JYJW1校驗(yàn)儀【設(shè)計(jì)說(shuō)明書】

1、JYJW1型交流電子式互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)儀 設(shè)計(jì)說(shuō)明書西電自動(dòng)化控制系統(tǒng)有限責(zé)任公目 錄1引言31.1編寫目的31.2背景31.3定義41.4參考資料42系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)52.1系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖53硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明73.1模塊描述73.2功能83.3性能83.4接口84軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明94.1模塊描述104.2功能104.3性能104.4流程邏輯124.5設(shè)計(jì)方法（算法）134.5.1同步進(jìn)程算法134.5.2網(wǎng)絡(luò)通信模塊144.5.3數(shù)據(jù)處理模塊154.5.4相位差的算法174.5.4數(shù)據(jù)采集模塊184.5.4同步信號(hào)模塊195 IEC61850-9205.1以太網(wǎng)地址255.2優(yōu)先權(quán)標(biāo)記/虛擬局域網(wǎng)255

2、.3以太網(wǎng)類265.4應(yīng)用層應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元（APDU）285.5應(yīng)用層應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）311引言電子式互感器校驗(yàn)儀是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制造成本低、適用于電子式互感器誤差檢驗(yàn)的校驗(yàn)裝置1.1編寫目的詳細(xì)介紹電子式互感器校驗(yàn)儀的設(shè)計(jì)方案、使用技術(shù)、實(shí)現(xiàn)功能、應(yīng)用環(huán)境。1.2背景JYJW1電子式互感器校驗(yàn)儀是針對(duì)交流電子式互感器穩(wěn)態(tài)的校驗(yàn)裝置。電力系統(tǒng)通過(guò)互感器將一次回路的大電流高電壓轉(zhuǎn)換為可供二次測(cè)量裝置使用的信號(hào)?；ジ衅餍阅艿暮脡?，是電力及電量測(cè)量準(zhǔn)確與否的基礎(chǔ)。為了獲得準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，互感器必須定期校準(zhǔn)，對(duì)其特性參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。一般是對(duì)互感器施以各類標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，利用電壓表、示波器

3、、頻譜分析儀等采集和記錄輸出信號(hào)，然后再進(jìn)行分析與處理，得到相應(yīng)的特性參數(shù)。隨著新型電子式互感器的出現(xiàn)，互感器從傳統(tǒng)的模擬輸出發(fā)展為數(shù)字輸出。國(guó)際電工委員會(huì)也做出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，并對(duì)誤差做出了新的定義，采用絕對(duì)測(cè)量法71檢測(cè)，誤差測(cè)量系統(tǒng)也與傳統(tǒng)互感器測(cè)量原理完全不同，使得傳統(tǒng)的校驗(yàn)儀無(wú)法對(duì)這類互感器進(jìn)行檢測(cè)。而國(guó)外的電子式互感器校驗(yàn)系統(tǒng)，由于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完全一致及價(jià)格偏高等多方面原因未在國(guó)內(nèi)推廣。本裝置針對(duì)電子式互感器的校驗(yàn)需求，充分利用計(jì)算機(jī)的處理能力及豐富接口，輔以適當(dāng)?shù)腘I數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)了校驗(yàn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析處理、結(jié)果顯示及保存、描畫曲線和報(bào)告生成等功能?？梢耘渲枚喾N校

4、驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并能自?dòng)匹配不同參數(shù)的電子式互感器，同時(shí)還提供對(duì)所有通道的實(shí)時(shí)監(jiān)控。1.3定義NI：National Instrument Company，簡(jiǎn)稱NI公司LabVIEW：Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)DLL：Dynamic Link Library，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)DFT：Discrete Fourier Transform，離散傅里葉變換1.4參考資料IEC61850-9 通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)IEC60044 電子式互感器標(biāo)準(zhǔn)Lab VIEW 8.20 編程及應(yīng)用2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)電子式互感器校驗(yàn)儀通過(guò)對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)

5、信號(hào)和試品（被測(cè)互感器）信號(hào)，可以對(duì)電子式互感器進(jìn)行精度校驗(yàn)。適用于符合IEC61850-9-1標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量輸出電子式互感器，不限于特定采樣率、特定量程標(biāo)志、特定額定值和特定ASDU數(shù)目等參數(shù)。2.1系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖校驗(yàn)系統(tǒng)采用絕對(duì)測(cè)量原理，即把標(biāo)準(zhǔn)互感器與被檢電子式互感器接入同一個(gè)源信號(hào)，將二次電流或電壓測(cè)量后進(jìn)行比較，得出差值。主要工作原理圖如圖3-1和3-2所示。圖3-1測(cè)量電流通道工作原理圖3-2測(cè)量電壓通道工作原理以測(cè)量電流通道為例，標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器將一次電流以變比Ka傳變?yōu)殡妷盒盘?hào)US。校驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量此電壓信號(hào)方均根值。被檢電子式互感器將一次電流以變比Kb傳變后經(jīng)過(guò)合并單元，以16進(jìn)

