【正文】 ) 內(nèi)部應(yīng)有備用的CPU在安裝相應(yīng)的保護(hù)器件后可擴(kuò)展保護(hù)或測控等功能。其中與保護(hù)控制相關(guān)的性能級(jí)分為P1，P2，P3，P3等級(jí)要求最高，它應(yīng)用于傳輸線路的間隔層保護(hù)控制功能，具有極高的時(shí)鐘同步性能。1181。 解碼電路的設(shè)計(jì) IEC 600447/8中規(guī)定，二次轉(zhuǎn)換器與合并單元之間的數(shù)據(jù)傳輸采用曼徹斯特碼編碼形式，兩者間的通信實(shí)際上相當(dāng)于同步串行通信異步收發(fā)器，UART主要完成的任務(wù)是是從數(shù)據(jù)通道內(nèi)讀出異步串行數(shù)據(jù)流中的UART幀內(nèi)8為有效數(shù)據(jù)并進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換[5]，UART是一種NRZ碼進(jìn)行傳輸?shù)碾娐贰?shù)字鎖相環(huán)法大都用于環(huán)形拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，而計(jì)數(shù)器算法則多用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信連接。因此，從輸入碼流中提取出位定時(shí)信號(hào)之后，并不能由此恢復(fù)出原始的NRZ碼。設(shè)每次發(fā)送的數(shù)據(jù)位數(shù)為N，那么如果是第一種情況的話，接收方會(huì)收到N個(gè)連續(xù)的“01”，據(jù)此就可以正確地接收后面的采樣數(shù)據(jù)了；如果是第二種情況，接收方在這時(shí)會(huì)收到N個(gè)連續(xù)的“10”，還原成NRZ碼就是N個(gè)連續(xù)的“0”，這時(shí)接收方將后面收到的數(shù)據(jù)碼流作一個(gè)移位之后再將其恢復(fù)成NRZ碼就是正確的采樣數(shù)據(jù)了。 同步功能模塊 根據(jù)IEC600447/8標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,同步信號(hào)可由GPS接收機(jī)輸出的秒脈沖產(chǎn)生[4]。 數(shù)據(jù)處理部分 接收模塊完成高速數(shù)據(jù)還原之后，將數(shù)據(jù)傳入DSP中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理模塊利用DSP處理器對(duì)接收的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)字濾波，然后對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行均方根值、相角的有關(guān)計(jì)算，同時(shí)由于輸出的數(shù)字量和真實(shí)的電流值之間存在相位和幅值兩個(gè)方面的誤差。當(dāng)有大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行跨時(shí)鐘域傳輸且對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度要求比較高的場合，克服亞穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速穩(wěn)定傳輸，異步FIFO是一種簡單,快捷的解決方法。 在數(shù)字信號(hào)處理中，濾波占有極其重要的作用，數(shù)字濾波有很高的可編程性和濾波性。反應(yīng)到本設(shè)計(jì)中，采用FIR數(shù)字濾波器具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 可以在幅度特性隨意設(shè)計(jì)的同時(shí)，保證精確,嚴(yán)格的線性相位；(2) 由于FIR濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)是有限長序列，因此FIR濾波器沒有不穩(wěn)定的問題；(3) 由于FIR濾波器一般為非遞歸結(jié)構(gòu),因此在有限精度運(yùn)算下,不會(huì)出現(xiàn)遞歸型結(jié)構(gòu)中的極限振蕩等不穩(wěn)定現(xiàn)象,誤差較小。