用于分布式电力系统测量的通信系统和方法
【技术领域】
[0001]本申请总体上涉及电力测量和涉及用于在分布式电力测量系统中发送数据的通ig系统和方法。
【背景技术】
[0002]现代电力系统依赖于从系统中的多个分布式节点的快速和准确的相测量。在一些情况下，希望在远距离间隔分布的节点之间进行相比较。因此，测量的准确定时以及将来自系统中的相距遥远的部分的测量结果进行相关是个挑战。
[0003]提供生成能够被在时间上相关的快速和准确的测量结果的电力信号测量/采样，并且同时降低测量装置中的部件成本是非常有利的。
【附图说明】
[0004]将通过举例的方式参考后面的附图，其示出了本发明的示例性实施方式，并且其中:
[0005]图1示出了电力测量装置的示例的框图；
[0006]图2示出了分布式电力采样系统的框图；
[0007]图3示出了用于对电力系统信号采样的示例性的从装置的框图；以及
[0008]图4示出了示出在示例性采样系统中的接收路径和发送路径延迟的示意图。
【具体实施方式】
[0009]在一个方面，本申请公开了一种在分布式电力测量系统中使用的采样装置。该采样装置包括:链路接口，其用于使用高速等时同步数据链路与远程主装置收发数据；时钟电路，其用于生成本地时钟信号；数据存储单元，其用于存储从远程主机接收到的时间戳包的序列号；计数器，其用于由本地时钟信号计时以确定从接收到时间戳包起的偏移时间；以及成帧控制器，其用于生成要通过等时同步数据链路向远程主机发送的成帧输出数据，其中，该成帧输出数据包括该序列号、该偏移时间和数据载荷。
[0010]在另一个方面，本申请公开了一种分布式电力测量系统，其包括至少一个米样装置和主装置。该主装置通过高速等时同步数据链路连接到该至少一个采样装置的每个以周期性地发送时间戳包并且接收与序列号和偏移时间相关联的数据载荷。该主装置包括存储器，其用于存储多个时间戳和序列号对，以及处理器，其用于确定与数据载荷中的数据样本相关联的绝对时间。
[0011]在又另一个方面，本申请公开了一种用于在分布式电力测量系统中使用高速等时同步数据链路从采样装置向远程主装置传递数据测量结果的方法，。该方法包括:在采样装置处通过等时同步数据链路从主装置接收时间戳包，该时间戳包包括时间戳包的序列号；启动由本地时钟信号计时的计数器以确定从接收到时间戳包起的偏移时间；获取电力系统数据；以及生成成帧输出数据并且通过等时同步数据链路向远程主装置发送成帧输出数据，其中，该成帧输出数据包括序列号、偏移时间以及包括电力系统数据的数据载荷。
[0012]在再一个方面，本申请包括一种暂时计算机可读介质，其包括用于实现本文描述的一个或多个方法的处理器可执行指令。
[0013]本领域技术人员通过结合附图阅读下面对实施方式的描述可以理解本发明的其它方面以及特点。
[0014]用于改善电力系统可靠性和稳定性的技术之一是在电力系统网络中的各个节点提供准确的高速相量测量。该测量通过由在网络上分布的测量装置(本文还称为“采样装置”)来实现。相量测量系统的重要的特征是定时准确性，由于期望能够准确和快速关联并且比较在系统中的不同节点上同时进行的测量，并且如果需要，实现校正动作。有时，可以期望在系统的相距距离几十公里的节点之间进行接近实时的相对相位确定。
[0015]授权给D1nne的US专利公开2012-0200284-A1 (名称为“电力测量装置”)描述了一种示例性电力测量装置，其在此通过引用并入本文。现在参照图1，其示出了电力测量装置10的简略框图。该装置10包括I比特德尔塔-西格玛调制器(DSM) 12，其用于测量电量(多个相中的一个上的电压和/或电流)并生成I比特DSM比特流14。可以理解传统的德尔塔-西格玛转换器在输出端使用低通滤波器以在将该比特流转换为多比特数据时去除德尔塔-西格玛调制的高频成形的量化噪声分量。在一些实施方式中，装置10不使用这样的低通滤波，而是，为至少一些信号处理操作而保留了该高频分量。如上所述，为了简便，图1中示出了单个DSM 12。一些实现方式可具有两个或更多个德尔塔-西格玛调制器，其用于测量一个或多个相上的电流和电压信号。在三相三线系统的情况中，六个DSM可被用于测量所有三个相上的电流和电压。类似地，在三相四线系统的情况中，八个德尔塔-西格玛调制器可被用于测量全部三个相和中性相上的电流和电压。