6、制數(shù)字量輸出方均根值。電子式互感器測(cè)量電流時(shí)出現(xiàn)的比值誤差，是由于實(shí)際變比不等于額定變比而產(chǎn)生的。電流誤差(比值差)用式3-2表示；相位誤差，是由于一次端子某一電流的出現(xiàn)瞬間，與所對(duì)應(yīng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)集在輸出的傳輸起始瞬間，兩者時(shí)間之差而引起的。相位差用公式3-3表示。 (3-1) (3-2) (3-3)式中：Ip-實(shí)際一次電流的方均根值；IS-數(shù)字量輸出的方均根值；Ka-標(biāo)準(zhǔn)互感器額定一次電流方均根值與額定二次輸出的方均根值之比；Kb-被測(cè)互感器額定一次電流方均根值與額定二次輸出的方均根值之比；US-校驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量二次電壓方均根值；-校驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)量相位；-數(shù)字量輸出的相位；3硬件設(shè)計(jì)說(shuō)明校驗(yàn)儀以虛擬儀器

7、Lab VIEW為軟件基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算機(jī)硬件及數(shù)據(jù)采集附件組成的電子式互感器校驗(yàn)系統(tǒng)。硬件結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。圖3-3校驗(yàn)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)通過(guò)連接計(jì)算機(jī)的NI數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)輸出，利用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊接口接收數(shù)據(jù)，校驗(yàn)儀的軟件設(shè)計(jì)主要采用的是美國(guó)國(guó)家儀器公司推出的虛擬儀器軟件Lab VIEW。3.1模塊描述DAQ設(shè)備USB-6210數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)USB接口為自身供電，無(wú)需外接電源，且?guī)в凶詸z測(cè)功能，可以在不同的溫度環(huán)境下對(duì)A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行補(bǔ)償，以避免溫度的影響。同時(shí)有自穩(wěn)零、ADC自校正等功能避免零點(diǎn)漂移，保證了測(cè)量精度。3.2功能校驗(yàn)系統(tǒng)的接口包括數(shù)據(jù)采集和同步輸出。其中數(shù)據(jù)采集接口

8、為模擬電壓輸入，同步輸出接口為光脈沖輸出。3.3性能采集卡的具體參數(shù)介紹如下：1）總線：USB2）模擬輸入：16路AI(支持RSE、NRES、DIFF三種輸入方式)3）數(shù)字輸出：4路PFO (TTL電平信號(hào))4）數(shù)字輸入：4路PFI (TTL電平信號(hào))5）采樣率：250KS/S6）分辨率：16位7）輸入范圍：-10V+10V8）觸發(fā)方式：模擬或數(shù)字9）絕對(duì)精度：310V10）靈敏度：10.1V3.4接口輸入信號(hào)一端接模擬輸入通道AI0端口，另一端接系統(tǒng)地AI GND端口，接線方式如圖3-5所示。圖3-5 通道AI0數(shù)據(jù)采集接口接線方式PFI4為計(jì)數(shù)器輸出端口，和D GND共同輸出TTL脈沖信號(hào)

9、，并通過(guò)光纖轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)換成光同步信號(hào)，供被檢互感器使用。接線方式如圖3-6所示。圖3-6 通道PFI4同步輸出接口接線方式4軟件設(shè)計(jì)說(shuō)明編譯編輯環(huán)境及版本:labview 8.2 中文版軟件工程名稱：交流電子式互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)儀可執(zhí)行代碼：校驗(yàn)儀.vi4.1模塊描述給出對(duì)該基本模塊的簡(jiǎn)要描述，主要說(shuō)明安排設(shè)計(jì)本模塊的目的意義，并且，還要說(shuō)明本模塊的特點(diǎn)。4.2功能校驗(yàn)儀的校準(zhǔn)依據(jù)是兩個(gè)不同互感器對(duì)同一信號(hào)采樣得到的數(shù)據(jù)，校驗(yàn)結(jié)果精確可靠的首要條件，是保證兩個(gè)裝置在每次采樣都在同一時(shí)刻。校驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)字脈沖作為同步信號(hào)，利用上升沿控制自身及互感器的采樣時(shí)刻，以確保采樣數(shù)據(jù)真實(shí)有效。輸出同步信號(hào)上升沿

10、的同時(shí)，控制數(shù)據(jù)采集卡采樣，并讀取A/D轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)互感器信號(hào)。被檢互感器信號(hào)是遵循IEC-61850-9-1通訊規(guī)約的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，由于IEC61850通訊規(guī)約的特殊性，普通的TCP/IP主機(jī)協(xié)議會(huì)將此數(shù)據(jù)報(bào)自動(dòng)摒棄，導(dǎo)致數(shù)據(jù)報(bào)無(wú)法讀取。為了繞過(guò)操作系統(tǒng)的協(xié)議棧來(lái)訪問(wèn)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)脑紨?shù)據(jù)包（raw packet），要求在操作系統(tǒng)核心內(nèi)部，直接與網(wǎng)絡(luò)接口驅(qū)動(dòng)交互。通過(guò)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)底層來(lái)捕獲數(shù)據(jù)。比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)互感器信號(hào)和被檢互感器信號(hào)后，計(jì)算得出被檢互感器的比差、角差、頻率等技術(shù)性能指標(biāo)，并生成結(jié)果報(bào)表。4.3性能校驗(yàn)儀軟件分為四個(gè)模塊，結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。圖4-1 校驗(yàn)儀軟件結(jié)構(gòu)圖從圖4-1

