專利名稱：用于使多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)同步化的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)同步化的方法，其中，這多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)通過分別以各自的工作時(shí)鐘脈沖進(jìn)行掃描來獲得。
這樣一種方法已由歐洲專利文獻(xiàn)EP0 198 684 B1公開。一個(gè)記載在該專利文獻(xiàn)中的用于保護(hù)一條電力輸電線的差動(dòng)繼電器按照該方法進(jìn)行工作，其中，在該輸電線的多個(gè)不同點(diǎn)上對(duì)流過該輸電線的電流進(jìn)行監(jiān)控。通過分別以各自的工作時(shí)鐘脈沖在輸電線的多個(gè)不同點(diǎn)上進(jìn)行掃描，將輸電線各個(gè)不同點(diǎn)處測(cè)獲的電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸入信號(hào)。在此，在不同點(diǎn)上并不以一個(gè)同步的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行掃描，而是以稍有不同的時(shí)頻進(jìn)行掃描。在電力輸電線上的不同測(cè)點(diǎn)之間設(shè)有一條數(shù)字傳輸信道。通過該傳輸信道由一個(gè)處于電力輸電線上一處的檢測(cè)設(shè)備(主設(shè)備-Master)將一個(gè)調(diào)用信息傳輸給另一處。調(diào)用信息包含這樣的數(shù)據(jù)，即，該數(shù)據(jù)能發(fā)出一個(gè)關(guān)于該另一處掃描時(shí)刻的指示。作為對(duì)該調(diào)用信息的響應(yīng)，位于電力輸電線上另一處的檢測(cè)設(shè)備(從屬設(shè)備-Slave)發(fā)出一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。該響應(yīng)信號(hào)包含關(guān)于主設(shè)備內(nèi)的掃描時(shí)刻的信息以及關(guān)于在從屬設(shè)備內(nèi)的最后一次掃描時(shí)刻與隨后的一次接收調(diào)用信息的接收時(shí)刻之間的時(shí)間差的信息。從主設(shè)備接收到的應(yīng)答信號(hào)，在主設(shè)備內(nèi)推算出在電力輸電線上兩個(gè)不同點(diǎn)處掃描時(shí)刻的時(shí)間偏差，在通過相應(yīng)的矢量轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行向量變換之后，補(bǔ)償不同掃描時(shí)刻之間的時(shí)間偏差。
本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步發(fā)展用于同步化多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)的方法，使之能比較方便且可靠地予以實(shí)施，而沒有必要形成矢量。
本發(fā)明的目的是這樣來實(shí)現(xiàn)的，即，在上述類型的方法中，按照本發(fā)明，通過用一個(gè)共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)來構(gòu)成數(shù)字輔助信號(hào)，所采用的后處理時(shí)鐘脈沖至少有最慢的工作時(shí)鐘脈沖兩倍那么快。借助于內(nèi)插各數(shù)字輔助信號(hào)構(gòu)成同步化的數(shù)字輸出信號(hào)，這些數(shù)字輸出信號(hào)與數(shù)字輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)。
本發(fā)明方法的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于，即便通過用相差很大的工作時(shí)鐘脈沖進(jìn)行掃描由模擬輸入信號(hào)形成數(shù)字輸入信號(hào)，也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)的同步化。為產(chǎn)生工作時(shí)鐘脈沖所需的節(jié)拍發(fā)生器因而為實(shí)施本發(fā)明的方法也只需滿足較低的要求。此外，本發(fā)明的方法也只對(duì)傳輸信道的質(zhì)量提出較低的要求。另一重要的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明的方法便于實(shí)施，因?yàn)橛靡粋€(gè)共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)以及內(nèi)插由此形成的數(shù)字輔助信號(hào)本身可以看作是常用的措施。
