基于FPGA實(shí)現(xiàn)多路變電站母線PT信號同步采集

黃高潮 李濟(jì)山 于戰(zhàn)旗 胡鵬

摘要：國家電網(wǎng)在變電站內(nèi)部署了大量的PMU設(shè)備，用以監(jiān)控變電站內(nèi)母線信號，實(shí)現(xiàn)對母線進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控、故障分析、故障錄波等功能并取得大量生產(chǎn)科研成果。但隨著電網(wǎng)對測量數(shù)據(jù)的時間精度要求提高，尤其是對不同母線進(jìn)行相互信號數(shù)據(jù)分析的需求的出現(xiàn)。原有PMU設(shè)備的信號采集同步精度已經(jīng)不能滿足所需。本文通過對現(xiàn)有信號采集電路進(jìn)行優(yōu)化升級，利用FPGA控制單母線內(nèi)多通道采集，并加入額外差分觸發(fā)信號，成功將信號采集同步精度大幅度提高；并且經(jīng)過試制樣機(jī)，在變電站內(nèi)進(jìn)行部署，成功實(shí)現(xiàn)了變電站母線PT信號的高精度同步采集，為進(jìn)一步基于同步采集數(shù)據(jù)提供了一種通用程度高的硬件基礎(chǔ)平臺。

Abstract： The State Grid has deployed a large number of PMU devices in substations to monitor bus signals in substations， and to perform status monitoring， failure analysis， fault recording and other functions on busbars and to obtain large-scale production scientific research results. However， with the increase of the time accuracy of the measurement data of the power grid， especially the need for mutual signal data analysis of different buses， the accuracy of the signal acquisition and synchronization of the original PMU equipment can no longer meet the requirements. This paper optimizes and upgrades the existing signal acquisition circuit， uses FPGA to control the multi-channel acquisition in a single bus， and adds additional differential trigger signals to successfully improve the precision of signal acquisition synchronization； and through trial prototypes， it is deployed in substations， successfully achieving high-precision synchronous acquisition of substation bus PT signals， thus providing a more general-purpose hardware basic platform for further acquisition of data based on synchronization.

關(guān)鍵詞：高精度同步采集；FPGA；差分觸發(fā)

Key words： high-precision sync DA；FPGA；differential triggering

中圖分類號：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）17-0186-05

0 引言

隨著國家電網(wǎng)變電站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益完備，大量新舊站都已經(jīng)安裝PMU裝置來監(jiān)控母線運(yùn)行參數(shù)。同時隨著無人值守變電站的日益增多，主站端已經(jīng)習(xí)慣通過遠(yuǎn)動獲取電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，這些重要數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供給管理人員進(jìn)行處理，所以變電站內(nèi)PMU裝置對數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度成為保障電網(wǎng)可靠運(yùn)行管理的關(guān)鍵點(diǎn)[1]。

由于現(xiàn)代社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力用戶對供電可靠性的要求越來越高，對短時停電十分敏感。所以目前各地配網(wǎng)多采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的方式，并頻繁存在倒負(fù)荷或線路檢修的需求。所以通常采用配電網(wǎng)合環(huán)操作進(jìn)行不停電倒負(fù)荷操作。這其中如果兩路母線電壓幅值相位差距過大，易引起過流保護(hù)或速斷保護(hù)誤動，造成經(jīng)濟(jì)損失。但由于現(xiàn)有PMU裝置標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)規(guī)范成形于本世紀(jì)初，其時間同步參數(shù)已不適用于多路信號的相位測量，所以此類操作現(xiàn)在均經(jīng)過主站管理人員通過潮流計(jì)算模擬得出。尚無手段在變電站現(xiàn)場對實(shí)際信號采集分析。出于以上原因，有必要設(shè)計(jì)研發(fā)一種母線電壓信號同步采集裝置，以高精度同步信號采集作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，設(shè)計(jì)一款站內(nèi)數(shù)據(jù)采集裝置，用以彌補(bǔ)傳統(tǒng)PMU對于多通道同步采集的不足[2]。

