本发明涉及电力设备检测方法，具体是一种基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法，其基于交流模拟量信号、时间同步信号与实时响应的通信物理层数字信号及其交流采样值信息，测算交流信号模数转换设备的交流时间同步采样值信号输出时刻正确性。
背景技术：
本申请是基于另案授权的“基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法zl201410144300.7”(以下简称“另案授权”)，提出的一种检测交流信号模数转换设备的交流时间同步采样值信号输出时刻时间偏差的方法。
电网调控主站监控广域电力潮流的交流电压量、电流量等基础数据，大都源于子站(变电站、电厂)对一次设备运行状态的量测。电力系统可采取广域、区域时间同步的方式，通过域内交流测量设备信号采样行为时刻一致的方法，使主站、子站能够感知其域内不同一次设备在同一时间断面的交流运行状态，实现不同交流测量通道之间的同步测量运算。
目前，智能变电站(简称智能站)已成为电网输变电环节的重要组成部分，大量应用了模拟量合并单元、a/d采集器等交流信号模数转换设备(简称，模数设备)，通过交流信号实时采样的方式转换为交流采样信息，并通过数据通信传送至数字化测量ied(intelligentelectronicdevice)设备(如，间隔层的测控装置、同步相量测量装置等)实现交流量测量。模数设备，既是智能站交流测量功能的过程层ied，也可以视同传统变电站微机化交流测量设备的交流信号转换接口部件；主要作用之一，是实现一次设备物理交流状态与物理时间参量的关联。基于数字信号处理理论，一个稳定的模数设备，由交流信号采样至采样值输出时刻的迟延时间也应该稳定。即，如果模数设备可以1ppm、1pps时间同步信号为采样交流信号的采样时刻时间基准，并以确定的频率进行交流信号采样，则可通过模数设备交流采样信息的输出时刻，判断该信息的交流信号采样时刻及其时间值。由此，可将模数设备在1pps上升沿时刻采样交流信号的行为，称为“交流时间同步采样”；可将模数设备输出的时间同步采样的交流采样信息，称为“交流时间同步采样值”。
故而，模数设备在现场实现交流信号时间同步采样的基础，可以是两类输入信号：一是交流量电信号，经互感器或传感器转换的一次设备交流实时运行状态的交流电压或电流信号；二是时间同步光信号或电信号，一般可为由站内时间同步设备每秒发送一次并可界定秒时间段的1pps秒脉冲信号或irig-b编码信号。模数设备的交流信号时间同步采样，可以接收到的每个时间同步信号的起始上升沿为采样时间同步基准点(t)，并可在时间同步信号界定的秒时间段内按均匀的时间间隔分布其它采样时间点；可通过控制交流信号采样行为时刻，实现每秒t时刻和秒时域其它时间点的采样。
模数设备一般将每次经内部a/d采样转换得到的交流信号瞬时状态数据，处理成为通信应用层的采样值(sampledvalue，sv)报文信息帧(sv帧)，再转换成通信物理层采样值光(或电)数字信号(sv信号)由通信端口输出。模数设备输出的sv信号携带的sv帧，大都包含了三类重要数据信息：一，帧序号信息(num)，表述了交流信号采样时刻，模数设备一般将反映交流时间同步采样时刻(即t时刻)的交流瞬时状态的sv帧(即，交流时间同步采样值)的num的数值置为0；二，交流瞬时测量信息(val)，表述了采样时刻的交流信号瞬时幅值；三，迟延时间信息(dly)，表述了交流信号采样时刻至相应sv信号输出时刻之间的时间差，模数设备一般将dly的数值设置为已知常数(即dly＝c，一般小于2ms)。
本发明人在实现本发明的过程中经过研究发现：模数设备通信端口发送的sv帧信息，描述了由交流信号采样转换为sv信号之间的信号响应，反映了模数设备的交流信号、时间同步信号、sv信号等三者之间的物理关系，应与其所描述的模数设备的信号转换响应特性一致。其中，可将携带了交流时间同步采样值的sv信号，称为“交流时间同步采样值信号”；并且，由于实时完整输出的sv信号才能反应其描述的源端瞬时状态以及被有效应用，所以本申请中将sv信号输出结束时刻默认为其输出时刻。