當(dāng)數(shù)字輸入信號(hào)是正弦形信號(hào)或余弦形信號(hào)時(shí)，就能用足夠的精確度實(shí)施本發(fā)明的方法。但通常并不是這樣的情況，因而必須考慮到會(huì)出現(xiàn)較大的誤差。當(dāng)考慮到所提出的要求而不能接受這樣的誤差時(shí)，則按照本發(fā)明的另一改進(jìn)設(shè)計(jì)顯得比較有利，即，在用共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)之前，用一個(gè)具有一定特性的濾波器過濾這些數(shù)字輸入信號(hào)。該濾波器的特性與用于內(nèi)插的內(nèi)插濾波器的特性相互反轉(zhuǎn)。在本發(fā)明方法的這一實(shí)施形式中，在從數(shù)字輸入信號(hào)到形成數(shù)字輸出信號(hào)的傳輸途徑中，傳輸特性的值為1。由此可形成與數(shù)字輸入值精確對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出值。
在本發(fā)明的方法中已證明特別有利的是，在內(nèi)插之后隨即用一個(gè)去假頻濾波器(Antialiasingfilter)進(jìn)行濾波，以便為一個(gè)輸入數(shù)字輸出信號(hào)的分析設(shè)備實(shí)現(xiàn)帶寬限制。
有待被同步化的數(shù)字輸入信號(hào)可以被不同地構(gòu)成。例如它們可以是多個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，這些傳感器借助各自的節(jié)拍發(fā)生器由模擬輸入信號(hào)生成數(shù)字信號(hào)，并將這些數(shù)字信號(hào)發(fā)送到其輸出端。此外，通過在一個(gè)供電系統(tǒng)的不同點(diǎn)處進(jìn)行掃描，可由該供電系統(tǒng)的模擬測(cè)量值生成數(shù)字輸入信號(hào)。按照本發(fā)明方法的一特別有利的設(shè)計(jì)方案，由一些在一個(gè)供電系統(tǒng)內(nèi)的儀用互感器分別用各自的工作時(shí)鐘脈沖掃描得到的二次測(cè)值來獲得數(shù)字輸入值。在此，這些儀用互感器例如可以設(shè)置在一個(gè)變電站內(nèi)的不同位置處，或者也可以作為設(shè)在一根電力輸電線端部或一個(gè)發(fā)電機(jī)或電力變壓器的外部接頭處的一個(gè)差動(dòng)保護(hù)裝置的組成部件。
如果采用羅高夫斯基儀用互感器(Rogowski-Messwandler)，那么由儀用互感器的二次測(cè)值構(gòu)成的數(shù)字輸入信號(hào)就可直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字輔助信號(hào)，同時(shí)可采用一個(gè)積分器進(jìn)行內(nèi)插。
下面借助附圖對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說明，附圖中

圖1為一個(gè)實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例的線路方框圖；圖2示出對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行過濾的濾波器的一個(gè)實(shí)施例；
圖3示出圖2所示濾波器的特性和結(jié)構(gòu)；圖4示出內(nèi)插濾波器的一個(gè)實(shí)施例；圖5示出圖4所示濾波器的特性和結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，在一個(gè)用于實(shí)施本發(fā)明方法的設(shè)備的一個(gè)輸入端1上有一個(gè)模擬輸入信號(hào)x(t)，該輸入信號(hào)在一個(gè)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器2中被轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)x(k)。該數(shù)字輸入信號(hào)x(k)穿過一個(gè)由微分器構(gòu)成的信號(hào)編碼器3，這樣在信號(hào)編碼器3的輸出端上就輸出一個(gè)脈沖群xd(k)，該脈沖群通過對(duì)數(shù)字輸入信號(hào)x(k)取導(dǎo)數(shù)形成。借助一個(gè)發(fā)送裝置4，該脈沖群xd(k)通過一個(gè)傳輸信道5被傳輸給一個(gè)接收裝置6。該接收裝置6的輸出端輸出脈沖群xd(k)。
