用于分布式电力系统测量的通信系统和方法_2

文档序号:9332957阅读:来源:国知局
br>[0024]为了节约带宽,由主装置分配的时间戳可以伴随着(或甚至被其替代)短的多的序列号。该序列号可以计数由主机发送的时间戳包的数量。在一个实施方式中,时间戳是80比特时间戳而序列号是8比特识别符。主机可存储时间戳和对应的序列号的对的历史。在一个示例中,主机可以存储最近的16对,尽管将理解到依赖于给定实现方式的需要,可以存储或更多或更少。该时间戳和/或序列号依赖于系统的具体需要在不同实施方式中可以较短或较长。
[0025]当从装置从主装置中接收到时间戳包时,其可以存储该序列号并开始/重开始偏移计数器。该偏移计数器被以从装置的本地时钟速度计时,如上所述,该时钟速度可使用用于时钟恢复的PLL从等时同步链路中导出。在一些情况下,从装置可使用本地振荡器并且使用数据恢复可以校正振荡器信号以确定在等时同步数据链路上的比特时间的中点。后面的方案可能会导致主机的时钟和从装置的本地时钟之间的小的失配,并且在该情况下,数据恢复电路确保在出现时钟故障时数据被正确接收。
[0026]该偏移计数器跟踪从在从装置接收到主机时间戳起的时间(在本地时钟循环中)。如果在从装置中,在检测主机时间戳和启动偏移计数器的重置之间有固有延迟,则该延迟可被计入,以将该偏移计数器重置成从预定时间基值开始。之后将会更为详细地描述一个示例。
[0027]当从装置通过高速等时同步链路向主装置发送数据时,从装置将最近接收到的序列号和偏移计数器中的值插入到数据的帧头。
[0028]该偏移值可能是对在接收到最近的序列号和针对所发送的数据的采样时间之间经过的时间的测量结果。在这种情况下,偏移计数器可与一个或更多个采样的发生同时被读取或在传输中所报告的一些其它事件发生时被读取。在另一个实现方式中,偏移计数器值指示在接收到该序列号和发送传出数据之间的时间。在一些情况下,预先计算的超额量(overage)可以针对在采样时间和偏移计数器值的读取之间的时间而被计入并且被从偏移计数器值中减去,使得在传出传输中设置的值更准确反映采样时间。
[0029]在主装置,数据通过等时同步链路与相关的序列号和偏移值一起接收。自此,主装置可以根据所存储的与序列号相关的时间戳、指示何时发生对应于在次装置中接收到序列号的抽样的偏移值以及用于从主机向从机传输时间戳的运送时间,确定采样时间。这个运送时间可以通过主机向从装置发送请求消息并且接收具有偏移值的响应消息而被较早地计算。该偏移值表示在接收到该请求消息和发送该响应消息之间的延迟。小于该偏移值的往返时间提供了到达和返回的运送时间,只要该偏移值反映了在消息的接收和响应的实际发送之间的时间;可以理解各种时钟循环可以被添加到偏移计数器值或从偏移计数器值中减去,以基于在从装置中的已知传播延迟来确定实际偏移值。假设该运送时间在链路的两个方向上相同,该主装置可能随后确定从主机到从机的运送时间。运送时间的确定可被周期地重复从而计入链路特征上的任何改变。
[0030]在一些实施方式中,通过等时同步数据链路发送的数据可以经编码的。在一些情况中,8b/10b编码可被使用来实现DC-均衡并且允许时钟恢复。DC-均衡允许在等时同步链路路径中使用变压器以及其它电隔离技术,当在电力系统中运行时,这是有利的。其它编码方案可以用于其它实施方式中。
[0031]现在参照图2,其示出了示例性电力测量系统100的简化框图。该系统100包括主装置102,其在这个示例中包括信号处理器104、GPS锁定的DDS 106、存储器107以及链路接口 108。该系统100包括多个从装置110,也就是采样装置。从装置110包括用于时钟恢复的PPL 112、链路接口 114以及用于对电力系统信号采样并且生成高频DSM比特流的德尔塔-西格玛调制器(DSM) 111 (例示了一个)。
[0032]主装置102以及每个从装置110通过专用等时同步链路130通信。每个等时同步链路130可包括从主机-到-从机以及从从机-到-主机的等时同步链路或信道。将理解的是对各种从装置110的等时同步链路130可以通过相同的物理链路中的至少一些操作。电隔离电路以及其它这类细节没有示出。物理链路可以包括光纤、双绞线、或对于给定环境合适的其它介质。
