專(zhuān)利名稱(chēng)：特別用于能量傳輸系統(tǒng)的保護(hù)或控制裝置的采樣電流或電壓變化并形成采樣值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分所述特征的方法，特別用于能量 傳輸系統(tǒng)的保護(hù)或控制裝置。
背景技術(shù)：
這樣的方法由德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)文件DE19933684公開(kāi)。在該方法中在使用內(nèi) 部時(shí)鐘的條件下采樣高壓信號(hào)或強(qiáng)電流信號(hào)，該內(nèi)部時(shí)鐘與世界范圍可用的 GPS (全球定位系統(tǒng))信號(hào)同步。由此GPS信號(hào)給出系統(tǒng)時(shí)鐘，采樣值與該系 統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)。隨后為了保護(hù)的目的，特別是為了差動(dòng)保護(hù)的目的而分析這些采樣值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種方法，用該方法可以在很小的設(shè)備 開(kāi)銷(xiāo)或者說(shuō)硬件開(kāi)銷(xiāo)下形成具有很小抖動(dòng)并且非常低噪的采樣值。
上述技術(shù)問(wèn)題從本文開(kāi)始部分提到類(lèi)型的方法出發(fā)根據(jù)本發(fā)明通過(guò)權(quán)利 要求1所述特征解決。按照本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，用相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘自由振蕩的輔助時(shí)鐘或者說(shuō)輔助時(shí)鐘信號(hào) 形成輔助采樣值，確定每個(gè)輔助采樣值的采樣時(shí)刻分別相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間 偏移，并且確定輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值，并且在使用輔助采樣值各自的 時(shí)間偏移值的條件下對(duì)輔助采樣值進(jìn)行重新采樣(再采樣)，在該重新采樣中形 成在時(shí)間上與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)的采樣值。
按照本發(fā)明的方法的 一 個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，總共需要比迄今為止的采樣系統(tǒng) 更少的硬件來(lái)產(chǎn)生采樣值，因?yàn)闉椴蓸佣氲妮o助時(shí)鐘自由地振蕩，并且由 此可以完全棄用例如基于PLL (鎖相環(huán))電路的相位跟蹤。也就是用自由振蕩行再采樣。
按照本發(fā)明的方法的另 一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)在于，采樣值是抖動(dòng)非常低和噪聲非 常低的。在發(fā)明者方面確定，由預(yù)先給定的系統(tǒng)時(shí)鐘導(dǎo)出的并且與其相位耦合 的采樣時(shí)鐘可能具有相對(duì)大的抖動(dòng)并且會(huì)導(dǎo)致采樣值的相對(duì)大的噪聲。本發(fā)明 從這點(diǎn)著手，通過(guò)棄用這樣的相位耦合或者說(shuō)相位跟蹤；取而代之的是不依賴(lài) 于系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行采樣，并且對(duì)前置的輔助采樣使用相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘自由振蕩的、 具有高質(zhì)量、特別是具有小的抖動(dòng)的輔助時(shí)鐘。由此輔助采樣值的采樣時(shí)刻通
常可以相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘在時(shí)間上任意地偏移或者說(shuō)相位偏移；為了還可以建立
相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間上的關(guān)系，緊接著對(duì)輔助采樣值進(jìn)行重新采樣或者說(shuō)再 采樣，并且是在使用輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值的條件下，該時(shí)間偏移值事 先在輔助采樣時(shí)對(duì)每個(gè)輔助采樣值被記錄。由此在結(jié)果中形成具有正確的時(shí)基 的、但是具有明顯小的抖動(dòng)和小的噪聲的采樣值，因?yàn)橄到y(tǒng)時(shí)鐘僅在設(shè)置在下 級(jí)的、例如僅在數(shù)值上進(jìn)行的"后采樣"(再采樣)的范圍內(nèi)被引入，而不是針 對(duì)初始的"物理的"采樣。