圖1所示設(shè)備還另外包含一個(gè)接收裝置7，該接收裝置7的輸入端8按照上述輸入端1和接收裝置6相連那樣的方式與圖1所示設(shè)備的另一個(gè)輸入端9相連接。也就是說，圖中的虛線應(yīng)當(dāng)包括一個(gè)相應(yīng)于模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器2的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、一個(gè)相應(yīng)于信號(hào)編碼器3的信號(hào)編碼器、一個(gè)相應(yīng)于發(fā)送裝置4的發(fā)送裝置以及一個(gè)相應(yīng)于傳輸信道5的傳輸信道。這樣，在另一個(gè)接收裝置7的輸出端也形成一個(gè)脈沖群yd(k)，該脈沖群就象脈沖群xd(k)那樣由信號(hào)y(t)獲得。
除了接收裝置7之外，還可以另外設(shè)置更多的接收裝置，它們以相同的方式輸出脈沖群。
所述接收裝置6和7的輸出端與一個(gè)信號(hào)解碼器10相連接。該信號(hào)解碼器在其輸入端側(cè)有一個(gè)重新取樣裝置11。該重新取樣裝置按照美國(guó)專利US5,075,880中具體描述的(尤其是如圖5所示并結(jié)合圖5所說明的)那樣來設(shè)計(jì)和工作。這樣在重新取樣裝置11中，本身分別以重新取樣裝置的一個(gè)共同的后處理時(shí)鐘脈沖對(duì)所述數(shù)字輸入信號(hào)xd(k)和yd(k)進(jìn)行掃描，并通過插入零值來形成數(shù)字輔助信號(hào)xd(nk＋j)和yd(nk＋j)。在此，該重新取樣裝置11的后處理時(shí)鐘脈沖至少有形成數(shù)字輸入信號(hào)x(k)時(shí)的最快工作時(shí)鐘脈沖兩倍那么快。若用于獲取數(shù)字輸入信號(hào)x(k)的掃描頻率在大約1至40kHz之間，則對(duì)于后處理時(shí)鐘脈沖可考慮一個(gè)在10至500kHz之間的頻率范圍，推薦大約200kHz。
所述具有比較高的后處理時(shí)鐘脈沖的數(shù)字輔助信號(hào)xd(nk＋j)和yd(nk＋j)分別輸入一個(gè)內(nèi)插濾波器12或13。這種濾波器在本實(shí)施例中是積分器。這是由于前面采用微分器作為信號(hào)編碼器3，因而在這兒采用積分器。這樣，基于信號(hào)編碼器3的微分器工作方式和信號(hào)解碼器10的積分器工作方式，傳輸特性的值為1。原則上也可考慮采用其它類型的內(nèi)插濾波器、例如拉格朗日-內(nèi)插器(Lagrange-Interpolatoren)或斯普林-內(nèi)插器(Spline-Interpolatoren)。
積分器12和13的輸出端輸出的脈沖群x(nk＋j)和y(nk＋j)在被同步化后分別輸入一個(gè)去假頻濾波器14和15中。借助它們將脈沖群限制在供一個(gè)圖中未示出的分析設(shè)備進(jìn)行處理所需的帶寬上。這樣，在一個(gè)去假頻濾波器14的輸出端上輸出數(shù)字輸出信號(hào)x(m)，在另一個(gè)去假頻濾波器15的輸出端上輸出數(shù)字輸出信號(hào)y(m)。這兩個(gè)數(shù)字輸出信號(hào)x(m)和y(m)現(xiàn)在就可以按公知的方式減小到一個(gè)適合于圖中未示出的分析設(shè)備進(jìn)行處理的掃描頻率上。該掃描頻率必須通過用重新取樣裝置11的掃描頻率來除以一個(gè)整數(shù)除數(shù)獲得。在前述假定的頻率范圍情況下以及在對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控的實(shí)際應(yīng)用情況中，所需減小到的合理的掃描頻率在0.6至10kHz之間。
當(dāng)x(t)和y(t)是純粹的正弦信號(hào)或余弦信號(hào)時(shí)，就可以放棄采用信號(hào)編碼器3。這一點(diǎn)即便對(duì)于不純正的正弦信號(hào)或余弦信號(hào)有時(shí)也還適于，只要x(t)和y(t)是羅高夫斯基互感器的輸出值即可。這是因?yàn)檫@些輸出值相當(dāng)于互感器輸入值的導(dǎo)數(shù)。
在圖2中示出一個(gè)用于圖1中所示信號(hào)編碼器3的實(shí)施例，該編碼器被設(shè)計(jì)成FIR濾波器，它起到微分器的作用。圖中的A表示信號(hào)編碼器的輸入端，B表示信號(hào)編碼器的輸出端。由數(shù)字輸入信號(hào)x(k)生成脈沖群xd(k)。信號(hào)編碼器3的系數(shù)a0，a1和b1取如下的數(shù)值
在圖3的上半部分中示出相對(duì)于圖2所示信號(hào)編碼器的頻率的振幅特性曲線，而在圖3的下半部分中則示出相對(duì)于圖2所示信號(hào)編碼器的頻率的相位特性曲線。
