[发明专利]一种数据采样的时间同步、校准方法和系统

说明书

本发明公开了一种数据采样的时间同步方法和系统，其中，该方法包括：计算前一时间同步周期的实际采样间隔时钟周期数，实际采样间隔时钟周期数包括整数部分和小数部分；在当前时间同步周期内，每当时钟周期信号到来时，分别触发第一、第二整数计数器的计数值加1；每当第一整数计数器的计数值等于整数部分数值时，触发小数计数器的计数值加上小数部分数值；当小数计数器的累加计数值大于或等于预设值时，触发第二整数计数器的计数值减1；当第二整数计数器的计数值等于整数部分数值时，发送采样脉冲至采样控制器，以控制采样器进行数据采样。本发明通过两个整数计数器和小数计数器能够提高采样数据的时间同步精度。

技术领域

本发明属于数据采样技术领域，尤其涉及一种数据采样的时间同步、校准方法和系统。

背景技术

全球电力骨干网络均是三相交流电力系统，频率为50Hz或60Hz。为了保证电力系统的稳定运行，需要对三相交流电的电压和电流进行准确的测量。目前，主要的测量技术是基于计算机的数字化测量技术，即通过电压和电流传感器(或者互感器)把高电压、大电流的信号(即电力系统一次信号)转换为适合测量的幅值较小的电压或者电流信号(即电力系统二次信号)，然后送入ADC(模数转换器)进行量化变成数字信号，并利用数字信号处理技术对采集到的信号进行相应的变换、计算，从而感知单个电力设备以及局部电网或者全局电网的工作状态，并进一步做故障判断与隔离、稳态与暂态控制、参数估计、故障预测等等应用。

由于电力系统设备本身在地理位置上是分散的，因此对设备的数据采集也是分散进行的，然后通过有线或者无线通信把分散的数据汇集到后台的中心机房，才能够做进一步计算。即智能电网的技术方向是通过布设大量的智能传感器，来感知各种电力设备(如变压器、线路、开关)的数据，并由单个设备的采样数据计算出电网的工作状态。

在对电力系统进行数据采集以及工作状态计算时，由于电力信号在电力设备中的传输速度接近光速，即每秒30万公里，或者说每微秒(us)300米。为了准确感知电力系统的整体状态，必须要获取同一时刻各个电力设备的数据，如果各个设备的采样数据在时间上差异太大，计算出的结果是没有意义的。比如在小电流接地配电网的单相接地故障定位这个应用领域，通过暂态零序电流进行故障定位是公认效果最好的故障定位方法，但是故障定位的前提是零序电流一定要准确，各相电流的采样时间偏差要控制在10us以内。在行波保护和雷电波定位这类应用领域，由于需要用时间差来计算空间距离，因此各个数据采集点的时间偏差要控制在1us以内。而由于电力系统中各个设备在地理位置上是分散的，因此要保证它们的采样时间严格同步，或者说把采样时间的偏差控制在10us以内，甚至1us，这是非常有挑战的。为了满足电力信号测量精度的要求，现代电力系统一般都采用较高的采样频率对电力信号进行高速采样，比如每个周期128、256、512个采样点。如果电力信号的频率是50Hz，则每秒钟的数据采样频率分别为6400,12800,25600次，如果电力信号的频率是60Hz，则每秒钟的数据采样频率分别为7680，15360，30720次。

假如要求实现12800的数据采样频率，一般会用12800整数倍频的高频时钟进行分频，例如用25.6M(即25600000)的时钟进行2000倍分频，或者用12.8M的时钟进行1000倍分频，这样就生成了频率为12800的采样信号。

电子系统上广泛使用低成本、低功耗的无源石英晶体振荡器(简称无源晶振，或者晶振)作为时钟源。石英晶体振荡器标称的理想频率和实际频率都是有一定偏差的，典型的频率偏差为±20PPM，这个偏差主要受晶体加工工艺的影响。在使用过程当中，石英晶体振荡器的频率还会受到温度的影响，随着时间的推移，石英晶体振荡器的频率还有老化现象。总之，常用的石英晶体振荡器的频率并非恒定，而是因个体差异、受工作环境影响、随时间缓慢变化的。