作為系統(tǒng)時(shí)鐘優(yōu)選使用GPS信號(hào)、伽利略信號(hào)、實(shí)時(shí)SNTP信號(hào)、SDH 網(wǎng)的系統(tǒng)時(shí)鐘或者用這些信號(hào)的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)出的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
作為輔助時(shí)鐘信號(hào)優(yōu)選采用局部自由振蕩的振蕩器的輸出信號(hào)。輔助時(shí)鐘 信號(hào)例如可以用母線保護(hù)中央設(shè)備產(chǎn)生，并且用該母線保護(hù)中央設(shè)備饋入到在 其上連接的采樣裝置中。采樣裝置例如可以集成在連接于一個(gè)或多個(gè)能量傳輸 導(dǎo)線的測(cè)量用互感器中。
可替換地，輔助時(shí)鐘信號(hào)還可以由實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)、特別是實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的信 號(hào)導(dǎo)出。
時(shí)間偏移值例如用計(jì)數(shù)器形成，該計(jì)數(shù)器對(duì)預(yù)先給出的計(jì)數(shù)時(shí)鐘的時(shí)鐘脈 沖計(jì)數(shù)，并且該計(jì)數(shù)器通過(guò)系統(tǒng)時(shí)鐘的脈沖被復(fù)位，并且當(dāng)以輔助時(shí)鐘記錄輔 助采樣值時(shí)，其計(jì)數(shù)器狀態(tài)分別作為時(shí)間偏移值被讀出。計(jì)數(shù)器狀態(tài)直觀地被 認(rèn)為是用于時(shí)間間隔的測(cè)量值，該時(shí)間間隔是在系統(tǒng)時(shí)鐘的各上一個(gè)脈沖和對(duì) 各個(gè)輔助采樣值的記錄之間經(jīng)過(guò)的時(shí)間間隔。
用所描述的方法形成的采樣值例如被進(jìn)一步處理為電流或電壓相量，優(yōu)選 為了保護(hù)的目的在保護(hù)裝置或者控制設(shè)備中進(jìn)一步處理采樣值。
此外本發(fā)明還涉及一種用于采樣電流或電壓變化并形成采樣值的裝置，該采樣值與預(yù)先給出的系統(tǒng)時(shí)鐘在時(shí)間上相關(guān)。
本發(fā)明關(guān)于這樣的裝置要解決的技術(shù)問(wèn)題是，使得采樣值具有小的抖動(dòng)和 盡可能低的噪聲。
按照本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)一種具有輔助采樣裝置和重新采樣裝置 (以下也稱(chēng)為再采樣裝置)的裝置解決。為輔助釆樣裝置提供系統(tǒng)時(shí)鐘和相對(duì) 于系統(tǒng)時(shí)鐘自由振蕩的輔助時(shí)鐘，并且用輔助時(shí)鐘形成輔助采樣值和輔助采樣 值各自的時(shí)間偏移值，該時(shí)間偏移值對(duì)每個(gè)采樣時(shí)刻分別給出相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘 的時(shí)間偏移。在輔助采樣裝置之后設(shè)置的是重新采樣裝置，該重新采樣裝置在 使用輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值的條件下對(duì)輔助采樣裝置的輔助采樣值進(jìn)行 重新采樣，在該重新采樣中形成在時(shí)間上與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)的采樣值。
關(guān)于按照本發(fā)明的裝置的優(yōu)點(diǎn)參見(jiàn)結(jié)合按照本發(fā)明的方法的上述實(shí)施方式。
如果要形成與能量傳輸系統(tǒng)相關(guān)的采樣值，則優(yōu)選輔助采樣裝置包含在電
流或電壓互感器中。
重新采樣裝置例如可以構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的、特別是保護(hù)設(shè)備的組成部分。 輔助采樣裝置和重新采樣裝置優(yōu)選經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)傳輸總線或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)互
相連接。
只要在能量傳輸系統(tǒng)中存在母線保護(hù)中央設(shè)備，則具有優(yōu)勢(shì)的是，母線保 護(hù)中央設(shè)備形成輔助時(shí)鐘并且將其傳輸?shù)捷o助采樣裝置。
