無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適應(yīng)測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線同步測(cè)量系統(tǒng)，具體是一種無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適應(yīng) 測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線同步測(cè)量系統(tǒng)(WSN)廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備的絕緣性能測(cè)量中，其常用的介質(zhì) 損耗測(cè)量方法原理如下:通過各個(gè)站點(diǎn)分別測(cè)量電力設(shè)備的漏電流(流過絕緣層的電流)和 母線電壓，然后通過計(jì)算漏電流和母線電壓之間的相位差來計(jì)算出介質(zhì)損耗角S(介質(zhì)損耗 角δ的計(jì)算公式為：δ=π/2-( Φ i-φν)，其中Φ i為漏電流的相位角，Φν為母線電壓的相位 角），由此評(píng)估電力設(shè)備的絕緣性能。
[0003] 目前，漏電流和母線電壓之間的相位差計(jì)算通常采用傅里葉算法:先對(duì)各個(gè)站點(diǎn) 測(cè)量得到的采樣值進(jìn)行頻譜分析，并提取基波分量，再計(jì)算基波的相位差，并以此為基礎(chǔ)來 計(jì)算介質(zhì)損耗角L但在實(shí)際工作中，無線同步測(cè)量系統(tǒng)通常面臨如下問題：由于電網(wǎng)頻率 在不斷波動(dòng)（電力系統(tǒng)允許電網(wǎng)頻率有一定的波動(dòng)），加之各個(gè)站點(diǎn)的采樣頻率保持不變， 導(dǎo)致各個(gè)站點(diǎn)在被測(cè)信號(hào)（漏電流和母線電壓）出現(xiàn)頻率波動(dòng)時(shí)的整周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)會(huì) 出現(xiàn)小數(shù)。這種情況下，當(dāng)使用離散傅立葉變換(DFT)計(jì)算被測(cè)信號(hào)的相位角時(shí)，由于采樣 點(diǎn)數(shù)非整周期的截?cái)鄬⒃斐深l譜泄漏，導(dǎo)致相位角的計(jì)算產(chǎn)生截?cái)嗾`差，從而導(dǎo)致無線同 步測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度降低。為此有必要針對(duì)無線同步測(cè)量系統(tǒng)發(fā)明一種全新的測(cè)量方 法，以解決現(xiàn)有無線同步測(cè)量系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率不斷波動(dòng)的情況下因采樣點(diǎn)數(shù)非整周期的截 斷而造成頻譜泄漏的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有無線同步測(cè)量系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率不斷波動(dòng)的情況下因采樣點(diǎn) 數(shù)非整周期的截?cái)喽斐深l譜泄漏的問題，提供了一種無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適 應(yīng)測(cè)量方法。
[0005] 本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適應(yīng)測(cè)量方 法，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的： 1)站點(diǎn)硬件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 無線同步測(cè)量系統(tǒng)采用1個(gè)主站和多個(gè)子站的結(jié)構(gòu);其中，主站的硬件資源包括S0PC芯 片、以太網(wǎng)、GPS接口、nRF905模塊，所述S0PC芯片內(nèi)部集成有ARM處理器硬核和FPGA芯片;子 站的硬件資源包括FPGA芯片、nRF905模塊;各個(gè)站點(diǎn)間的通信采用無線方式實(shí)現(xiàn)； 2 )站點(diǎn)間的采樣時(shí)鐘同步： 各個(gè)站點(diǎn)間通過nRF905模塊，并采用無線同步方式實(shí)現(xiàn)采樣時(shí)鐘同步；同時(shí)，主站定時(shí) 向各個(gè)子站發(fā)送采樣幀同步命令，使得主站和各個(gè)子站之間的采樣時(shí)鐘誤差不因?yàn)闀r(shí)間持 續(xù)而累加； 3)電網(wǎng)頻率的跟蹤和站點(diǎn)采樣頻率的調(diào)整： 3.1) 電網(wǎng)頻率的跟蹤： 最新電網(wǎng)頻率由主站獲取，獲取途徑包括三種：a .