基于“另案授权”，通过实时捕获sv信号展示的模数设备由模拟量输入端口至通信输出端口的信号转换响应物理映射，提出的一种包括检测sv帧的迟延时间值dly正确性的方法。若dly信息描述的模数设备交流采样转换迟延特性正确，且该特性不因模数设备是否处于时间同步的工作模式而改变，则模数设备在时间同步工作方式下，num描述的采样时间点的交流采样行为至相应sv信号输出的相对时间差，也应与dly携带的信息相符。
另外，基于“另案授权”，可得到模数设备由交流信号采样转换为sv光信号再经光电信号设备le转换为sv电信号的模数转换迟延时间的修正测算值δtad。模数设备，可通过将输出的sv帧的dly的数值置为δtad(即c＝δtad)，并采用经光电转换设备el引入的时间同步信号，通过使设备工作在时间同步模式，可针对交流信号实现交流时间同步采样。
由此，可通过le电信号端口捕获到由模数设备输出的携带有num为0的sv帧的sv信号的输出时刻(t0)，测量出t0与所在秒t时刻的时间差δt；若忽略δt过程中le和el产生的信号转换迟延时间，则模数设备的交流时间同步采样值信号输出时刻偏差δt，可约为δt与c的差值(即δt≈δt–c＝t0–t–δtad)。其中，由于le和el可能为信号类型与转换原理不同的光电转换设备，参照“另案授权”中关于某个光电转换设备的电信号端口之间经电/光转换、光纤连接和光/电转换的整体迟延时间值的测试方法，可分别测出le、el的整体迟延时间值，作为δt测算的不确定性参考。
本发明得到的δt，基于“另案授权”得到模数设备的模数转换迟延特性，通过模数设备接入时间同步信号并以时间同步信号为检测参量，可用于判断模数设备交流时间同步采样行为的正确性；相较目前测试设备接入时间同步信号，通过cpu捕获通信应用层sv帧、内部定时器标记捕获时间并估算sv信号时刻的检验方式，具有更强的物理可展示性和可溯源性。
技术实现要素：
本发明提供了一种基于交流信号输入、时间同步信号输入、通信物理层数字信号及其交流采样值信息输出等之间的物理关系，检测交流信号模数转换设备的交流时间同步采样值信号输出时刻正确性的方法。该方法基于时间同步信号参量与能由发明专利“基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法zl201410144300.7”得出的模数转换实时响应结果，采取交流模数转换设备引入时间同步信号并以时间同步信号为检测参量的方式，通过测算交流时间同步采样值信号输出时刻与时间同步信号时刻的时间差，可用于判断交流信号模数转换设备的交流时间同步采样行为与时间同步信号的物理一致性。
一种基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法，用到交流模数转换设备、标准交流信号源、示波器、标准时钟源、网络信号分析仪、第一光电转换器、第二光电转换器、第一光纤，第二光纤，标准交流信号源的交流信号输出口连接至交流模数转换设备的交流信号输入口，交流模数转换设备的光信号通信输出口经第二光纤连接至第一光电转换器的光信号通信输入口，第一光电转换器的电信号通信输出口连接至网络信号分析仪的电信号通信输入口和示波器的第二通道输入口，网络信号分析仪的标记脉冲信号输出口连接至示波器的第六通道输入口，标准时钟源的秒脉冲信号输出口连接至示波器的第四通道输入口，标准时钟源的分脉冲信号输出口连接至示波器的第五通道输入口，标准时钟源的irig-b时间同步电信号输出口连接至网络信号分析仪的irig-b时间同步电信号输入口和第二光电转换器的电信号通信输入口，第二光电转换器的光信号通信输出口经第一光纤连接至交流模数转换设备的irig-b时间同步光信号输入口。
如上所述的基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法，所测试的交流模数转换设备的交流时间同步采样值信号输出结束时刻的时间偏差，经过以下步骤检出：
步骤101：在交流模数转换设备的人机接口，设置交流模数转换设备的光信号通信输出口发送的sv信号携带的sv帧信息的dly的常数值为已知的交流模数转换设备的模数转换迟延时间的修正测算值“c＝δtad＝δt'ad+δtle”，启动交流模数转换设备的交流采样转换功能；