關(guān)于相量測(cè)量值的形成，具有優(yōu)勢(shì)的是，用采樣值形成電流或電壓相量的 相量形成裝置與重新采樣裝置連接。


下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明；在此示例性示出 圖1示出了用于產(chǎn)生采樣值的裝置的第一實(shí)施例，借助其也示例性地解釋 按照本發(fā)明的方法，
圖2示例性示出了采樣的電壓信號(hào)，
圖3示意性示出了電壓信號(hào)的再現(xiàn)，
圖4以原理圖示出了用插值濾波器進(jìn)行的再采樣過(guò)程，
圖5示出了不同插值濾波器的比較，
圖6示出了具有Blackman窗的插值濾波器的屬于脈沖響應(yīng)的振幅特性曲線，
圖7示出了按照?qǐng)D6的插值濾波器在通帶范圍內(nèi)的振幅特性曲線， 圖8示例性示出了采樣時(shí)刻，
圖9示出了具有按照?qǐng)D6的插值濾波器的相關(guān)數(shù)學(xué)特性的表，
圖IO示出了流程圖，該流程圖再次示例性綜合了用于形成采樣值的方法，
以及
圖11示出了按照本發(fā)明的裝置的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在圖1中示出了用于采樣電流以及電壓變化并且形成相應(yīng)的電流以及電壓 相量的裝置10。在此示例性對(duì)以下情況解釋該裝置，即，采樣電壓信號(hào)U(t)并 形成電壓相量U。
裝置10具有輔助采樣裝置20，在其輸入端E20a上饋入待采樣的電壓信號(hào) U(t)。輔助采樣裝置20的另一個(gè)輸入端E20b與輔助時(shí)鐘發(fā)生器30相連，該時(shí) 鐘發(fā)生器30在輸出側(cè)產(chǎn)生自由振蕩的輔助時(shí)鐘或者說(shuō)輔助時(shí)鐘信號(hào)H并饋入 到輔助采樣裝置20中。
輔助采樣裝置20在輸入側(cè)具有A/D轉(zhuǎn)換器40,其模擬輸入端與輔助裝置 20的輸入端E20a相連并且由此被施加電壓信號(hào)U(t)。連接在A/D轉(zhuǎn)換器40之 后的是測(cè)量值形成器50,其將由A/D轉(zhuǎn)換器40形成的采樣值U(n)傳輸?shù)竭B接 在其后的測(cè)量值存儲(chǔ)器60。
此外測(cè)量值形成器50還與存儲(chǔ)器或者說(shuō)鎖存器組件70相連，在該存儲(chǔ)器 或者說(shuō)鎖存組件70之前在輸入側(cè)連接計(jì)數(shù)器80。該計(jì)數(shù)器80通過(guò)其復(fù)位輸入 端R80連接到GPS接收裝置90，該GPS接收裝置90產(chǎn)生作為系統(tǒng)時(shí)鐘或者說(shuō) 系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)G的GPS信號(hào)并饋入到計(jì)數(shù)器80中。系統(tǒng)時(shí)鐘G例如每秒分別 產(chǎn)生一個(gè)短脈沖。
計(jì)數(shù)器80的時(shí)鐘輸入端T80與信號(hào)發(fā)生器100相連，信號(hào)發(fā)生器100將 時(shí)鐘信號(hào)或者說(shuō)計(jì)數(shù)時(shí)鐘T饋入到計(jì)數(shù)器80的時(shí)鐘輸入端T80。
輔助采樣裝置20的輸出端A20通過(guò)測(cè)量值存儲(chǔ)器60的輸出端A60形成； 該測(cè)量值存儲(chǔ)器60與重新釆樣裝置(或者說(shuō)再采樣裝置)200相連，在該重新 釆樣裝置200后連接有相量形成裝置210。
重新采樣裝置200對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器40的輔助采樣值U(n)進(jìn)行再采樣并且在輸出側(cè)產(chǎn)生經(jīng)再采樣的電壓值U'(n)，該電壓值U'(n)隨后由相量形成裝置210 轉(zhuǎn)換為電壓相量U;電壓相量H由此與GPS接收裝置90的系統(tǒng)時(shí)鐘G相關(guān)并 且形成所謂的同步相量。同步相量的概念是指相量U與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)。 按照?qǐng)D1的裝置例如如下運(yùn)行
GPS接收裝置90在輸出側(cè)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘G,其^t饋入計(jì)數(shù)器80中。同時(shí) 信號(hào)發(fā)生器IOO將計(jì)數(shù)時(shí)鐘T饋入到計(jì)數(shù)器80中，該計(jì)數(shù)器80因此開(kāi)始計(jì)數(shù)。 每當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘G產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器80總是被復(fù)位。