[0033]在一个实施方式中,等时同步链路130以125Mbps或更高来操作。电力系统信号通过DSM 116的德尔塔-西格玛调制生成12.5Mbps的经德尔塔-西格玛调制的数据的比特流。从装置110可缓冲经德尔塔-西格玛调制的数据并且规则地将其打包并且在用最近序列号和当前偏移值加标签的数据帧中向主装置102发送。该主装置102提取该经德尔塔-西格玛调制的数据并且根据存储在存储器107中的序列号、相关联的时间戳以及序列对、存储在存储器107中的预先测量的运送时间、以及从数据帧中提取的偏移值来确定采样发生的时间。
[0034]在一些实施方式中,从装置110包括用于生成德尔塔-西格玛比特流的多个DMS116,每个德尔塔-西格玛比特流表示用于多相系统的一个相的电力系统信号(电流或电压)。因此,从装置110,具体地链路接口 114,可以将针对多个相的德尔塔-西格玛比特流数据打包在一个数据帧中。
[0035]在一个具体示例中,DSM数据的4个通道被一起打包到数据帧中。如果每个通道的64个样本被包括在各个帧中,则该数据帧可具有32个字(64*4通道/8)的载荷长度。采用帧开销(overhead)的8附加字,数据传输的帧长度可以是40个字。如果等时同步链路以125Mbps操作并且使用8b/10b编码,则字传输率是12.5*106 (也就是,80ns每字)。以80ns每字,40字帧持续时间是3.2 μ S。如果DSM 116以12.5Μ bps生成样本的经德尔塔-西格玛调制的比特流,则这64个样本在5.12 μ s的采样的过程中发生。因此,等时同步链路的速度充分快使得能够以5.12-3.2 μ s = 1.92 μ s的数据帧间间隙来传输4个通道的数据,并且提供62.5%的链路带宽使用率。数据帧间间隙(如果需要)允许给从装置110时间以响应于来自主机的其它寄存器读取或配置指令。可以理解的是,其它载荷长度、成帧开销、编码方案、采样速度、链路速度或通道数量可被用于其它实施方式中。
[0036]现在参照图3,其示出了用于电力信号测量的从装置110的示例性框图。该从装置110,也就是采样装置,在这个示例中,包括用于从远程主装置的等时同步数据链路的时钟恢复的PLL 112。在这个示例中,PLL 112输出以与在链路上的等时同步比特率相同的频率输出时钟信号,其在这个例示中是125MHz。在其它示例中,该PLL112可以生成比等时同步链路上的快或慢的用于从装置110的时钟信号。
[0037]在这个示例性从装置110中,所生成的时钟信号被输入到分频器140中从而产生用于驱动对电力信号的采样的第二时钟信号。德尔塔-西格玛调制器116可被第二时钟信号计时并可以输出表示在电力系统中的电压或电流信号的采样数据的德尔塔-西格玛比特流。在一个示例中,所输出的比特流可以是12.5Mbps的比特流。
[0038]从装置110还包括用于存储值的数据存储单元,诸如序列号寄存器150、偏移计数器160以及数据缓冲器170。在不同的实现方式中,这些数据存储单元可通过固态存储器、随机存取存储器或任何其它数字存储器装置来实现。
[0039]序列号寄存器150存储主装置(或其它时间分配源)发送的时间戳消息中被从装置110最近接收到的序列号。当新的时间戳被接收到时,该序列号寄存器150覆写存储在其中的序列号。
[0040]偏移计数器160 (在这个示例中)由PLL 112生成的时钟信号计时。在一些情况下,偏移计数器160可以快于或慢于等时同步链路的速率而递增,这依赖于实施方式的细节,只要主装置能够确定由偏移值表示的时间。也就是,主装置必须知道偏移计数器递增的速度,使得其可以根据该偏移值确定采样是何时被从装置110进行的。
[0041]来自德尔塔-西格玛调制器116的比特流数据在被打包以向主装置发送之前,被数据缓冲器170存储。
[0042]从装置110还包括成帧控制器180,该成帧控制器180用于管理生成所输出的成帧的数据,以在等时同步链路上向主装置发送。该成帧控制器180将来自数据缓冲器170的德尔塔-西格玛比特流(可能有多个缓冲器用于数据采样的多个通道)打包作为定义的帧结构的载荷。在帧结构的预定字段内,成帧控制器180插入从序列号寄存器150读取的序列号以及从偏移计数器160读取的偏移值。下面将提供描述在一些实施方式中关于处理偏移值的进一步的细节的描述。
[0043]在一些实施方式中,从装置110不包括用于时钟恢复的PLL 112。相反,从装置110可以具有用于生成时钟信号的其自己的本地振荡器并且其可以在等时同步链路上执行数据恢复。在
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