11、可以看到，系統(tǒng)中四個(gè)模塊并發(fā)運(yùn)行。工作流程分為以下幾步。1）同步信號(hào)模塊不斷向數(shù)據(jù)采集卡和互感器輸出同步信號(hào)。2）收到同步信號(hào)時(shí)，采集控制模塊控制數(shù)據(jù)采集卡開始連續(xù)采樣，每當(dāng)緩存滿時(shí)，讀取一次數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。緩存的大小根據(jù)參數(shù)自動(dòng)分配為一秒鐘數(shù)據(jù)所占空間。3）同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊持續(xù)接收來(lái)自互感器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，當(dāng)緩存滿時(shí)，讀取一次數(shù)據(jù)作為被測(cè)信號(hào)。4）數(shù)據(jù)分析模塊根據(jù)不同的運(yùn)行模式等待需要的數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好，便進(jìn)行分析處理，將結(jié)果顯示在界面上。4.4流程邏輯圖4-2 基于petri網(wǎng)的校驗(yàn)系統(tǒng)流程模型圖中P1-P4是四個(gè)并行任務(wù)起始點(diǎn)，表示模塊初始化完成狀態(tài)。其中P1表示網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，P2表

12、示數(shù)據(jù)分析模塊，P3表示同步信號(hào)模塊，P4表示采集控制模塊。P1：網(wǎng)絡(luò)通訊任務(wù)處在初始化完成狀態(tài)時(shí)，開始接收被檢互感器數(shù)據(jù)，此時(shí)可能出現(xiàn)兩種情況：緩存未滿，繼續(xù)接收數(shù)據(jù)；緩存滿了，從緩存中讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)繼續(xù)接收數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)處理任務(wù)發(fā)送消息通知數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好。P4：數(shù)據(jù)采集任務(wù)處在等待觸發(fā)采集狀態(tài)時(shí)，若收到同步信號(hào)，則開始采集數(shù)據(jù)，此時(shí)可能出現(xiàn)兩種情況：緩存未滿，繼續(xù)采集數(shù)據(jù)；緩存滿了，從緩存中讀取數(shù)據(jù)的同時(shí)繼續(xù)采集數(shù)據(jù)，向數(shù)據(jù)處理任務(wù)發(fā)送消息通知數(shù)據(jù)已準(zhǔn)備好。第一次同步信號(hào)會(huì)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始采集數(shù)據(jù)，之后不再檢測(cè)該信號(hào)。P3：同步信號(hào)任務(wù)處在初始化完成狀態(tài)時(shí)，開始持續(xù)發(fā)送同步信號(hào)。P2：數(shù)據(jù)

13、分析任務(wù)處在校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)收到來(lái)自P1和P4的消息后，將兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果再進(jìn)行比對(duì)分析，將計(jì)算結(jié)果和比對(duì)結(jié)果輸出，完成一次數(shù)據(jù)分析過(guò)程，然后繼續(xù)等待消息。數(shù)據(jù)分析任務(wù)處在監(jiān)控狀態(tài)時(shí)，只對(duì)來(lái)自P1的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果輸出，完成一次數(shù)據(jù)分析過(guò)程，然后繼續(xù)等待消息。4.5設(shè)計(jì)方法（算法）4.5.1同步進(jìn)程算法校驗(yàn)儀包括兩個(gè)生產(chǎn)者和一個(gè)消費(fèi)者，以及兩個(gè)隊(duì)列形式的多緩沖區(qū)。生產(chǎn)者Producer1產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)互感器數(shù)據(jù)，放入隊(duì)列Queue1；生產(chǎn)者Producer2產(chǎn)生被檢互感器數(shù)據(jù)，放入隊(duì)列Queue2；消費(fèi)者Consumer從Queue1和Queue2中同時(shí)取出數(shù)據(jù)進(jìn)行消費(fèi)。如圖4-

14、3所示。圖4-3 進(jìn)程同步算法示意圖進(jìn)程間關(guān)系如下：1）同步關(guān)系：只有在 Producer1向Queue1放入數(shù)據(jù)后，Consumer才能夠從Queue1中取出數(shù)據(jù)消費(fèi)；因此存在Consumer對(duì)于Producer1的同步依賴。2）同步關(guān)系：只有在 Producer2向Queue2放入數(shù)據(jù)后，Consumer才能夠從Queue2中取出數(shù)據(jù)消費(fèi)；因此存在 Consumer對(duì)于Producer2的同步依依賴。3）互斥關(guān)系：由于緩沖區(qū)采用了兩個(gè)緩沖區(qū)隊(duì)列，Producer放入數(shù)據(jù)的時(shí)候在隊(duì)列尾緩沖區(qū)操作，Consumer取出數(shù)據(jù)的時(shí)候在隊(duì)列緩沖區(qū)操作，因此避免了Producer和Consumer之間