當(dāng)存儲(chǔ)器組件70被自由振蕩的輔助時(shí)鐘H觸發(fā)時(shí)，計(jì)數(shù)器80的計(jì)數(shù)器狀 態(tài)Z被分別存儲(chǔ)在該存儲(chǔ)器組件70中。也就是只要輔助時(shí)鐘H產(chǎn)生其第n個(gè) 時(shí)鐘脈沖，則由此既觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換器40并產(chǎn)生采樣值U(n)，同時(shí)也將各個(gè)計(jì) 數(shù)器狀態(tài)Z(n)記錄在存儲(chǔ)器組件70中并作為輔助采樣各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n) 傳輸?shù)綔y(cè)量值形成器50。如果計(jì)數(shù)時(shí)鐘具有時(shí)鐘頻率fT=l GHz,則可以確定 時(shí)間精度為Ins的相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘G的脈沖的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)。
由此計(jì)數(shù)器80和存儲(chǔ)器組件70共同形成計(jì)數(shù)裝置，其通過(guò)對(duì)計(jì)數(shù)時(shí)鐘T 的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)形成時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)、在出現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘G的脈沖時(shí)被復(fù)位并在 以輔助時(shí)鐘H記錄了輔助采樣值U(n)時(shí)輸出作為時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)的它的各個(gè) 計(jì)數(shù)器狀態(tài)Z。
測(cè)量值形成器50將A/D轉(zhuǎn)換器40的各個(gè)輔助采樣值U(n)與對(duì)應(yīng)的輔助采 樣值各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)—起傳輸?shù)綔y(cè)量值存儲(chǔ)器60，該測(cè)量值存儲(chǔ)器60 將輔助采樣值U(n)與所屬的輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)作為測(cè)量值對(duì) (U(n); At(n))來(lái)存儲(chǔ)。
雖然輔助采樣值U(n)沒(méi)有用系統(tǒng)時(shí)鐘G來(lái)采樣，但是其還是具有相對(duì)系統(tǒng) 時(shí)鐘G的公知的時(shí)間上的相位，因?yàn)閷?shí)際上對(duì)每個(gè)輔助采樣值U(n)來(lái)說(shuō)，與系 統(tǒng)時(shí)鐘G或者與系統(tǒng)時(shí)鐘G的各個(gè)在前的脈沖的各個(gè)時(shí)間上的關(guān)系是通過(guò)輔助 采樣值各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)來(lái)定義的。除了計(jì)數(shù)器值Z,在時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n) 中或者與時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)—起還可以存儲(chǔ)一個(gè)絕對(duì)時(shí)間信息TAS，其給出系統(tǒng) 時(shí)鐘的上一個(gè)脈沖的絕對(duì)時(shí)刻或者說(shuō)絕對(duì)時(shí)間；這使得可以對(duì)每個(gè)輔助采樣值 才安照以下股市來(lái)絕對(duì)地確定采樣時(shí)刻TAH:
TAH=TAS+Z*l/fT 。
重新采樣裝置200從測(cè)量值存儲(chǔ)器60中讀出輔助采樣值U(n)和對(duì)應(yīng)的輔 助采樣值各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)，并且在使用系統(tǒng)時(shí)鐘G的條件下進(jìn)行"計(jì)算上的"再采樣。在該再采樣過(guò)程的范圍內(nèi)在輸出側(cè)產(chǎn)生經(jīng)再采樣的采樣值U'(n)， 其與系統(tǒng)時(shí)鐘G相關(guān)；為此優(yōu)選使用等于系統(tǒng)時(shí)鐘G整數(shù)倍的再采樣頻率。在 相量形成裝置210中用采樣值U'(n)形成電壓相量U,其形成所謂的同步相量。 如已經(jīng)解釋的，"同步相量"的概念在此理解為與預(yù)定的系統(tǒng)時(shí)鐘G同步的相量。