在圖4中示出的圖1所示內(nèi)插裝置12或13是一個(gè)作為積分器的FIR濾波器，它具有系數(shù)a0，a1，b1。這些系數(shù)的數(shù)值可從下表中獲取。用C表示該FIR濾波器的輸入端，用D則表示其輸出端。
在圖5的上半部分中示出相對(duì)于圖4所示濾波器的頻率的振幅特性曲線，而在圖5的下半部分中則示出相對(duì)于圖4所示濾波器的頻率的相位特性曲線?？梢钥闯觯瑘D2和圖4所示濾波器的頻率響應(yīng)曲線相互反轉(zhuǎn)，由此可以實(shí)現(xiàn)欲努力達(dá)到的數(shù)值為1的傳輸函數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種使多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))同步化的方法，其中，這多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)通過分別以各自的工作時(shí)鐘脈沖進(jìn)行掃描來獲得，其特征在于，-通過以一個(gè)共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))來構(gòu)成數(shù)字輔助信號(hào)(xd(nk＋j)，yd(nk＋j))，其中-所采用的后處理時(shí)鐘脈沖至少有最快的工作時(shí)鐘脈沖兩倍那么快，并且-借助于內(nèi)插各數(shù)字輔助信號(hào)(xd(nk＋j)，yd(nk＋j))構(gòu)成同步化的數(shù)字輸出信號(hào)(x(m)，y(m))，這些數(shù)字輸出信號(hào)與數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))相對(duì)應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在以共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))之前，用一個(gè)具有一定特性的濾波器(3)過濾這些數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))，該濾波器(3)的特性與用于內(nèi)插的內(nèi)插濾波器(12，13)的特性相互反轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在內(nèi)插之后隨即用一個(gè)去假頻濾波器進(jìn)行濾波。
4.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，由一些在一個(gè)供電系統(tǒng)內(nèi)的儀用互感器分別用各自的工作時(shí)鐘脈沖掃描得到的二次測(cè)值來獲得數(shù)字輸入信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，一在由羅高夫斯基儀用互感器的二次測(cè)值構(gòu)成數(shù)字輸入信號(hào)時(shí)，由這些數(shù)字輸入信號(hào)直接形成數(shù)字輔助信號(hào)，并且-可采用一個(gè)積分器進(jìn)行內(nèi)插。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)同步化的方法,其中,這多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)通過分別以各自的工作時(shí)鐘脈沖進(jìn)行掃描來獲得,為了能以較少的投入可靠實(shí)施上述方法,本發(fā)明建議,通過以一個(gè)共同的后處理時(shí)鐘脈沖掃描數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))來構(gòu)成數(shù)字輔助信號(hào)(xd(nk+j),yd(nk+j)),其中,所采用的后處理時(shí)鐘脈沖至少有最快的工作時(shí)鐘脈沖兩倍那么快,并且借助于內(nèi)插各數(shù)字輔助信號(hào)(xd(nk+j),yd(nk+j))構(gòu)成同步化的數(shù)字輸出信號(hào)(x(m),y(m)),這些數(shù)字輸出信號(hào)與數(shù)字輸入信號(hào)(x(k))相對(duì)應(yīng)。
文檔編號(hào)G06F17/17GK1333893SQ99815638
公開日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年11月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月23日
發(fā)明者安德烈亞斯·朱里希 申請(qǐng)人:西門子公司