15、針對(duì)緩沖區(qū)的互斥關(guān)系。4.5.2網(wǎng)絡(luò)通信模塊當(dāng)校驗(yàn)儀儀剛開始運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通訊模塊首先收到的是互感器裝置發(fā)送的未經(jīng)過(guò)同步控制的無(wú)效數(shù)據(jù)，在采樣節(jié)拍的值為0時(shí)，才是有效數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)。以這個(gè)點(diǎn)為基準(zhǔn)接收直到下個(gè)0點(diǎn)出現(xiàn)，所獲得的數(shù)據(jù)即為第一秒種的采樣值。網(wǎng)絡(luò)通訊模塊工作流程如圖4-8所示。圖4-8 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊流程圖4.5.3數(shù)據(jù)處理模塊當(dāng)來(lái)自網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的幀數(shù)據(jù)流和來(lái)自采集控制模塊的采集數(shù)據(jù)都已排入隊(duì)列后，數(shù)據(jù)分析模塊依照不同的工作狀態(tài)從隊(duì)列中取出數(shù)據(jù)，根據(jù)報(bào)文中解析出的互感器配置信息和輸入的配置參數(shù)，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)重組建立被檢互感器數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)互感器數(shù)據(jù)各自的等間隔離散采樣點(diǎn)數(shù)組，數(shù)組長(zhǎng)度為10K個(gè)字節(jié)

16、，每個(gè)字節(jié)代表一個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)兩組數(shù)據(jù)分別進(jìn)行DFT，計(jì)算出試品互感器和標(biāo)準(zhǔn)源的有效值、相位、頻率。經(jīng)過(guò)比對(duì)，得到被檢互感器的比差、相差，即完成了一次校驗(yàn)過(guò)程?；赑etrie網(wǎng)的建模如圖4-9所示。數(shù)據(jù)分析任務(wù)處在校驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，當(dāng)收到被檢互感器數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)互感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好的消息后，讀取界面上輸入的標(biāo)準(zhǔn)互感器配置參數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)互感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比例變換和DFT運(yùn)算，得到標(biāo)準(zhǔn)互感器測(cè)量結(jié)果。讀取被檢互感器數(shù)據(jù)中解析出的配置信息對(duì)被檢互感器數(shù)據(jù)進(jìn)行重組和DFT運(yùn)算，得到被檢互感器測(cè)量結(jié)果。將測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析后輸出，完成一次數(shù)據(jù)分析過(guò)程，然后繼續(xù)等待消息。數(shù)據(jù)分析任務(wù)處在監(jiān)控狀態(tài)時(shí)，只對(duì)來(lái)自被檢互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)

17、行計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果輸出，完成一次數(shù)據(jù)分析過(guò)程，然后繼續(xù)等待消息。圖4-9 基于petri網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理模塊流程模型4.5.4相位差的算法離散傅里葉變換（DFT，Discrete Fourier Transform）能夠在頻域（數(shù)字頻域）分析離散時(shí)間信號(hào)的頻譜和離散系統(tǒng)的頻響特性，適用于有限長(zhǎng)序列等間隔采樣的數(shù)字信號(hào)，使有限長(zhǎng)時(shí)域離散序列與有限長(zhǎng)頻域離散序列建立起對(duì)應(yīng)關(guān)系20。用DFT對(duì)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析時(shí)，截取的信號(hào)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，頻率的分辨率越高，所得到的結(jié)果就接近與原始信號(hào)頻譜。校驗(yàn)儀采每秒截取一次一秒種等間隔采樣的離散時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析，計(jì)算信號(hào)的有效值、相位和頻率。DFT公式參照4-6。計(jì)算過(guò)程中

18、令h=0，即可得到基波的有效值和相位，從頻譜中查找最大峰值的頻率，即為基波頻率。 (4-5)設(shè) (4-6)其中，N 為采樣點(diǎn)數(shù)， x(n) 為各點(diǎn)的采樣值。各次諧波基波有效值和相位相位參照公式4-7。 (4-7)4.5.4數(shù)據(jù)采集模塊采集控制模塊完成的功能是控制數(shù)據(jù)采集卡對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，從緩存中讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，為下一步校驗(yàn)做準(zhǔn)備。在校驗(yàn)系統(tǒng)中，同步信號(hào)是每秒發(fā)送一次，數(shù)據(jù)采集卡收到同步信號(hào)上升沿的時(shí)刻，觸發(fā)A/D開始，當(dāng)采樣以10KHZ持續(xù)10K個(gè)點(diǎn)后，停止采樣并從緩存中讀取數(shù)據(jù)，等待下一次觸發(fā)，以保證每一秒種采樣第一個(gè)點(diǎn)的時(shí)刻與同步信號(hào)上升沿一致。脈沖上升沿的t時(shí)刻和A/D