圖2示例性示出由自由振蕩的輔助時(shí)鐘H用固定的采樣頻率采樣的電壓信 號(hào)U(t)。
為了能夠計(jì)算盡可能精確的用于表征電壓信號(hào)U(t)的基波的相量U,優(yōu)選 這樣設(shè)置輔助時(shí)鐘H的采樣頻率，使得其為電壓信號(hào)U(t)的基波頻率的整數(shù)倍。 為了能夠滿足該要求，例如進(jìn)行電壓信號(hào)U(t)的基波的頻率測(cè)量。以這種方式 確定的基波頻率的倍數(shù)在以下作為輔助時(shí)鐘H繼續(xù)使用。
如已經(jīng)提到的，為了將采樣值U(n)與系統(tǒng)時(shí)鐘G匹配使用再采樣方法。該 再采樣方法基于香農(nóng)采樣定理的理論。該定理證明，借助si函數(shù)可以對(duì)每個(gè)理 想的帶寬受限的信號(hào)x進(jìn)行插值
"=—。j ^ 、 。 公式1
其中
圖3借助正弦函數(shù)的剪切圖與在其中繪出的si插值函數(shù)一起解釋該事實(shí)情 況，該si插值函數(shù)使得可以再現(xiàn)經(jīng)釆樣的帶寬受限的信號(hào)。通過(guò)對(duì)點(diǎn)3、 4、 5... 等求解香農(nóng)公式，可以在每個(gè)任意其它位置計(jì)算在這些點(diǎn)處給出的理想的帶寬 受限的函數(shù)。
對(duì)于再采樣應(yīng)用來(lái)說(shuō)對(duì)該函數(shù)的插值存在兩種可能性
第一種可能性在于，可以通過(guò)給出的采樣值布置如在圖3中示出的具有其 極限值的插值函數(shù)。但是該變形對(duì)再采樣應(yīng)用來(lái)說(shuō)不是特別實(shí)用的，因?yàn)榇颂?對(duì)每個(gè)釆樣值要計(jì)算關(guān)于所有Si函數(shù)的無(wú)窮和。
按照第二種變形利用如下事實(shí)，si函數(shù)在待插值的采樣值之外的所有其它 釆樣值的位置取值為0。也就是，如果用si函數(shù)在新的采樣值的位置上插值該 信號(hào)，則僅須考慮一個(gè)si函數(shù)。
如果此時(shí)在新的采樣值的位置上用新的采樣間隔的周期長(zhǎng)度定位si函數(shù) 并在給定的采樣值的位置上進(jìn)行計(jì)算，則可以確定該新的采樣值。圖4借助利用插值濾波器的再采樣解釋了該事實(shí)情況。
從實(shí)際的角度看當(dāng)然不應(yīng)用Si函數(shù)直接進(jìn)行該插值，因?yàn)樵摵瘮?shù)不是只在 有限時(shí)間間隔中具有不等于0的值。但是從極值兩側(cè)在第五過(guò)零點(diǎn)對(duì)函數(shù)進(jìn)行 簡(jiǎn)單的剪切提供在頻率范圍中與理想低通明顯不同的頻率響應(yīng)。在此更好的是，
用窗函數(shù)將si函數(shù)限制在有限的區(qū)域上。在本例中為此使用Blackman窗函數(shù)。 此處獲得最小為60dB的截止-衰減比值(Sperr-Daempfiingsverhaeltnis )。盡管可 以用已知的Kaiser函數(shù)獲得更好的值，但是這導(dǎo)致窗大小的負(fù)擔(dān)。因?yàn)?0dB 被認(rèn)為是足夠的，所以?xún)?yōu)選不使用Kaiser窗。
圖5詳細(xì)示出了所使用的插值函數(shù)。用"xi"表示的曲線表示示例性選擇 的Blackman窗函數(shù)。用"si"表示的曲線表示時(shí)間上不限制的si函數(shù)。用"hsi" 表示的曲線是借助窗函數(shù)在時(shí)間上受限制的插值函數(shù)。
圖6以從10kHz到5kHz的采樣頻率降低為例示出了對(duì)應(yīng)于所表示的脈沖 響應(yīng)的振幅特性曲線。如在圖6中可以看出的，將插值的信號(hào)帶寬限制到新的 半采樣頻率。通帶范圍中的脈動(dòng)性最大為0.2xl04。
圖7示出了在通帶范圍中的特征。在圖7中可以看出，在整個(gè)通帶范圍中 的平均脈動(dòng)性明顯小于10—4。由此用該濾波器在通帶范圍內(nèi)也滿足所有精度要 求。如此處不用進(jìn)一步證明的，用以下公式對(duì)每個(gè)時(shí)刻to計(jì)算函數(shù)值
<formula>formula see original document page 10</formula>
該公式是最小二乘估計(jì)量的解，該最小二乘估計(jì)量將插值函數(shù)與在所接收 的采樣值流中期望的位置to匹配。函數(shù)w(t)是Blackman窗函數(shù)。