1 PMU設(shè)備現(xiàn)況分析

目前變電站內(nèi)的PMU設(shè)備按照《Q/GDW 1844 – 2002智能變電站的同步相量測量裝置技術(shù)規(guī)范》所提出的技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)，此規(guī)范從裝置功能、性能給出了具體設(shè)計(jì)要求。當(dāng)前站內(nèi)所安裝的PMU裝置均符合此規(guī)范，當(dāng)前PMU主要具備如下功能。

1.1 同步測量功能

可同步測量三相電壓、三相電流（線路、主變和母線）和開關(guān)量信號。應(yīng)計(jì)算三相電壓基波相量、三相電流基波相量、正序電壓基波相量、正序電流基波相量、有功無功功率、頻率及頻率變化等。

1.2 動態(tài)數(shù)據(jù)記錄功能

應(yīng)連續(xù)記錄正序電壓電流基波相量、三相電壓基波相量、三相電流基波相量、有功功率、無功功率、頻率、頻率變化率和開關(guān)量信號，并在發(fā)生特殊事件時建立事件標(biāo)識。

1.3 通信功能

裝置按照時間順序逐幀、均勻、實(shí)時傳送動態(tài)數(shù)據(jù)，傳送的數(shù)據(jù)中應(yīng)包含整秒數(shù)據(jù)。

1.4 人機(jī)接口功能

裝置應(yīng)顯示電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率越線告警等信息；支持監(jiān)視裝置運(yùn)行狀態(tài)等信息；支持對裝置進(jìn)行參數(shù)配置和定值整定。

1.5 時間狀態(tài)標(biāo)識功能

應(yīng)對數(shù)據(jù)的時間同步狀態(tài)進(jìn)行標(biāo)識。

1.6 異常告警功能

具有在線自動監(jiān)測功能；PT/CT斷線、直流電源消失、裝置故障、通信異常、時鐘同步信號異常時，應(yīng)發(fā)出告警信號。

2 變電站母線信號特點(diǎn)分析

針對變電站母線信號的準(zhǔn)確分析，可以快速正確的判斷電網(wǎng)設(shè)備的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，保障電網(wǎng)可靠運(yùn)行。對變電站安全生產(chǎn)起到不可估量的作用。

目前，配網(wǎng)110kV變電站一般均有多個110kV入線以及數(shù)量不等的出線。由于不同入線電源存在差異、線路負(fù)載存在差異，輸電線上情況存在差異。導(dǎo)致入線之間存在程度不同的相位、幅值偏差。出線由于線路負(fù)載不同也會存在差異。當(dāng)這些差異超過設(shè)備保護(hù)限值后，極易造成設(shè)備損壞，甚至出現(xiàn)人身事故等危險情況。因此，對變電站內(nèi)入線、出現(xiàn)上母線PT信號進(jìn)行監(jiān)控，高精度同步對其信號進(jìn)行采集分析計(jì)算?？梢燥@著減少這類不停電倒負(fù)荷操作中存在的安全隱患。

2.1 變電站倒負(fù)荷操作的隱患

由于當(dāng)前配網(wǎng)均采用閉環(huán)設(shè)計(jì)、開環(huán)運(yùn)行的方式，所以存在頻繁的倒負(fù)荷或線路檢修的需求，當(dāng)進(jìn)行這些操作時，為了保證用戶不停電，通常需采用不停電倒負(fù)荷操作，即直接合聯(lián)絡(luò)開關(guān)將母線連接。

如果此時兩條母線的電壓相角差過大，根據(jù)交流電瞬時電壓公式：U=A*sin（2πt+θ）

瞬間電壓U將造成很大電流通過開關(guān)觸點(diǎn)，極易引發(fā)過流保護(hù)或速斷保護(hù)誤動。造成配電網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定，用戶處斷電甚至燒毀設(shè)備造成長時間停電。

當(dāng)前為避免出現(xiàn)此類情況，一般是經(jīng)由調(diào)度人員通過潮流計(jì)算軟件，模擬計(jì)算兩條母線的相角、幅值信息。這鐘方法存在如下弊端：

①無法保證計(jì)算實(shí)時性，實(shí)際操作時母線運(yùn)行情況與理論計(jì)算存在延遲。②倒負(fù)荷操作后對電網(wǎng)運(yùn)行造成的影響沒辦法進(jìn)行全方位評估。