[0016]在这个示例中，装置10包括信号处理器20。该信号处理器20接收比特流14并且执行信号分析和测量。具体地，该信号处理器20被实现为直接在I比特DSM比特流14上操作。该信号处理器20产生电力系统基本原则的高准确性同步相测量。其还可以选择性地检测和测量(由电力内容选择的)子群谐波，执行瞬态检测，以及执行单比特波形捕获和多比特波形捕获这两者。在这个示例中，信号处理器20包括I比特双重锁频环(FLL)以及锁相环(PLL) 32架构。信号处理器20还包括瞬态捕获和相位跳跃检测部件36。该瞬态捕获和相位跳跃检测部件36被构造成检测比特流14中可能的瞬态。该信号处理器20还包括I比特RMS计算器34。该RMS计算器34计算输入DSM比特流的均方根值，从而产生RMS信号42。
[0017]如上所述，定时准确性对于电力系统分布式测量是非常重要的。高准确性外部时基，像GPS信号或IRIG-B信号，可被用于获得用于执行德尔塔-西格玛抽样和任意型号处理的高准确性本地时钟信号。用于校正时钟信号的示例性方法和装置在D1nne等于2013年11月28日提交的PCT专利申请PCT/CA2013/050912中进行了描述，其内容在此通过引用并入本文。
[0018]在图1中示出的电力测量装置10是电力测量装置的一个示例。在很多系统中，由于成本过高而不能在每一个电力测量装置中提供全部或甚至部分信号处理能力。也很可能由于成本过高而不能在每一个电力测量装置中并入经GPS校正的直接数字合成器(DDS)。
[0019]因此，在一些系统中，电力测量系统的分布采样装置中的至少一些会缺少信号处理能力并且可以将采样数据中继给系统中的另一节点。此外，采样装置中的至少一些会依赖于网络中另一装置分配的经GPS校正的时钟信号或时间值，以指示所中继的数据被采样的时间。
[0020]在一个实现方式中，本申请描述了一种电力测量系统，其中指定的主装置从网络中的一个或更多个从采样装置中接收经德尔塔-西格玛调制(DSM)的电力系统采样数据(比特流)。该主装置从从装置中接收定时数据，该定时数据允许该主装置重新对齐所接收到的DSM数据。因为以高速采样，使得经量化的采样时间具有可以忽略的影响，所以该主机通过插入为采样时间的整数倍的简单延迟可以重新对齐该数据。
[0021]为了实现分布式电力测量系统并且保持定时可靠性，在一方面本申请提供了在主装置和从装置之间的高速等时同步数据链路。该等时同步数据链路可被用于分配时间数据，诸如周期性的时间戳包。例如，在一个实施方式中，主机包括GPS锁定的高准确性时钟并且通过该系统分配周期性的时间戳。在其它实施方式中，该GPS锁定的时间源可以定位于从装置中的一个中并且周期性地被分配给主机(并且，有可能，其它从装置)。在下述的实施方式中，假定GPS锁定的时间源被定位在主装置并由主装置分配，但是将意识到本说明可用于其它配置。除了 GPS的外部时间源可被用于一些实施方式中。
[0022]在一个示例中，主装置以预定规律发送时间戳。例如，主机可每Ims发送时间戳。从装置相应接收指示在主机处的当前时间的规律性的时间同步包(加上从主机到从机的传输时间)。准确时间协议(PTP)(如在IEEE 1588-2008中定义的)是用于将时间信息分配给网络的节点以同步时钟的一个示例处理，在该情况下使用IP传输。该PTP处理还描述了用于为了将从机时钟同步到主机时钟，确定网络中的主机和从机之间的运送时间(transittime)的机制。PTP处理的部分可被合并到本申请描述的系统和处理中，从而确定在主机和从机之间的运送时间。
[0023]在很多实施方式中，不像在PTP中，从机无需具有与主机时钟在时间上同步的时钟，使得其能够确定绝对时间。相反的，目的是确保从机能够准确地传递在接收到主机时间戳和发生采样的时间之间经过的时间。在一些这种情况下，只有主装置需要知道采样发生的绝对时间，使得其能够将来自网络的各个源/节点的数据合适地对齐。因此，在这样的实施方式中，从装置仅需要合理准确的高频时钟信号。从装置处的高频时钟信号在一些实现方式中可以从主机通过高速等时同步链路导出(例如，使用时钟恢复的锁相环(PLL))，从而确保主装置时钟信号与在从装置中使用的时钟信号同步以确定在接收到主机时间戳和在从装置处对电力系统数据的采样之间经过的时间。<