19、采樣時(shí)刻t1完全一致的理想情況，在實(shí)際系統(tǒng)中是無(wú)法達(dá)到的。信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程總會(huì)消耗一定時(shí)間，t1落后于t1。這一偏差在互感器的同步過(guò)程中更為明顯，如圖4-6所示。因此，需要數(shù)據(jù)采集卡延遲觸發(fā)。圖4-6 同步偏差示意圖數(shù)據(jù)采集模塊的核心部分是對(duì)數(shù)據(jù)采集卡配置進(jìn)行采樣。首先創(chuàng)建一個(gè)采集任務(wù)；然后根據(jù)輸入峰值、接入方式、物理通道三個(gè)參數(shù)創(chuàng)建虛擬的模擬電壓測(cè)量通道；接著設(shè)置采樣時(shí)鐘的頻率和連續(xù)采樣模式；定義了觸發(fā)方式以及延遲時(shí)間之后，開始執(zhí)行任務(wù)；每當(dāng)采集到10K個(gè)點(diǎn)時(shí)，就將數(shù)據(jù)從緩存中取出。4.5.4同步信號(hào)模塊同步信號(hào)模塊控制數(shù)據(jù)采集卡輸出數(shù)字脈沖，作用是將電子式互感器的計(jì)數(shù)位清零，并同時(shí)觸發(fā)數(shù)據(jù)采

20、集卡開始采集。由于電子式互感器的計(jì)數(shù)節(jié)拍以秒為單位循環(huán)技術(shù)，所以將同步信號(hào)的頻率設(shè)為1HZ。選擇脈沖寬度為125ms。 (4-1) (4-2)其中T為正弦波周期，為正弦波頻率，D為同步信號(hào)占空比，t為同步信號(hào)脈沖寬度，T為同步信號(hào)周期，為同步信號(hào)頻率。由公式4-2得出占空比為0.125，如圖4-4所示。圖4-4 同步信號(hào)示意圖5 IEC61850-9根據(jù)的介紹整理的本裝置發(fā)送協(xié)議如下層名稱編號(hào)內(nèi)容備注鏈路層MAC報(bào)頭10xff目的地址：廣播地址全120xff30xff40xff50xff60xff70x00源地址：網(wǎng)卡物理地址80x1190x5B100x1F110x49120x24優(yōu)先權(quán)標(biāo)記1

21、30x81標(biāo)記協(xié)議標(biāo)識(shí)TPID140x00150x80標(biāo)記控制信息TCI:0-11:虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)VID缺省值為0；12：規(guī)范的格式標(biāo)識(shí)CFI缺省值為0;13-15:優(yōu)先級(jí)缺省值為4160x00以太網(wǎng)方式170x88IEEE規(guī)定，固定值88BA180xba以太網(wǎng)方式PDU190x40APPID用于標(biāo)識(shí)該幀數(shù)據(jù)時(shí)模擬量采樣值還是用于區(qū)別關(guān)聯(lián)的應(yīng)用 ,缺省值0x4000,為模擬量采樣值保留的值范圍是0x40000x7fff200x0021Length:包括從APPID開始的以太網(wǎng)PDU的8位位組的數(shù)目，即第19位開始到幀結(jié)束22n*46+8+數(shù)據(jù)域字節(jié)數(shù)230x00保留1 這里取值0240x002

22、50x00保留2 這里取值0260x00應(yīng)用層應(yīng)用協(xié)議控制信息APCI270x80標(biāo)記28n*46+2數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度。假定數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)為n。當(dāng)n127時(shí)Length只有一個(gè)字節(jié)，值為n；當(dāng)n127時(shí)，Length有2127字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)的Bit7為1，Bit06為L(zhǎng)ength總字節(jié)數(shù)減1，第二個(gè)字節(jié)開始給出n，基于256，高位優(yōu)先。29300x00ASDU的個(gè)數(shù)310x01ASDU1320x00ASDU長(zhǎng)度 固定值:十進(jìn)制44330x2c340x02邏輯結(jié)點(diǎn)（LNName） 固定值0x02350x01數(shù)據(jù)集名（DataSetName） 固定值0x01360x00邏輯設(shè)備名（LDName）需要

23、自己設(shè)定370x0338額定相電流3940額定零序電流4142額定相電壓4344額定時(shí)延4546數(shù)據(jù)通道14748數(shù)據(jù)通道24950數(shù)據(jù)通道35152數(shù)據(jù)通道45354數(shù)據(jù)通道55556數(shù)據(jù)通道65758數(shù)據(jù)通道75960數(shù)據(jù)通道861 ASDU162數(shù)據(jù)通道96364數(shù)據(jù)通道106566數(shù)據(jù)通道116768數(shù)據(jù)通道1269700x00狀態(tài)字1710x00720x00狀態(tài)字2730x0074采樣節(jié)拍(計(jì)數(shù)) 7576 采樣率77以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的發(fā)送格式 按照上表填入發(fā)送緩沖區(qū)，直接發(fā)送即可。以下是對(duì)上面表格的詳細(xì)解釋，5.1以太網(wǎng)地址地址域由全部“1”組成的以太網(wǎng)廣播地址應(yīng)被用作目標(biāo)地址的缺省值。