步骤102：在标准交流信号源的交流信号输出口发出交流信号，检查交流模数转换设备的人机接口显示的交流采样转换状态正常；
步骤103：在标准时钟源的人机接口设置，标准时钟源为自守时工作模式，启动分脉冲信号输出口和秒脉冲信号输出口和irig-b时间同步电信号输出口发送时间同步信号；
步骤104：在交流模数转换设备的人机接口检查，交流模数转换设备显示的交流采样时间同步状态正常、交流采样转换状态正常；
步骤105：在示波器，检查由第二通道输入口、第四通道输入口、第五通道输入口、第六通道输入口的信号输入状态正常，设置显示记录域并由第六通道输入口输入信号mp的上升沿锁定显示记录域；
步骤106：在网络信号分析仪的人机接口，设置内部时钟与irig-b时间同步电信号输入口时间同步并检查时间同步工作状态正常，启动接收监视电信号通信输入口信号的功能，抽样检查由电信号通信输入口输入的sv信号的sv帧的c均为“c＝δtad”，设置若电信号通信输入口收到了sv帧的num信息数值为0的sv信号则由标记脉冲信号输出口发出标记脉冲信号，设置内部时钟到某个分钟时刻时间值与某个秒时刻时间值时开始捕获svn并置为到时自动启动方式；
步骤201：网络信号分析仪的内部时钟到设定的某个分钟时刻时间值与某个秒时刻时间值；
步骤202：当网络信号分析仪解析到“n＝0”的sv帧，则由标记脉冲信号输出口向示波器的第六通道输入口发出mp并锁定示波器的显示记录域；
步骤203：网络信号分析仪的人机接口，锁定显示“n＝0”和“c＝δtad”，并锁定显示由网络信号分析仪计算获得的53a滞后于svn信号结束时刻的测试参比时间差且δt将约等于已知的网络信号分析仪的端口信号响应时差测量值；
步骤204：在示波器的显示记录域，可由第六通道输入口接收的mp信号标识出53a在显示记录域的信号跳变时刻，可由t1识别出由第四通道输入口接收且超前于t1的采样时间同步基准点的秒脉冲信号的上升沿并标识出44a在显示记录域的信号跳变时刻，由t1和“δt≈δtrn”可辨识出由53a指向并由第二通道输入口接收的sv信号，若53a指向的sv信号的num信息信号段的“n＝0”则可确认为svn且可识别和标识出52a时刻；
步骤205：由示波器的显示记录域，可测得svn结束时刻t0滞后于采样时间同步基准点时刻t的时间差“δt＝t0-t”；
步骤206：由网络信号分析仪的人机接口显示的“c＝δtad”，可测算出交流模数转换设备的交流时间同步采样值信号输出结束时刻的时间偏差“δt＝t0–t–δtel–δt'ad–δtle≈δt–δtad”。
本发明检测方法，是基于发明专利“基于物理层采样值的交流模数转换设备实时响应检测方法zl201410144300.7”检测交流模数转换设备的技术发展，是目前基于测试设备cpu时间同步、捕获通信应用层交流采样值报文、判断采样行为时间同步特性的检测方法的深化与完善。该方法具有物理可展示特点、符合量值传递的原则要求，利于交流采样数据共享技术应用及其标准化发展，利于广域实时监控与智能化能力进一步提升、促进新型交流测量设备社会化应用。
附图说明
图1是本发明基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法使用到的设备连接示意图；
图2是本发明基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法中回路设备设置及检测准备步骤示意图；
图3是本发明的波形时序示意图；
图4是本发明基于交流模数转换实时响应的采样值信号时间同步检测方法的检测步骤示意图。