根據(jù)來自數(shù)字化變電站系統(tǒng)的 IEC61850 SMV報(bào)文中的實(shí)時(shí)采樣值計(jì)算頻率值;b.如果數(shù)字化變電站系統(tǒng)的過程層已經(jīng)測(cè) 量或計(jì)算出電網(wǎng)頻率，則主站通過以太網(wǎng)直接接收頻率值;c.對(duì)于非數(shù)字化變電站系統(tǒng)，主 站直接采樣并計(jì)算頻率值； 主站獲得最新電網(wǎng)頻率后，通過無線方式將頻率值傳遞給各個(gè)子站； 3.2) 站點(diǎn)米樣頻率的調(diào)整： 為適應(yīng)頻譜解析常使用的快速傅立葉變換對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)基2的要求，各個(gè)站點(diǎn)將其在被 測(cè)信號(hào)的整周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)為固定值256;如果電網(wǎng)頻率波動(dòng)，則各個(gè)站點(diǎn)在獲得最新 電網(wǎng)頻率后，根據(jù)采樣點(diǎn)數(shù)和最新電網(wǎng)頻率實(shí)時(shí)調(diào)整站點(diǎn)采樣頻率，使得站點(diǎn)設(shè)定的256個(gè) 采樣點(diǎn)數(shù)仍然能完整覆蓋一個(gè)整周期，而不會(huì)發(fā)生非整周期的截?cái)?，具體調(diào)整公式如下：
式(1)中：TS為各個(gè)站點(diǎn)的最新采樣周期，單位為納秒;N為各個(gè)站點(diǎn)在被測(cè)信號(hào)的整周 期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，其值為256; f為最新電網(wǎng)頻率;^為各個(gè)站點(diǎn)的最新采樣頻率； 3.3) 采樣的啟動(dòng)： 各個(gè)站點(diǎn)均采用1 OOMHz晶振； 各個(gè)站點(diǎn)在其FPGA芯片中設(shè)計(jì)三組時(shí)鐘信號(hào)：10ns時(shí)鐘信號(hào)、100ns時(shí)鐘信號(hào)、lys時(shí)鐘 信號(hào)；其中，l〇ns時(shí)鐘信號(hào)由100MHz晶振直接產(chǎn)生，100ns時(shí)鐘信號(hào)、lys時(shí)鐘信號(hào)均由 100MHz晶振分頻產(chǎn)生； 各個(gè)站點(diǎn)在其FPGA芯片中設(shè)計(jì)三個(gè)計(jì)數(shù)器：一個(gè)4位10ns計(jì)數(shù)器、一個(gè)4位100ns計(jì)數(shù) 器、一個(gè)7位Uis計(jì)數(shù)器； 將10ns時(shí)鐘信號(hào)連接到4位10ns計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端；將100ns時(shí)鐘信號(hào)連接到4位 100ns計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端;將lys時(shí)鐘信號(hào)連接到7位lys計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端； 將7位lys計(jì)數(shù)器的使能端固定設(shè)置為邏輯1;將7位lys計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)連接到4位 100ns計(jì)數(shù)器的使能端;將4位100ns計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)連接到4位10ns計(jì)數(shù)器的使能端;將4 位10ns計(jì)數(shù)器的溢出信號(hào)通過脈沖寬度保持電路作為ADC采樣時(shí)鐘； 將各個(gè)站點(diǎn)的最新采樣周期Ts分解為m個(gè)lys、n個(gè)100ns、p個(gè)10ns;具體分解公式如下：
對(duì)7位lys計(jì)數(shù)器賦初值X，對(duì)4位100ns計(jì)數(shù)器賦初值y，對(duì)4位10ns計(jì)數(shù)器賦初值z(mì);具體 賦值公式如下：