24、因此發(fā)送側(cè)沒(méi)有必要進(jìn)行地址配置。然而作為一個(gè)可選性能，目標(biāo)地址應(yīng)當(dāng)是可配置的，例如，通過(guò)改變組播傳送地址可以借助交換機(jī)將合并單元與間隔層設(shè)備連接。當(dāng)使用交換機(jī)時(shí)源地址應(yīng)使用唯一的以太網(wǎng)地址，不使用交換機(jī)時(shí)不要求地址的唯一性。源地址都根據(jù)IEC 61850-9-2部分的附錄C規(guī)定的范圍01-0C-CD-04-00-0001-0C-CD-04-01-FF選取。5.2優(yōu)先權(quán)標(biāo)記/虛擬局域網(wǎng)按照IEEE 802.1Q，優(yōu)先權(quán)標(biāo)記用于把和保護(hù)相關(guān)的時(shí)間緊迫、高優(yōu)先級(jí)的總線傳輸與量大而優(yōu)先級(jí)又低的總線負(fù)載分離開來(lái)。標(biāo)記頭的結(jié)構(gòu)：8位位組876543211TPID0x810023TCIUser priori

25、tyCFIVID4VIDTPID值：0x8100User Priority：三位，User priority 的值應(yīng)在配置時(shí)進(jìn)行設(shè)置，以便將模擬量采樣值和時(shí)間緊迫的、保護(hù)相關(guān)的GOOSE信息與低優(yōu)先級(jí)的總線負(fù)載相區(qū)別。缺省的優(yōu)先級(jí)為4。CFI：一位0，Length后無(wú)嵌入的RIF域/以太網(wǎng)標(biāo)記幀中有類型域。VID：支持虛擬局域網(wǎng)是一種可選的機(jī)制，如果采用了這種機(jī)制，那么配置時(shí)應(yīng)設(shè)置虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)(VID)。另外，虛擬局域網(wǎng)標(biāo)識(shí)VID缺省值為0。5.3以太網(wǎng)類基于ISO/IEC 8802-3 MAC子層的以太網(wǎng)類型將由IEEE 著作權(quán)注冊(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行注冊(cè)。所注冊(cè)的以太網(wǎng)型（Ethertype）值為8

26、8-BA(16進(jìn)制)。模擬量緩沖區(qū)的更新是直接映射到所保留的以太網(wǎng)類型和以太網(wǎng)類型PDU上。以太網(wǎng)類PDU結(jié)構(gòu)：8位位組876543211以太網(wǎng)類型PDUEthertype23APPID45Length67Reserved189Reserved21011APDUm+2APPID：應(yīng)用標(biāo)識(shí)。APPID用于選擇包含模擬量采樣值的信息和用于區(qū)別關(guān)聯(lián)的應(yīng)用。為模擬量采樣值保留的APPID值范圍是0x40000x7FFF。缺省值為0x4000。缺省值表示APPID沒(méi)有被配置。配置系統(tǒng)時(shí)將強(qiáng)烈推薦將APPIP配置為系統(tǒng)中的唯一值。Length：包括從APPID開始的以太網(wǎng)型PDU的8位位組的數(shù)目，其值為8

27、m(m<1480)。Reserved1/Reserved2：用于將來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。APDU：應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元。5.4應(yīng)用層應(yīng)用規(guī)約數(shù)據(jù)單元（APDU）映射提供在APDU被遞交到傳輸緩沖區(qū)以前將若干個(gè)應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）連接成一個(gè)APDU的性能。被連接為一個(gè)APDU的ASDU的數(shù)目是可以配置的并與采樣速率有關(guān)。為減少應(yīng)用的復(fù)雜性，ASDU的連接不是動(dòng)態(tài)可變的。詳細(xì)資料如圖22所示。若干ASDU合成一幀的串連與基本編碼規(guī)則(BER)相關(guān)的ASN.1語(yǔ)法被用來(lái)對(duì)在過(guò)程層傳輸?shù)哪M量采樣值信息進(jìn)行編碼。為進(jìn)行傳送，模擬量采樣值緩沖區(qū)按下表詳述的方法進(jìn)行編碼。用于模擬量采樣值緩沖區(qū)傳送的編

28、碼按IEC61850-7-2篇的抽象緩沖格式本標(biāo)準(zhǔn)中的代碼備注屬性名稱屬性類型8位位組：tagTag按ASN.1基本編碼規(guī)則編碼。8位位組串：LengthLength按ASN.1基本編碼規(guī)則編碼。UI16：ASDU的數(shù)目被鏈接成一個(gè)APDU并被寫入采樣值緩沖區(qū)的ASDU的數(shù)目。MsvIDVISIBLE STRING8位位組串MAC廣播地址是以太網(wǎng)報(bào)頭的一部分。UI16：Length當(dāng)報(bào)頭加入加入的ASDU的長(zhǎng)度OptFldsPACKED LIST未映射DatSetObjectReferenceLNNameDataSetNameLDNameUI8：UI8：UI16：Sample1n數(shù)據(jù)集實(shí)例成員

29、的值公共數(shù)據(jù)類的編碼參見編者注SmpCntINT16UUI16計(jì)數(shù)器規(guī)范參見IEC 60044-8RefrTimTimeStamp未映射ConfRevINT32UUI8配置信息的版本號(hào)，邏輯設(shè)備配置每改變一次加1，缺省值為NULLSmpSynchBOOLEAN參見IEC 60044-8狀態(tài)字的“NotSynch”屬性SmpRateINT16UUI80=未定義；1255與fr相應(yīng)的每周波采樣值的數(shù)目注：為對(duì)采樣值進(jìn)行編碼，對(duì)SIG采用了公共數(shù)據(jù)類編碼規(guī)則?；緮?shù)據(jù)集中的采樣值和狀態(tài)屬性的映射按照IEC 60044-8的規(guī)范進(jìn)行了優(yōu)化。并不要求所有的互感器都連接到合并器。在基本數(shù)據(jù)集中電流或者電壓