图中：1—交流模数转换设备(ad)，2—标准交流信号源(sacs)，3—示波器(osc)，4—标准时钟源(scs)，5—网络信号分析仪(nsa)，6—第一光电转换器(le)，7—第二光电转换器(el)，8—第一光纤(fib1)，9—第二光纤(fib2)，11—ad的交流信号输入口(ai)，12—ad的光信号通信输出口(ltx)，13—ad的irig-b时间同步光信号输入口(clk)，15—ad的人机接口(hmi)，21—sacs的交流信号输出口(ao)，32—osc的第二通道输入口(ch2)，34—osc的第四通道输入口(ch4)，35—osc的第五通道输入口(ch5)，36—osc的第六通道输入口(ch6)，41—scs的卫星信号输入口(ant)，42—scs的irig-b时间同步电信号输出口(syn)，43—scs的分脉冲信号输出口(ppm)，44—scs的秒脉冲信号输出口(pps)，44a—scs的pps输出的采样时间同步基准点的秒脉冲信号上升沿，45—scs的人机接口(hmi)，52—nsa的电信号通信输入口(rxn)，52a—nsa指定rxn接收的sv信号的结束时刻，53—nsa标记指定rxn接收的sv信号的标记脉冲信号输出口(prxn)，53a—prxn标记由nsa指定rxn接收的sv信号的52a的标记脉冲上升沿，54—nsa的irig-b时间同步电信号输入口(tim)，55—nsa的人机接口(hmi)，61—le的光信号通信输入口(rxl)，62—le的电信号通信输出口(txe)，62a—txe发送的某个nsa指定接收的sv信号的结束时刻，73—el的电信号通信输入口(rxe)，74—el的光信号通信输出口(txl)；
1ppm—ppm每分钟输出一次且上升沿时刻与scs整分钟显示时间跳变所表述的时刻一致的脉冲信号，1pps—pps每秒钟输出一次且上升沿时刻与scs整秒钟显示时间跳变所表述的时刻一致的脉冲信号，mm—表示scs和nsa显示的某个分钟时刻时间值，ss—表示scs和nsa显示的某个秒时刻时间值，00—表示scs和nsa显示的某个整分钟时刻的秒时间值，sv—sv信号波形段，n—sv中携带num信息的信号段，n—表述sv携带的num的数值，c—表述sv携带的dly的常数值，x—表述sv携带的val的数值，svn—表述交流时间同步采样值信号是n为0值的sv，mp—由prxn输出用于标记svn的标记脉冲信号；
δt'ad—表述ad采样某时刻ai交流信号至ltx输出相应sv光信号的ad转换迟延时间，δtle—表述sv光信号经le的rxl输入至txe输出为sv电信号的光电转换迟延时间，δtel—表述irig-b时间同步电信号经el的rxe输入至txl输出为irig-b时间同步光信号的电光转换迟延时间，δtad—由“另案授权”方法得到的包含了由ad采样交流信号转换为sv光信号再经le光电转换为sv电信号的模数转换迟延时间的修正测算值(δtad＝δt'ad+δtle)，δtrn—由“另案授权”方法得到的nsa由rxn输入的sv信号的52a至prxn输出的标记脉冲mp的53a的端口信号响应时差测量值；
t—osc时间域识别的采样时间同步基准点的1pps的上升沿信号变化的44a时刻，t1—osc时间域识别的mp信号变化的53a时刻，δt—nsa经内部计算显示的描述mp上升沿滞后于svn结束时刻的测试参比时间差(δt≈δtrn)，t0—osc时间域标识出的svn的62a和52a时刻(t0≈t1–δt)，δt—osc时间域测得的svn与t的时间差(δt＝t0–t)，δt—由osc时间域测算出的ad的交流时间同步采样值信号输出结束时刻的时间偏差(δt＝δt–δtel–δt'ad–δtle≈δt–δtad)；
图中主要设备的作用如下：
ad，被检测设备，可将交流电压或电流模拟量输入信号转换为sv光信号输出；
sacs，交流信号标准器具，可发出检测ad所需的模拟量标准交流电压或电流信号；
osc，信号波形展示设备，可根据触发信号锁屏显示并记录所需时间域的信息；
scs，可溯源的时间同步信号源器具，可通过与卫星同步或自守时，发出1ppm、1pps和irig-b编码的时间同步信号；
nsa，为重要的辅助检测器具，内部时钟可同步于外部输入的时间同步信号，可仿真发送和监视接收通信信号，可输出mp指向需捕获的svn，可显示svn携带的信息，可显示捕获svn时刻至mp输出时刻的迟延时间；
le，用于sv光信号至电信号转换，其光/电转换功能为rxl输入至txe输出；
el，用于irig-b时间同步电信号至光信号转换，其电/光转换功能为rxe输入至txl输出；