首先采用7位lys計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)；7位lys計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿m個(gè)后，產(chǎn)生溢出信號(hào)并使能4位 100ns計(jì)數(shù)器;4位100ns計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿η個(gè)后，產(chǎn)生溢出信號(hào)并使能4位10ns計(jì)數(shù)器;4位10ns 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)滿P個(gè)后，產(chǎn)生的溢出信號(hào)通過脈沖寬度保持電路作為最終的ADC采樣時(shí)鐘。
[0006]本發(fā)明所述的無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適應(yīng)測(cè)量方法通過跟蹤電網(wǎng)頻率 的變化，使得各個(gè)站點(diǎn)的采樣頻率可以根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化作出自適應(yīng)調(diào)整，由此使得各 個(gè)站點(diǎn)在被測(cè)信號(hào)的整周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)始終為整數(shù)值(固定值），從而徹底避免了無線同 步測(cè)量系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率不斷波動(dòng)的情況下因采樣點(diǎn)數(shù)非整周期的截?cái)喽斐深l譜泄漏的 問題，最終實(shí)現(xiàn)了通過無線同步測(cè)量系統(tǒng)對(duì)電力設(shè)備的絕緣性能進(jìn)行高精度在線測(cè)量。
[0007] 本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有無線同步測(cè)量系統(tǒng)在電網(wǎng)頻率不斷波動(dòng)的情況下因采樣 點(diǎn)數(shù)非整周期的截?cái)喽斐深l譜泄漏的問題，適用于電力設(shè)備的絕緣性能測(cè)量。
【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明中的無線同步測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖2是本發(fā)明中的主站的結(jié)構(gòu)示意圖。
[001 0]圖3是本發(fā)明的步驟3.3)的實(shí)現(xiàn)示意圖。
[0011]圖4是本發(fā)明的步驟3.3)的時(shí)序不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]無線傳感網(wǎng)在線絕緣檢測(cè)頻率自適應(yīng)測(cè)量方法，該方法是采用如下步驟實(shí)現(xiàn)的： 1)站點(diǎn)硬件及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 無線同步測(cè)量系統(tǒng)采用1個(gè)主站和多個(gè)子站的結(jié)構(gòu);其中，主站的硬件資源包括S0PC芯 片、以太網(wǎng)、GPS接口、nRF905模塊，所述S0PC芯片內(nèi)部集成有ARM處理器硬核和FPGA芯片;子 站的硬件資源包括FPGA芯片、nRF905模塊;各個(gè)站點(diǎn)間的通信采用無線方式實(shí)現(xiàn)； 2 )站點(diǎn)間的采樣時(shí)鐘同步： 各個(gè)站點(diǎn)間通過nRF905模塊，并采用無線同步方式實(shí)現(xiàn)采樣時(shí)鐘同步；同時(shí)，主站定時(shí) 向各個(gè)子站發(fā)送采樣幀同步命令，使得主站和各個(gè)子站之間的采樣時(shí)鐘誤差不因?yàn)闀r(shí)間持 續(xù)而累加； 3)電網(wǎng)頻率的跟蹤和站點(diǎn)采樣頻率的調(diào)整： 3.1) 電網(wǎng)頻率的跟蹤： 最新電網(wǎng)頻率由主站獲取，獲取途徑包括三種：a .根據(jù)來自數(shù)字化變電站系統(tǒng)的 IEC61850 SMV報(bào)文中的實(shí)時(shí)采樣值計(jì)算頻率值;b.如果數(shù)字化變電站系統(tǒng)的過程層已經(jīng)測(cè) 量或計(jì)算出電網(wǎng)頻率，則主站通過以太網(wǎng)直接接收頻率值;c.對(duì)于非數(shù)字化變電站系統(tǒng)，主 站直接采樣并計(jì)算頻率值； 主站獲得最新電網(wǎng)頻率后，通過無線方式將頻率值傳遞給各個(gè)子站； 3.2) 站點(diǎn)米樣頻率的調(diào)整： 為適應(yīng)頻譜解析常使用的快速傅立葉變換對(duì)采樣點(diǎn)數(shù)