟動(dòng)時(shí)刻及該數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)文件中的位置計(jì)算；(4)多個(gè)記錄裝置在不同地方測(cè)量的不同數(shù)據(jù)文件通過時(shí)間刻度配準(zhǔn)，反映出同一時(shí)刻不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的大小，并反映在同一時(shí)間段內(nèi)不同地點(diǎn)、不同信號(hào)的變化情況。
2．按照權(quán)利要求1所述的同步記錄方法，實(shí)現(xiàn)采集同步功能的GPS同步高精度時(shí)鐘，由高精度晶振輸出信號(hào)分頻得到的自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)，自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)與GPS的秒脈沖信號(hào)經(jīng)鑒相器比較，得到二者的相位偏差，根據(jù)相位誤差的平均值修正自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)，以消除GPS時(shí)鐘因選擇性干擾、衛(wèi)星失鎖等引起的偏差和晶振的累計(jì)偏差，提高自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)精度，其步驟如下(1)晶振輸出信號(hào)的分頻及自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)的校正由計(jì)數(shù)器和比較器完成；晶振輸出振蕩信號(hào)由計(jì)數(shù)器累加，累加結(jié)果與CPU整定值經(jīng)比較器比較，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)果與整定值一致時(shí)，產(chǎn)生并且輸出一秒脈沖信號(hào)，并復(fù)位計(jì)數(shù)器；(2)自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)的校正通過對(duì)整定值的調(diào)整完成，即由微處理器CPU修改送入比較器進(jìn)行比較的整定值完成；可取整定值為晶振的振蕩頻率值，為消除晶振的累計(jì)偏差，每測(cè)量M次，調(diào)整一次整定值；即通常取整定值為晶振的振蕩頻率值，連續(xù)記錄M次GPS秒脈沖與自產(chǎn)秒脈沖的相位差，求平均值并取整；當(dāng)平均值不為零時(shí)，調(diào)整一次整定值；調(diào)整方法為若GPS秒脈沖超前自產(chǎn)秒脈沖時(shí)，整定值減去平均值；而若GPS秒脈沖落后自產(chǎn)秒脈沖時(shí)，則整定值加上平均值；采用調(diào)整后的整定值，運(yùn)行一個(gè)周期，比較器產(chǎn)生一次秒脈沖輸出；然后，立即把整定值重新設(shè)置為晶振的振蕩頻率值，連續(xù)測(cè)量M次相位差，由相位差平均值再調(diào)整一次整定值，如此反復(fù)，產(chǎn)生高精度的自產(chǎn)秒脈沖時(shí)鐘。(3)正常條件下，整定值根據(jù)自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)與GPS的秒脈沖信號(hào)相位差的平均值進(jìn)行調(diào)整；而GPS秒脈沖信號(hào)失真或裝置故障時(shí)，整定值根據(jù)計(jì)算機(jī)統(tǒng)計(jì)的以往整定值調(diào)整的規(guī)律進(jìn)行調(diào)整。
3．按照權(quán)利要求1所述的同步記錄方法，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，記錄信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻的準(zhǔn)確時(shí)間，以用于行波保護(hù)與故障定位，其實(shí)現(xiàn)記錄啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻的方法的特征在于(1)啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)，讀取由CPU對(duì)自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)、處理并生成的年月日時(shí)分秒時(shí)鐘刻度；(2)啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)后，讀取由鑒相器記錄的故障啟動(dòng)信號(hào)與自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)的相位差產(chǎn)生生成的秒以下刻度。
4．一種暫態(tài)變化過程的同步記錄裝置，由GPS同步高精度時(shí)鐘發(fā)生器、高速數(shù)據(jù)采集部分及微型計(jì)算機(jī)組成，特征在于GPS同步高精度時(shí)鐘發(fā)生器包括GPS接受機(jī)1、鑒相器2、24位計(jì)數(shù)器6、比較器7及10MHz恒溫高精度晶振10等組成；10MHz恒溫高精度晶振10產(chǎn)生10MHz振蕩信號(hào)，經(jīng)24位計(jì)數(shù)器6計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果與整定值比較，當(dāng)二者一致時(shí)，產(chǎn)生一脈沖信號(hào)輸出，即自產(chǎn)秒脈沖信號(hào)17。GPS接受機(jī)1產(chǎn)生GPS秒脈沖16信號(hào)，GPS秒脈沖16信號(hào)與自產(chǎn)秒脈沖17信號(hào)通過鑒相器2測(cè)量二者相位差18，送到CPU15讀取相位差，求平均，CPU15根據(jù)平均值調(diào)整整定值，整定值一般取值范圍[10M-2,10M+2]，通過調(diào)整整定值來消除自產(chǎn)秒脈沖的累計(jì)偏差，使自產(chǎn)秒脈沖的偏差小于0.1μS；高速數(shù)據(jù)采集部分由10MHz恒溫高精度晶振10、二分頻器5、AD采樣8、存儲(chǔ)器3、接口單元14、微分電路11、或門12、第二鑒相器13、計(jì)數(shù)延時(shí)單元9、與門4等組成。高速采集部分由10MHz恒溫高精度晶振10產(chǎn)生的10MHz振蕩信號(hào)經(jīng)二分頻器5分頻后產(chǎn)生5MHz的AD采樣信號(hào)19，控制AD采樣8及存儲(chǔ)器3連續(xù)采樣、循環(huán)存儲(chǔ)；當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，電流或電壓信號(hào)20經(jīng)微分電路11產(chǎn)生暫態(tài)突變，或者開關(guān)操作的變位信號(hào)21，經(jīng)或門12，產(chǎn)生一啟動(dòng)信號(hào)22，第二鑒相器13記錄啟動(dòng)信號(hào)22與自產(chǎn)秒脈沖17的相位差，即啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)刻的秒以下刻度，秒以上刻度由自產(chǎn)秒脈沖計(jì)數(shù)生成，啟動(dòng)信號(hào)中斷CPU，讀取該啟動(dòng)時(shí)刻。啟動(dòng)信號(hào)并通過計(jì)數(shù)延時(shí)單元9延時(shí)0.1秒后，通過與門4屏蔽5MHz的AD采樣信號(hào)19，停止采樣，存儲(chǔ)器進(jìn)入“讀狀態(tài)“，由CPU15通過接口單元14讀取存儲(chǔ)器記錄的啟動(dòng)前后的暫態(tài)波形；讀取完成后，恢復(fù)連續(xù)采樣，等待下一次啟動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)電力系統(tǒng)暫態(tài)變化過程同步記錄方法及裝置。由高精度晶振驅(qū)動(dòng)AD采樣,對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集;故障發(fā)生、開關(guān)操作等暫態(tài)過程發(fā)生時(shí),記錄啟動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻的精確時(shí)間,保存啟動(dòng)前后的采集結(jié)果。時(shí)鐘由GPS同步晶振實(shí)現(xiàn),可消除因S.A干擾、衛(wèi)星失鎖等引起的偏差,自產(chǎn)秒脈沖偏差小于0.1μS。在時(shí)鐘的同步作用下,多個(gè)記錄裝置對(duì)異地測(cè)量點(diǎn)的信號(hào)同步測(cè)量,連接成網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)操作、故障及擾動(dòng)等暫態(tài)變化過程的分布式高速記錄及測(cè)量。
文檔編號(hào)G01R13/06GK1312472SQ0013110
公開日2001年9月12日 申請(qǐng)日期2000年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月30日
發(fā)明者尹項(xiàng)根, 曾祥君, 張哲 , 陳德樹, 余暢, 陳浩 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)