圖8示出對(duì)所選擇的再采樣方法的重新采樣的實(shí)現(xiàn)在用叉表示的時(shí)刻存 在一個(gè)在原始采樣值流中基于輔助時(shí)鐘H的采樣值。在用叉表示的點(diǎn)上要重新 采樣。為了重新采樣使用與系統(tǒng)時(shí)鐘G同步并且優(yōu)選等于系統(tǒng)時(shí)鐘G的脈沖頻 率的倍數(shù)(例如整數(shù)倍)的采樣頻率。用符號(hào)"GPS Sync-Puls"示例性表示 GPS信號(hào)的脈沖中的一個(gè)脈沖，這些脈沖通常每秒出現(xiàn)一個(gè)。
新舊采樣頻率的比值在該例中為3/5。如果在時(shí)刻1=0計(jì)算采樣值，則使用 其極值正好位于原始采樣值0的插值濾波器。在這種情況下數(shù)據(jù)窗正好延伸到以前的w/2采樣值以及以后的w/2采樣值。對(duì)于在位置t=3的對(duì)新采樣值的計(jì) 算，必須使用其極值正好向右移動(dòng)原始采樣間隔TA的3/5TA的插值濾波器。也 就是在該例中總共需要5個(gè)不同的濾波器系數(shù)組用于實(shí)現(xiàn)再采樣。
按照?qǐng)D9的表中的公式詳細(xì)描述了所提出的算法。
圖IO再次示出了綜合為流程圖的示例性的方法過(guò)程。
對(duì)所確定的同步相量U的精度關(guān)鍵的是精確地確定輸入信號(hào)U(t)的信號(hào)基 頻f。為此優(yōu)選按照以下公式從多個(gè)前后接續(xù)的數(shù)據(jù)窗的相量中確定頻率f:
/ =卻(0/& 。
從相位角一)的演變中導(dǎo)出頻率測(cè)量值f的有效性。當(dāng)相位角幾乎線性地演 變時(shí)，所確定的頻率測(cè)量值f是有效的。如果在所測(cè)量的相位角的變化中確定 出有突然的變化，則必須對(duì)頻率測(cè)量重新定位數(shù)據(jù)窗。用此時(shí)為有效的頻率測(cè) 量值f在第二步驟中第二次進(jìn)行再采樣。以這種方式確定的相量就可以被用作 同步相量。在所描述的遞歸步驟中一直繼續(xù)該過(guò)程。
再采樣方法在重新采樣裝置(再采樣裝置)200中的具體的技術(shù)上的應(yīng)用 例3口可以用例詿口在"A flexible sampling-rate conversion method" ( Smith, J. O. and Gosset， P.; 1984; Proceedings of the International Conference on Acoustic, Speech, and Signal Processing, Sand Diego, Volume 2, pages 19.4.1.-19.4.2; New York. IEEE Press)中解釋的方式來(lái)進(jìn)行。
在圖11中示出了按照本發(fā)明的裝置的另一種實(shí)施例，用該裝置也可以實(shí) 施按照本發(fā)明的方法。
在圖11中可以看出能量傳輸導(dǎo)線500，兩個(gè)測(cè)量用互感器單元510、 520 連接到該能量傳輸導(dǎo)線500。兩個(gè)測(cè)量用互感器單元510和520分別被構(gòu)造為 具有如結(jié)合圖1已經(jīng)解釋的輔助采樣裝置20。
兩個(gè)測(cè)量用互感器單元510和520與設(shè)置在后面的保護(hù)設(shè)備530相連；在 保護(hù)設(shè)備530和兩個(gè)測(cè)量用互感器單元510和520之間的連接通過(guò)例如被構(gòu)造 為具有開(kāi)關(guān)550的數(shù)據(jù)總線或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(例如以太網(wǎng))540保證。
如在圖11中此外還可以看出的，為兩個(gè)測(cè)量用互感器單元510和520以 及保護(hù)設(shè)備530提供例如通過(guò)GPS信號(hào)預(yù)先給出的系統(tǒng)時(shí)鐘G。
保護(hù)設(shè)備530被構(gòu)造為具有重新采樣裝置200以及相量形成裝置210;這 兩個(gè)組件可以對(duì)應(yīng)于按照?qǐng)D1的重新采樣裝置200和相量形成裝置210。按照?qǐng)D11的裝置可以如下運(yùn)行
用測(cè)量用互感器單元510和520采集能量傳輸導(dǎo)線500的電流和電壓測(cè)量 值Ul(t)和Il(t)以及U2(t)和12(t)并進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換。在此按照輔助時(shí)鐘H在 輸出側(cè)形成輔助采樣值Il(n)、 12(n)、 Ul(n)和U2(n),它們與各個(gè)對(duì)應(yīng)的輔助采 樣值各自的時(shí)間偏移值A(chǔ)t(n)—起經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)540被傳輸?shù)奖Ｗo(hù)設(shè)備530。輔助時(shí) 鐘H可以單獨(dú)地在每一個(gè)測(cè)量用互感器單元510和520中產(chǎn)生或者對(duì)兩個(gè)測(cè)量 用互感器單元510和520由外部預(yù)先給出；例如由母線保護(hù)中央設(shè)備600形成 輔助時(shí)鐘H并且饋入到測(cè)量用互感器單元510和520中?？商鎿Q地還可以從網(wǎng) 絡(luò)540的數(shù)據(jù)信號(hào)中導(dǎo)出輔助時(shí)鐘H,該網(wǎng)絡(luò)優(yōu)選是實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)，特別是實(shí) 時(shí)以太網(wǎng)。