所以，當(dāng)前在實(shí)際變電站運(yùn)行中，大多數(shù)不停電倒負(fù)荷操作均安排在線路負(fù)荷低，停電影響小的夜間進(jìn)行，限制要求很多。

2.2 多路母線信號同步測量必要性

綜上所述，目前變電站內(nèi)安裝的PMU裝置更多強(qiáng)調(diào)對單路母線信號測量的準(zhǔn)確度，而對多路的同步測量則考慮不夠充分。其中規(guī)范中針對時間同步的要求僅優(yōu)于±1μs。

由于多路測量現(xiàn)在需多臺PMU協(xié)同工作，此誤差理論可累計(jì)到±2μs，并且由于不同廠家、不同批次設(shè)備的差異。實(shí)際現(xiàn)場試驗(yàn)測量同一標(biāo)準(zhǔn)信號得到的同步誤差可到±1°以上。故基于現(xiàn)有同步精度無法有效對多路數(shù)據(jù)進(jìn)行同步分析，所以需要設(shè)計(jì)新的采集方法，實(shí)現(xiàn)多路信號同步采集。

針對此需求，本文將通過設(shè)計(jì)一款FPGA為核心的高精度數(shù)據(jù)采集電路，并在多通道間使用差分信號同步觸發(fā)的采集方案。達(dá)到多路母線PT信號采集，滿足不停電倒負(fù)荷所需計(jì)算時間精度。

3 基于FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集

配電網(wǎng)母線PT信號包括A、B、C三相，為實(shí)現(xiàn)母線信號的特征分析，對此三相數(shù)據(jù)采集要求十分高。所以本文方案采用多個高速串行SAR型ADC并發(fā)采集，保障三相PT信號數(shù)據(jù)采樣時刻同步，模數(shù)轉(zhuǎn)換嚴(yán)格同步，為后續(xù)進(jìn)行母線信號計(jì)算并形成相角判據(jù)提供可信數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。

3.1 基于串行SAR型ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，作為信號采集的主要元件，其性能參數(shù)對系統(tǒng)性能起決定性作用。ADC主要有轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度和分辨率三大參數(shù)。目前商用的ADC從實(shí)現(xiàn)原理來說主要分為三類：

①閃速ADC，內(nèi)部通過大量精密電阻和比較器，同時將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字比特數(shù)據(jù)，其具備轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，但由于其實(shí)現(xiàn)原理，導(dǎo)致其分辨率一般僅為8bits甚至6bits，提高其分辨率將導(dǎo)致復(fù)雜度成指數(shù)率增長。多用于高速測量。

②Σ-Δ型ADC，內(nèi)置低精度ADC和高階Σ-Δ調(diào)制器構(gòu)成，其通過多位ADC和調(diào)制器配合，獲得高精度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，其分辨率可以做到16bits以上，但由于其實(shí)現(xiàn)原理，其轉(zhuǎn)換速度受到制約，一般不超過100kHz，多用于高精度低頻或直流信號測量。

③SAR型ADC，其內(nèi)置DAC和比較器，通過DAC根據(jù)二分法依次產(chǎn)生對應(yīng)電壓，經(jīng)比較后依次得到外部輸入模擬信號從MSB到LSB的結(jié)果，其轉(zhuǎn)換精度很高，分辨率也可以做到16bits以上，且由于其實(shí)現(xiàn)原理，其轉(zhuǎn)換僅延遲一個時鐘周期，轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到10MHz，滿足一般測量需求。

由于三相交流電的特點(diǎn)，要想得到每個周波內(nèi)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換速度應(yīng)大于200kHz以上，且轉(zhuǎn)換精度應(yīng)大于12bits，才能滿足對母線PT上頻率、幅值、相角的準(zhǔn)確測量，所以在設(shè)計(jì)時，我們選用了由TI公司生產(chǎn)的高速高精度ADC芯片ADS8329，其分辨率能達(dá)到16bits，且其最快轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)到1MHz，滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求。

ADS8329的控制通過跟SPI兼容的串行總線獲取，其SCLK時鐘信號最高可達(dá)到50MHz，并通過SO，SI，EOC/INT#，CONVST#等信號，實(shí)現(xiàn)寄存器讀寫，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)讀寫，開始采樣，采樣完成等操作。由于串行接口的設(shè)計(jì)，其工作所需引腳數(shù)量少，芯片封裝僅為QFN16，適合多路采集的設(shè)計(jì)。（圖1）