30、未采用的值發(fā)送時(shí)置0，并且置相應(yīng)的數(shù)據(jù)無(wú)效標(biāo)志位。APDU的Tag的類型為上下文說(shuō)明（10B），格式為基本格式（0），值為9-1-PDU（0），按ASN.1編碼為0x80。APDU的Length表示數(shù)據(jù)域的長(zhǎng)度。假定數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)為n。按ASN.1的編碼規(guī)則，當(dāng)n127時(shí)Length只有一個(gè)字節(jié)，值為n；當(dāng)n127時(shí)，Length有2127字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)的Bit7為1，Bit06為L(zhǎng)ength總字節(jié)數(shù)減1，第二個(gè)字節(jié)開始給出n，基于256，高位優(yōu)先。APDU的數(shù)據(jù)域包括ASDU的數(shù)目和若干ASDU。ASDU的數(shù)目為雙字節(jié)無(wú)符號(hào)整數(shù)，高位優(yōu)先。5.5應(yīng)用層應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元（ASDU）應(yīng)用服務(wù)數(shù)

31、據(jù)單元為IEC 60044-8的通用數(shù)據(jù)幀。應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元還包含了一些標(biāo)識(shí)符（如邏輯節(jié)點(diǎn)名、邏輯設(shè)備名等）以和IEC 61850-9-1兼容。數(shù)據(jù)集長(zhǎng)度類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。長(zhǎng)度域包含隨后的數(shù)據(jù)集長(zhǎng)度。這個(gè)長(zhǎng)度不包括長(zhǎng)度域本身。按IEC 60044-8規(guī)定，長(zhǎng)度總是44（十進(jìn)制）。邏輯節(jié)點(diǎn)名(LLName)類型為8位枚舉型，值域?yàn)?lt;0.255>。邏輯節(jié)點(diǎn)名總為2。數(shù)據(jù)集名(DataSetName)類型為8枚舉型，值域?yàn)?lt;0.255>。數(shù)據(jù)集名是唯一的數(shù)字，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)，也就是數(shù)據(jù)通道的分配。這里允許的取值有01或0xFE（

32、十進(jìn)制254）。表10定義了DataSetName為01時(shí)數(shù)據(jù)通道到信號(hào)源的分配。DataSetName=01（通用應(yīng)用）的數(shù)據(jù)通道映射DataSetName01信號(hào)源對(duì)象路徑名參考值比例因子（見表 3）數(shù)據(jù)通道1A相電流.保護(hù)用PhsATCTR.Amps額定相電流SCP數(shù)據(jù)通道2B相電流.保護(hù)用PhsBTCTR.Amps額定相電流SCP數(shù)據(jù)通道3C相電流.保護(hù)用PhsCTCTR.Amps額定相電流SCP數(shù)據(jù)通道4零序電流NeutTCTR.Amps額定零序電流SCM數(shù)據(jù)通道5A相電流.測(cè)量用PhsA2TCTR.Amps額定相電流SCM數(shù)據(jù)通道6B相電流.測(cè)量用PhsB2TCTR.Amps額定相

33、電流SCM數(shù)據(jù)通道7C相電流.測(cè)量用PhsC2TCTR.Amps額定相電流SCM數(shù)據(jù)通道8A相電壓PhsATVTR.Volts額定相電壓SV數(shù)據(jù)通道9B相電壓PhsBTVTR.Volts額定相電壓SV數(shù)據(jù)通道10C相電壓PhsCTVTR.Volts額定相電壓SV數(shù)據(jù)通道11零序電壓NeutTVTR.Volts額定相電壓SV數(shù)據(jù)通道12母線電壓BBTVTR.Volts額定相電壓SV注 對(duì)象路徑名參見IEC 61850-9-1。DataSetName為0xFE時(shí)表示特殊應(yīng)用數(shù)據(jù)集，在表10的通道映射不能滿足應(yīng)用要求時(shí)使用。這時(shí)合并器將通過(guò)一定形式將數(shù)據(jù)集定義提供給二次設(shè)備。DataSetName的

34、值不能在運(yùn)行時(shí)改變，也就時(shí)說(shuō)在出廠前的設(shè)計(jì)和配置時(shí)便確定數(shù)據(jù)通道的分配。邏輯設(shè)備名(LDName)類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。邏輯設(shè)備名在一個(gè)變電站中是唯一的，用于標(biāo)志數(shù)據(jù)集的來(lái)源。邏輯設(shè)備名可以在安裝時(shí)設(shè)置。額定相電流(PhsA.Artg)。類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。注：參照IEC 61850-7-4每相可以擁有自己的額定值。為了信息模型能被通用數(shù)據(jù)集包含，我們選擇A相代表三相。給出額定相電流，單位是安培。注：這個(gè)值是可選的。如果不使用這個(gè)值，用0替代它。這時(shí)應(yīng)象使用傳統(tǒng)互感器一樣設(shè)置接收者。如果不設(shè)置接收者，就必須傳送它