保護(hù)設(shè)備530對(duì)輔助采樣值Ul(n) 、 U2(n) 、 Il(n)和12(n)進(jìn)行再采樣并且 在輸出側(cè)產(chǎn)生與系統(tǒng)時(shí)鐘G同步的采樣值Ul'(n) 、 U2'(n) 、 Il'(n)和12'(n)。保 護(hù)設(shè)備530的相量形成裝置210用這些采樣值Ul'(n) 、 U2'(n) 、 Il'(n)和12'(n)
形成同步相量Ii 、 12、 ui和m。
同步相量U 、 12、 Ul和U2可以在保護(hù)設(shè)備530內(nèi)部或在保護(hù)設(shè)備530 外部，例如在設(shè)置在后面的控制系統(tǒng)等中被分析，看是否在能量傳輸導(dǎo)線500 上出現(xiàn)故障，特別是短路。由此用同步相量II 、 12、 IIL和U2可以產(chǎn)生故障信號(hào)。
權(quán)利要求
1. 一種采樣電流或電壓變化(U(t))并形成采樣值(U′(n))的方法，該采樣值(U′(n))與預(yù)先給出的系統(tǒng)時(shí)鐘(G)在時(shí)間上相關(guān)，其特征在于，-用相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘自由振蕩的輔助時(shí)鐘(H)形成輔助采樣值(U(n))，-確定每個(gè)輔助采樣值的采樣時(shí)刻分別相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間偏移，并且確定輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值(Δt(n))，以及-在使用輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值(Δt(n))的條件下對(duì)輔助采樣值(U(n))進(jìn)行重新采樣，在該重新采樣中形成在時(shí)間上與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)的采樣值(U′(n))。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為系統(tǒng)時(shí)鐘使用GPS信 號(hào)、伽利略信號(hào)、實(shí)時(shí)SNTP信號(hào)、SDH網(wǎng)的系統(tǒng)時(shí)鐘或者由這些信號(hào)中的一 個(gè)或多個(gè)導(dǎo)出的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，作為輔助時(shí)鐘使用局部 自由振蕩的振蕩器(30)的時(shí)鐘信號(hào)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述輔助時(shí)鐘 由實(shí)時(shí)傳輸網(wǎng)絡(luò)、特別是實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的時(shí)鐘信號(hào)獲得。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述時(shí)間偏移 值(At(n))用計(jì)數(shù)裝置(70， 80 )形成，該計(jì)數(shù)裝置對(duì)預(yù)先給出的計(jì)數(shù)時(shí)鐘(T ) 的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，并且該計(jì)數(shù)裝置通過(guò)系統(tǒng)時(shí)鐘(G)的脈沖復(fù)位，并且 當(dāng)以輔助時(shí)鐘(H)記錄輔助采樣值(U(n))時(shí)，該計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)器狀態(tài)(Z) 被分別作為時(shí)間偏移值(At(n))讀出。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用所述采樣值 形成電流或電壓相量(U)。
