一種分布式間隔單元的低成本準(zhǔn)同步

1、一種分布式間隔單元的低成本準(zhǔn)同步一種分布式間隔單元的低成本準(zhǔn)同步采樣系統(tǒng)的研究采樣系統(tǒng)的研究王振華1于同偉2馬志敏1李籽良2趙會(huì)彬1(1.許繼集團(tuán)有限公司，河南許昌4610002.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，沈陽110006)摘要摘要:分析了當(dāng)前10kV保護(hù)裝置的模擬量采集方案，提出了一種低成本準(zhǔn)同步采樣系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用V型采樣插值法，利用AD7616芯片各輸入通道間的靈活配置和高速轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的準(zhǔn)同步采樣。此方案采用Z

2、YNQ平臺(tái)，利用內(nèi)部AXI總線實(shí)現(xiàn)AD數(shù)據(jù)的高速傳輸，極大的提高了數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:DTU；準(zhǔn)同步采樣；FPGA；突發(fā)模式中圖分類號(hào)：TM93文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：10011390（2019）13000000ResearchofthelowcostquasisynchronousplesiochronoussamplingsystemindistributionterminalunitWangZ

3、henhua1YuTongwei2MaZhimin1LiZiliang2ZhaoHuibin1(1.XujiXJGroupCpationXuchang461000HenanChina.2.ElectricPowerScienceResearchInstituteofStateGridLiaoningElectricPowerSupplyCo.Ltd.Shenyang110006China)Abstract:Thispaperanalyz

4、estheanalogacquisitionsystemofthecurrent10kVprotectivedevicepresentsamethodofthelowcostquasisynchronousplesiochronoussamplingsysteminDistributiondistributionTerminalterminalUnitunit(DTU).ThissystemusesadoptstheVsamplingi

5、nterpolationmethodrealizesthequasisynchronousplesiochronoussamplingofanalogdatabyebyusingtheflexibleconfigurationhighspeedconversionbetweeninputchannelsoftheAD7616chip.ThisdesignschemeadoptsbasedZYNQplatfmusesinternalAXI

6、bustorealizethehighspeedtransmissionthroughusinginternalAXIbuswhich.ThisdesigngreatlyimprovesthereliabilityrealtimeofADdataensuresthesecuritystabilityofthepowergrid.Keywds:DTUquasisynchronousplesiochronoussamplingFPGAbur

7、stmode0引言2017年，國網(wǎng)公司組織并協(xié)調(diào)了相關(guān)專家和各生產(chǎn)廠家編制了《配電自動(dòng)化終端及配套設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)》，根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，提出了分布式DTU（DistributionTerminalUnit，站所終端）間隔單元[1]。DTU間隔單元是DTU的重要組成部分，其獨(dú)立安裝在各間隔10kV開關(guān)柜內(nèi)，完成間隔就地測(cè)控等終端功能。分布式DTU間隔單元具備采集器的功能，有一個(gè)值，作為最終ADC采樣結(jié)果進(jìn)行電力應(yīng)用相關(guān)的后續(xù)計(jì)算。表1四個(gè)通

8、道的準(zhǔn)同步采樣樣本Tab.1TheQuasisynchronousplesiochronoussamplingsamplesoffourchannels???????VA117VA226VA335VA442.3誤差分析準(zhǔn)同步采樣的誤差，如圖4所示，為樣本空間的兩個(gè)端點(diǎn)幅值（A和C）的平均值與兩個(gè)樣本中點(diǎn)（B點(diǎn)）的正弦波值[6]之間的差值。?點(diǎn)A幅值為：；=sin點(diǎn)C幅值為：；=sin(2)點(diǎn)B幅值為：；=sin()可得準(zhǔn)同步采樣的誤差為

9、：；?=|2?|整理可得：。?=|(1?cos)sin()|由于，因此最大誤差為：|sin()|≤1。?=1?cos根據(jù)國家電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的測(cè)量誤差小于0.2%，當(dāng)采樣頻率為1MHz時(shí)，對(duì)于50Hz交流信號(hào)的理論最大誤差?=（1?cos）=（1?cos0.018）≈0.000000050.001%，可忽略不計(jì)。α0xyΔABCαβαβ2圖4準(zhǔn)同步采樣誤差分析Fig.4TheeErranalysisofthequasisynchrono

10、usplesiochronoussampling2.4實(shí)際應(yīng)用精度測(cè)試通過對(duì)DTU裝置(DAS821)進(jìn)行加量測(cè)試和高低溫測(cè)試，通過對(duì)測(cè)試加量和實(shí)際顯示數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析，如表2、表3和表4所示，充分驗(yàn)證了這種準(zhǔn)同步采樣系統(tǒng)的可靠性、同步性和實(shí)用性。由于其他電子元器件（電阻、電容、電感和材料等）精度和電路設(shè)計(jì)的影響，實(shí)際誤差比理論值要大。表225℃下裝置加量和實(shí)際顯示的誤差分析Tab.2TheeErranalysisbetweentheo

11、utputoftestinstrumenttheactualdisplayat25℃IaIbIcUaUbUc實(shí)際加量0.99950.99950.999557.67557.67657.67625℃顯示1.0001.0001.00057.74757.74557.755誤差分析0.050%0.050%0.050%0.125%0.120%0.137%表340℃下裝置加量和實(shí)際顯示的誤差分析Tab.3TheeErranalysisbetweent

12、heoutputoftestinstrumenttheactualdisplayat40℃IaIbIcUaUbUc實(shí)際加量0.99930.99930.999357.68357.68457.68340℃顯示1.0011.0011.00157.78357.78357.783誤差分析0.170%0.170%0.170%0.173%0.172%0.173%表470℃下裝置加量和實(shí)際顯示的誤差分析Tab.4TheeErranalysisbetwe

13、entheoutputoftestinstrumenttheactualdisplayat70℃IaIbIcUaUbUc實(shí)際加量0.99930.99930.999357.67957.67957.67970℃顯示1.0001.0000.99857.64757.63957.638誤差分析0.070%0.070%0.130%0.055%0.069%0.071%2.3FPGA對(duì)AD7616的準(zhǔn)同步采樣AD7616在軟件模式下，在系統(tǒng)上電初始化期

14、間，通過FPGA寫入序列器，設(shè)定采樣順序。各序列器堆棧寄存器的位D8定義A組（通道A0至通道A7）中的某個(gè)通道和B組（通道B0至通道B7）中的某個(gè)通道被返回，如圖5所示，等待下一次采樣啟動(dòng)信號(hào)（CONVST）啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。FPGA寫入AD配置寄存器開始FPGA發(fā)出AD采樣信號(hào)A0_D8=0A1_D8=0A2_D8=0AD通道A0采樣AD通道A1采樣AD通道A2采樣結(jié)束YYYNNN圖53個(gè)通道的AD轉(zhuǎn)換Fig.5TheADconversion