fib1、fib2，用于光信号通信输出与输入端口之间的连接。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本申请是基于“另案授权”的设备回路和设备端口之间的信号实时转换特性的检验方法，通过采取“标准时钟源”替换“采样值数模转换器”的方式，并应用“标准时钟源”的1ppm、1pps和irig-b时间同步信号，给出交流模数转换设备的交流采样时间同步性能检测方法。
本发明提供一种基于交流模数转换设备实时响应的交流采样时间同步性能检测方法中，检测步骤与方法如下：
1、设备及端口之间的连接方式
见图1，标准交流信号源(sacs)2的sacs的交流信号输出口(ao)21连接至交流模数转换设备(ad)1的交流信号输入口(ai)11，ad的光信号通信输出口(ltx)12经fib2连接至第一光电转换器(le)6的光信号通信输入口(rxl)61，le的电信号通信输出口(txe)62连接至网络信号分析仪(nsa)5的电信号通信输入口(rxn)52和示波器(osc)3的第二通道输入口(ch2)32，nsa的nsa标记指定rxn接收的sv信号的标记脉冲信号输出口(prxn)53连接至osc的第六通道输入口(ch6)36，标准时钟源(scs)4的秒脉冲信号输出口(pps)44连接至osc的第四通道输入口(ch4)34，scs的分脉冲信号输出口(ppm)43连接至osc的第五通道输入口(ch5)35，scs的irig-b时间同步电信号输出口(syn)42连接至irig-b时间同步电信号输入口(tim)54和el的电信号通信输入口(rxe)73，el的光信号通信输出口(txl)74经fib1连接至ad的irig-b时间同步光信号输入口(clk)13。
2、检测回路的设备设置及检测准备
结合图1、2、3，检测回路的设备设置与检测准备的步骤如下：
步骤101：在ad的hmi设置，ad发送sv帧信息的c为已知的模数转换迟延时间的修正测算值δtad，启动ad信号转换工作；
步骤102：在sacs的ao发出交流信号，检查ad的hmi显示交流采样状态正常；
步骤103：在scs的hmi设置，scs为自守时工作模式，启动ppm、pps和syn端口发送时间同步信号；
步骤104：在ad的hmi检查，ad的时间同步状态正常、交流采样状态正常；
步骤105：在osc，检查ch2、ch4、ch5、ch6的监测状态正常、输入信号正常，设置显示记录域并由ch6信号状态为53a时锁定。
步骤106：在nsa的hmi，设置内部时钟与tim时间同步并工作状态正常，启动rxn信号接收监视，抽样检查由rxn接收的sv的sv帧信息中的c应均为δtad，设置若rxn收到了sv帧信息中n＝0的svn则由prxn发出mp，设置当内部时钟到某个时间时刻[mm:ss]开始捕获svn并置为到时自动启动方式。
3、ad的交流信号时间同步采样的时间偏差δt的检测
结合图1、3、4，令scs的1ppm、1pps、irig-b信号之间时间同步偏差为0，ad的交流信号时间同步采样的时间偏差δt，可经过以下步骤测算出：
步骤201：nsa内部时钟到[mm:ss]；
步骤202：若nsa判断得到n＝0的sv帧，则由prxn发出mp至ch6锁定osc显示记录域；
步骤203：nsa的hmi显示被锁定，锁定显示svn的sv帧的n、c的数值，并锁定显示mp滞后于svn的时间差δt≈δtrn；
步骤204：在osc被锁定的显示记录域，可由ch6接收的mp识别出53a并标识出t1，由t1可识别ch4接收并超前于t1的1pps的44a且标识出t，由t1和nsa显示的δt可辨识出由53a指向并由ch2接收的sv，若sv的n的携带信息n＝0则为svn并通过识别52a、62a标识出t0；
步骤205：由osc测得svn距超前svn的1pps的时间差δt＝t0-t；
步骤206：由已知的ad模数转换迟延时间的修正测算值δtad，可测算出δt≈δt-δtad。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。