7. —種采樣電流或電壓變化(U(t))并形成采樣值(U'(n))的裝置，該采 樣值(U'(n))與預(yù)先給出的系統(tǒng)時(shí)鐘(G)在時(shí)間上相關(guān)，其特征在于，-輔助采樣裝置(20),其被提供以系統(tǒng)時(shí)鐘(G)和相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘自由 振蕩的輔助時(shí)鐘(H)，用于形成輔助采樣值(U(n))和形成輔助釆樣值各自的 時(shí)間偏移值(At(n))，該時(shí)間偏移值(At(n))分別給出對(duì)應(yīng)的輔助采樣值的采 才羊時(shí)刻相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)4中的時(shí)間偏移，以及-設(shè)置在該輔助采樣裝置(20)之后的重新采樣裝置(200),用于在使用 輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值(At)的條件下對(duì)輔助采樣裝置(20)的輔助采 樣值(U(n))進(jìn)行重新采樣，在該重新采樣中形成在時(shí)間上與系統(tǒng)時(shí)鐘(G) 相關(guān)的采樣值(U'(n))。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述輔助采樣裝置構(gòu)成能量 傳輸系統(tǒng)的電流或電壓互感器(510， 520)的組成部分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征在于，所述重新采樣裝置(200 ) 構(gòu)成能量傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(530)的、特別是保護(hù)設(shè)備的組成部分。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輔助采 樣裝置和重新采樣裝置通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸總線或者數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)(540)互相連接。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述輔助采 樣裝置具有計(jì)數(shù)裝置(70, 80),該計(jì)數(shù)裝置通過(guò)對(duì)預(yù)先給出的計(jì)數(shù)時(shí)鐘(T) 的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)、在出現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘(G)的脈沖時(shí)復(fù)位該計(jì)數(shù)裝置的計(jì)數(shù)器狀 態(tài)(Z)、以及當(dāng)用輔助時(shí)鐘(H)記錄輔助釆樣值(U(n))時(shí)，作為時(shí)間偏移 值(At(n))分別輸出其各個(gè)計(jì)數(shù)器狀態(tài)(Z),來(lái)形成時(shí)間偏移值(At(n))。
12. 根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，具有相量形 成裝置(210),其與所述重新采樣裝置(200)相連，該相量形成裝置(210) 用采樣值(U'(n))形成電流或電壓相量(U)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采樣電流或電壓變化(U(t))并形成采樣值(U′(n))的方法，該采樣值(U′(n))與預(yù)先給出的系統(tǒng)時(shí)鐘(G)在時(shí)間上相關(guān)。按照本發(fā)明，用相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘自由振蕩的輔助時(shí)鐘(H)形成輔助采樣值(U(n))，確定每個(gè)輔助采樣值的采樣時(shí)刻分別相對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)間偏移，并且確定輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值(Δt(n))，以及在使用輔助采樣值各自的時(shí)間偏移值(Δt(n))的條件下對(duì)輔助采樣值進(jìn)行重新采樣，在該重新采樣中形成在時(shí)間上與系統(tǒng)時(shí)鐘相關(guān)的采樣值(U′(n))。
文檔編號(hào)G01R19/25GK101506668SQ200680055571
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者安德烈亞斯·朱里希, 托斯滕·克格 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司