35、，這樣可以減少設(shè)備配置錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，也可簡(jiǎn)化設(shè)置工作。額定零序電流(Neut.Artg)。類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。給出額定零序電流，單位是安培。注：這個(gè)值是可選的。如果不使用這個(gè)值，用0替代它。這時(shí)應(yīng)象使用傳統(tǒng)互感器一樣設(shè)置接收者。如果不設(shè)置接收者，就必須傳送它，這樣可以減少設(shè)備配置錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，也可簡(jiǎn)化設(shè)置工作。額定相電壓和額定零序電壓(PhsA.Vrtg)。類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。注：參照IEC 61850-7-4每相可以擁有自己的額定值。為了信息模型能被通用數(shù)據(jù)集包含，我們選擇A相代表三相和零序電壓額定值。給出額定相

36、電壓，單位是kV。這樣選擇單位是為了避免換算時(shí)產(chǎn)生誤差。例如互感器額定電壓為500kV，則額定相電壓為kV，在數(shù)據(jù)幀里表示為。注：這個(gè)值是可選的。如果不使用這個(gè)值，用0替代它。這時(shí)應(yīng)象使用傳統(tǒng)互感器一樣設(shè)置接收者。如果不設(shè)置接收者，就必須傳送它，這樣可以減少設(shè)備配置錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，也可簡(jiǎn)化設(shè)置工作。額定延遲時(shí)間類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。給出模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理帶來(lái)的延時(shí)的額定值，單位是。設(shè)發(fā)數(shù)據(jù)幀開始發(fā)出時(shí)刻為tc，這一幀數(shù)據(jù)表示的電流電壓在一次側(cè)出現(xiàn)的時(shí)刻為tp，則延遲時(shí)間為tctp。互感器額定延遲時(shí)間為500，允許誤差范圍-100%+10%。數(shù)據(jù)通道1數(shù)據(jù)通道

37、12（DataChannel#1DataChannel#2）類型為16位整數(shù)，值域?yàn)?lt;-32768.32767>。12個(gè)數(shù)據(jù)通道給出各個(gè)信號(hào)源的瞬時(shí)值，通道分配由數(shù)據(jù)集名決定，參見數(shù)據(jù)集名的說(shuō)明。保護(hù)用相電流的比例因子由保護(hù)用電子式電流互感器額定輸出值確定，測(cè)量用相電流的比例因子由測(cè)量用電子式電流互感器額定輸出值確定（參見表10）。例如一個(gè)保護(hù)用電子式電流互感器的一次額定電流為4000A（有效值），額定輸出（SCP）為0x01CF（有效值，量程標(biāo)志為0）。數(shù)據(jù)通道輸出的數(shù)值，如0x2DF0對(duì)應(yīng)一次電流瞬時(shí)值為。如果發(fā)生溢出，正溢出的輸出碼為0x7FFF，負(fù)溢出的輸出碼為0x8000

38、。如果傳感器輸出的是電流的導(dǎo)數(shù)，則比例因子應(yīng)考慮一次電流的額定角頻率（）。相電壓、零序電流和零序電壓的比例因子類似于相電流。零序電流如果是由三相電流計(jì)算而來(lái)，在任一相溢出時(shí)就按溢出處理。零序電壓也一樣。采樣計(jì)數(shù)器(SmpCtr)類型為16位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.65535>。這個(gè)16位采樣計(jì)數(shù)器用于檢查數(shù)據(jù)內(nèi)容是否被連續(xù)刷新。每發(fā)送一個(gè)新的采樣數(shù)據(jù)集，計(jì)數(shù)器增加1，溢出后回到0重新開始計(jì)數(shù)。當(dāng)合并器使用同步脈沖時(shí)，合并器收到每個(gè)同步脈沖都將把采樣計(jì)數(shù)器清零。采樣計(jì)數(shù)器為零的數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)同步脈沖發(fā)生時(shí)刻的一次電流電壓。采樣速率（SmpRate）類型為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt

39、;0.255>。給出額定頻率下每周波時(shí)間內(nèi)輸出的采樣數(shù)據(jù)集數(shù)目，為0時(shí)無(wú)意義。這里采樣速率等于互感器的數(shù)據(jù)速率。配置版本號(hào)（SmpRate）類型為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)，值域?yàn)?lt;0.255>。在每次修改邏輯設(shè)備配置時(shí)增加1，缺省值為0。狀態(tài)字(StatusWord#1 和 StatusWord#2)類型為16位布爾量集。它們的解釋見圖23和圖24。如果某個(gè)數(shù)據(jù)通道未使用，則其響應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志置為無(wú)效，數(shù)據(jù)通道內(nèi)容置為0x0000。如果一個(gè)傳感器故障，其相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志置為無(wú)效，并將需要維護(hù)標(biāo)志（LPHD.PHHealth）置位。在喚醒期間數(shù)據(jù)無(wú)效，所有的數(shù)據(jù)無(wú)效標(biāo)志和喚醒指示標(biāo)志都置位。同步脈沖丟失或無(wú)效標(biāo)志在下面邏輯滿足時(shí)置位：同步脈沖丟失 或 同步脈沖無(wú)