設(shè)計(jì)中采用三路ADS8329同時對母線三相PT信號進(jìn)行采集，由于其SCLK工作頻率很高，所以傳統(tǒng)MCU作為控制器不可行，其無法保證高速采集，也無法保證嚴(yán)格采樣時間同步的設(shè)計(jì)初衷，所以在設(shè)計(jì)中，采用FPGA芯片EP4CE6E22C8作為控制器，利用其芯片上的高達(dá)270Kb的內(nèi)嵌RAM和30個M9K內(nèi)存塊。非常合適為每通道采集芯片搭建片上FIFO，經(jīng)過統(tǒng)一處理后提供給處理器，做進(jìn)一步數(shù)據(jù)計(jì)算、打包，傳輸?shù)炔僮鳌?/p>

3.2 Verilog程序設(shè)計(jì)要點(diǎn)

作為可編程器件，F(xiàn)PGA的功能很大程度上取決于設(shè)計(jì)者本身的設(shè)計(jì)技巧與經(jīng)驗(yàn)，本文所實(shí)現(xiàn)的多通道采集中，為了保證三路高速SAR型ADC的同步控制與FIFO的高效運(yùn)行，在編程中需要謹(jǐn)慎對待。本小節(jié)就設(shè)計(jì)中遇到的要點(diǎn)進(jìn)行討論：

3.2.1 ADC控制邏輯單元模塊化設(shè)計(jì)

三相串行ADC的控制具備完全相同的驅(qū)動邏輯，為防止因?yàn)榫幾g時優(yōu)化生成LUT時造成信號時序出現(xiàn)細(xì)微差別。首先對串行ADC進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)例化實(shí)現(xiàn)其所需功能，然后頂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時將其作為模塊分別接入同一時鐘、使能、觸發(fā)邏輯信號。確保了三相數(shù)據(jù)邏輯單元同步工作。

3.2.2 利用EP4CE系列內(nèi)部M9K

通常來說，使用FPGA構(gòu)建大容量RAM存儲器將十分占用其內(nèi)部LUT塊，將迅速導(dǎo)致FPGA內(nèi)部LA資源耗盡，無法實(shí)現(xiàn)所需其它邏輯控制功能。但Altera公司的EP4CE系列FPGA內(nèi)部集成了M9K內(nèi)存塊，此單元有別于其它通用LUT邏輯塊，其主要就是為了在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)存儲功能所特殊設(shè)計(jì)的功能單元。配合公用IP核，可實(shí)現(xiàn)各類存儲器應(yīng)用。

本文設(shè)計(jì)中采用FIFO的IP核，三相數(shù)據(jù)按順序并發(fā)存入數(shù)據(jù)，然后統(tǒng)一讀取。實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)總線接口，最大化利用FPGA內(nèi)部資源，減小外部電路和程序設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。數(shù)據(jù)存儲高效快捷。

3.2.3 FPGA引腳分配原則

FPGA芯片引腳共分為三類，通用IO引腳、時鐘引腳和電源引腳，其中通用IO引腳又根據(jù)電源域的不同分為了不同的BANK區(qū)間，對于強(qiáng)調(diào)高同步的設(shè)計(jì)來說，主要需要考慮如下：

①對于全局功能的信號，比如觸發(fā)信號，使能信號，可考慮設(shè)置到?jīng)]有使用到的時鐘引腳上，因?yàn)闀r鐘引腳經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)，對于全局來說延遲都是相同的，也就保證了各模塊之間對此信號響應(yīng)一致。

②對于其余信號來說，每個邏輯模塊的輸入輸出信號應(yīng)綁定到同BANK引腳上，因?yàn)槊總€BANK的IO輸入輸出延遲均相同，這樣可以保證邏輯信號之間的時序正確。不出現(xiàn)因芯片工藝導(dǎo)致的時序問題。

經(jīng)過對IO引腳合理的分配設(shè)計(jì)，才可以保證程序的輸入輸出各邏輯信號按照設(shè)計(jì)思路正確執(zhí)行。

3.3 多路采集模塊

采集模塊設(shè)計(jì)考慮到電網(wǎng)設(shè)備對穩(wěn)定可靠的要求，采用6層PCB進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)。并考慮到今后多通道的拓展能力，將模塊整體設(shè)計(jì)的非常小巧。模塊目前工作良好，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。

4 基于差分觸發(fā)信號的多路采集

當(dāng)前國家電網(wǎng)對于各地配電網(wǎng)多采用“閉環(huán)設(shè)計(jì)，開環(huán)運(yùn)行”的運(yùn)行方式。每個變電站內(nèi)母線多為2條以上，出線也有多路。如果要可靠的對多條線路上PT信號進(jìn)行同步測量，就需要尋找一種簡單可靠的同步觸發(fā)采集信號方案。

4.1 觸發(fā)信號方案設(shè)計(jì)

對于多路模塊之間協(xié)同工作，需要一種保證工作同步的手段，一般來說，根據(jù)對同步時間要求的不同，有如下2類實(shí)現(xiàn)方法：

4.1.1 基于軟件協(xié)議觸發(fā)

多采用數(shù)據(jù)通信的通道，例如網(wǎng)絡(luò)，串口等接口，發(fā)送一條同步指令后，各模塊開始同步進(jìn)行工作，由于網(wǎng)絡(luò)通信，數(shù)據(jù)傳輸，各模塊時鐘誤差等原因，該種同步方案的誤差很大，至少為10ms以上。對于本文所述情景此方案不適用。

4.1.2 基于硬件信號觸發(fā)

利用外部獨(dú)立信號，接入到電路板的GPIO輸入引腳或者IRQ中斷引腳，當(dāng)信號電平發(fā)生變化時，認(rèn)為是同步開始，這種同步誤差小，精度高。且對于多通道拓展簡單，本文將采用此種同步方案。

高速采集模塊為自主設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)時已經(jīng)在電路板留有相應(yīng)外部引腳用以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能，將觸發(fā)信號接入到板上的FPGA內(nèi)，可大大提高觸發(fā)精度，另外由于處理器需處理數(shù)據(jù)FIFO中高速采集得到的大量數(shù)據(jù)，所以處理器也響應(yīng)中斷，處理器的中斷代碼要注意兩點(diǎn)：觸發(fā)信號中斷優(yōu)先級應(yīng)盡可能高，以便防止其它中斷打斷；數(shù)據(jù)搬運(yùn)要應(yīng)用DMA模塊，降低CPU開銷，防止CPU忙于處理其它工作，造成不可控延遲。以上要點(diǎn)需在編程時重點(diǎn)優(yōu)化，會大幅減少中斷響應(yīng)延遲。以便滿足1μs以下同步觸發(fā)要求。

4.2 引進(jìn)差分觸發(fā)信號

變電站內(nèi)的工作條件十分惡劣。對于硬件設(shè)備來說，由于站內(nèi)高壓設(shè)備，低壓設(shè)備密度很高，在電路板外的信號線極易收到干擾，考慮到這種實(shí)際情況，對于觸發(fā)信號的傳輸設(shè)計(jì)采用差分方式進(jìn)行。盡可能降低惡劣環(huán)境所造成的影響。

差分信號作為一種有效提升信號傳輸質(zhì)量的手段，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域，工業(yè)方面例如以太網(wǎng)，CAN，RS485均采用了差分傳輸，常見的USB接口，HDMI接口，LVDS接口也是采用差分傳輸，由于差分信號參考于兩根正負(fù)信號線之間的電壓差得到有效數(shù)據(jù)位，所以比起單根線參考于信號地來說，對因傳輸引入的干擾抑制能力很強(qiáng)。

通過將多路模塊并聯(lián)接入到差分觸發(fā)信號上，所有模塊統(tǒng)一由變電站內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)IRGB-DC衛(wèi)星授時模塊輸出的整點(diǎn)脈沖進(jìn)行同步采樣，經(jīng)過實(shí)際測試，本方案可以實(shí)現(xiàn)觸發(fā)誤差小于0.4μs。優(yōu)于原設(shè)計(jì)目標(biāo)1μs的要求。通過差分觸發(fā)信號對多路采集的控制，將為多路采集數(shù)據(jù)的后期處理分析提供重要保障。

5 試驗(yàn)結(jié)果

本文所制多路母線PT信號同步采集裝置已經(jīng)安裝于華北某110kV變電站內(nèi)，接入了站內(nèi)兩條110kV母線PT電壓，同時接入站內(nèi)遠(yuǎn)動通信線纜，衛(wèi)星授時線纜，實(shí)現(xiàn)了對兩條母線PT三相電壓的高精度同步測量，并得到了實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。

運(yùn)行時，兩條母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于閉合狀態(tài)，所以可以認(rèn)為兩個母線上電壓相位相同，可根據(jù)兩路同步采集模塊得到的采樣數(shù)據(jù)的差異來判斷本文所設(shè)計(jì)的同步采樣的數(shù)據(jù)可靠性。另將一路母線PT同時接入第三路采集模塊，作為其它兩路數(shù)據(jù)參考，用以綜合評估采樣數(shù)據(jù)質(zhì)量。

整秒觸發(fā)采樣得到了100組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)為16bits分辨率，500kHz采樣率數(shù)據(jù)，每組數(shù)據(jù)包含20K個數(shù)據(jù)點(diǎn)。對其中第一通道采樣模塊得到三相數(shù)據(jù)繪圖，得到圖5所示波形圖。

從圖中可以看出，A B C三相呈現(xiàn)近似正弦波，符合電網(wǎng)母線三相的電壓信號規(guī)律，相間電角度相差120°。仔細(xì)觀察，可以發(fā)現(xiàn)波形并不成理想正弦波，均疊加有諧波成分，導(dǎo)致波形出現(xiàn)畸變。此處畸變主要是由于電網(wǎng)中一次設(shè)備，例如變壓器，電抗器的電容，電感效應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸電線路上的低頻振蕩所引起?；兊拇笮≈甘玖穗娋W(wǎng)供電質(zhì)量。

通過對同組數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域分析，可得到圖6，圖中可以看到，經(jīng)過對高精度數(shù)據(jù)的頻域分析。頻域上除了50Hz標(biāo)準(zhǔn)基頻外，還混雜有其它頻率上的諧波，可得到如下結(jié)論：

①三相頻率主要為50Hz。

②較強(qiáng)諧波主要集中在50Hz附近。

③諧波比例很小，母線電能質(zhì)量較好。

對單模塊上整秒時刻獲得的100組信號的頻率進(jìn)行繪圖，可以得到圖7，分析圖中曲線，可以發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)中基頻也會有變化，并不是嚴(yán)格的50Hz。其圍繞中心頻率以低頻振蕩，振蕩頻率約為0.05Hz至0.1Hz之間。并根據(jù)所帶負(fù)載不同，有所變化。

電網(wǎng)的低頻振蕩主要來自于變壓器斷開，配電網(wǎng)負(fù)載變化，線路發(fā)電主機(jī)進(jìn)行調(diào)整等，對低頻振蕩進(jìn)行監(jiān)控、分析，可以有效還原電網(wǎng)運(yùn)行狀況，以及發(fā)生突發(fā)事件的實(shí)時分析。

由于試驗(yàn)共接入了三個通道同步采樣模塊，將三個通道同步采樣模塊的采樣結(jié)果進(jìn)行分析，得到圖8至圖12，三幅圖分別對三個通道同步采樣的幅值、頻率、相角分析。

從圖11中可知，三個通道采集同組信號，由于電路板元件差異，會引入誤差。將各板數(shù)據(jù)同均值求誤差后，可以得到采樣誤差平均分布在±0.5%以下，滿足對數(shù)據(jù)測量精度的要求。

6 結(jié)束語

為解決新時期配電網(wǎng)對于多通道母線測量的實(shí)際需求，將多通道的采樣精度，分辨率和同步誤差都進(jìn)行明顯提升。通過分析這些新技術(shù)手段得到的高精度數(shù)據(jù)，可以得到很多配電網(wǎng)運(yùn)行時所需的數(shù)據(jù)支撐，對指導(dǎo)運(yùn)行人員更好的管理電網(wǎng)，變電站提供了新手段。

新設(shè)計(jì)的多通道采集模塊，性能優(yōu)越，體積小巧，性價比高，可大量應(yīng)用于配電網(wǎng)信號采集處理中，對于今后為基于數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)全線路可測量提供了基礎(chǔ)技術(shù)手段。

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