求兩被測信號(hào)相位差的公式可由下式推導(dǎo)得出： （46）級(jí)數(shù)在N 1=MN情況下的有限和為0,因此,相位差的計(jì)。 均方根及相位運(yùn)算 均方根值也稱作為效值,設(shè)被測三相電流信號(hào)為： （43） 以A,B相為例,ω=2πf,f被測信號(hào)頻率,設(shè)N為正數(shù)N≥3,ωs=2πfs=2π/=Nf對(duì)上述電流采樣，則采樣后的信號(hào)表示： （44） 那么被測電流信號(hào)的均方根的值為： （45）定義兩相之間的相位差：φ=θ1θ2取樣本點(diǎn)數(shù)為N1 = MN,由于N為被測信號(hào)一個(gè)周期內(nèi)所包含的樣本點(diǎn)數(shù),故M為樣本中所包含被測信號(hào)的周期數(shù)。 圖46 FIR濾波器原理圖FIR濾波器的方程表達(dá)式為 （41）其中N為FIR濾波器的階數(shù)，F(xiàn)IR濾波器的單位脈沖響應(yīng)h(n)是一個(gè)有限長序列，在數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用中往往需要設(shè)計(jì)線性相位濾波器，F(xiàn)IR濾波器在保證幅度特性滿足技術(shù)要求時(shí)，很容易做到嚴(yán)格的線性相位特性，為了是濾波器滿足線性相位特性，要求其單位脈沖響應(yīng)h(n)為實(shí)序列，且滿足奇對(duì)稱或偶對(duì)稱條件，這樣，當(dāng)N為偶數(shù)時(shí)，F(xiàn)IR的方程表達(dá)式為 （42）FIR不斷的對(duì)輸入樣本x(n)延時(shí)（圖中的延遲單元D），再做乘法累加運(yùn)算，將濾波結(jié)果y(n)輸出。4）易于大規(guī)模集成 因?yàn)閿?shù)字器件具有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模集成生產(chǎn)，而且數(shù)字電路主要工作在截止和飽和狀態(tài)下，對(duì)電路參數(shù)要求不嚴(yán)格，成品率很高價(jià)格比較低。’ 圖45 處理部分原理圖 數(shù)據(jù)緩存 由于FPGA和DSP具有各自的全局時(shí)鐘，將FPGA中的數(shù)據(jù)傳遞給DSP時(shí)，也就是將數(shù)據(jù)從一個(gè)時(shí)鐘域傳遞到另一個(gè)時(shí)鐘域，并且目標(biāo)時(shí)鐘域與源時(shí)鐘域是不相關(guān)的，因此這些域中的動(dòng)作也是不相關(guān)的，從而消除了同步操作的可能性，并使系統(tǒng)重復(fù)地進(jìn)入亞穩(wěn)定狀態(tài)。同步信號(hào)的要求，上升沿觸發(fā)，每秒鐘發(fā)出一個(gè)同步脈沖，無論脈沖是否正常合并單元都要對(duì)同步脈沖做真實(shí)性核查。 數(shù)據(jù)緩沖FIFOFIFO是一種特殊功能的寄存器，數(shù)據(jù)按到達(dá)FIFO輸入端口的順序儲(chǔ)存在寄存器中，并以相同的順序輸出，所以FIFO內(nèi)的讀寫控制只由讀寫請(qǐng)求信號(hào)控制，不需要讀寫地址。這就需要利用兩個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸之間的線路空閑狀態(tài)(連續(xù)發(fā)“1”)來進(jìn)行判斷。位定時(shí)信號(hào)通過計(jì)數(shù)器算法提取出來后，就可以確定每個(gè)輸入碼的的起始和結(jié)束位置了，但是由于曼徹斯特編碼將數(shù)據(jù)“1”編碼為“01”，數(shù)據(jù)“0”編碼為“10”，即原始NRZ碼的一個(gè)位經(jīng)過編碼后變成了兩個(gè)電平信號(hào)。接收端在用取樣器對(duì)信號(hào)進(jìn)行取樣判決時(shí)，一般均應(yīng)對(duì)準(zhǔn)每個(gè)碼元最大值的位置，我們把在接收端產(chǎn)生的與接收碼元速率相等且相位一致的定時(shí)脈沖序列稱為碼元同步或位同步。 圖42 合并單元結(jié)構(gòu)框圖 FPGA數(shù)據(jù)接收模塊 數(shù)據(jù)接收模塊由解碼校驗(yàn)?zāi)K，同步功能模塊及數(shù)據(jù)排序模塊組成。25181。變電站報(bào)文類型可分為7類，包括快速報(bào)文，中速報(bào)文，低速報(bào)文，原始數(shù)據(jù)報(bào)文，文件傳輸報(bào)文，時(shí)間同步報(bào)文和具有訪問控制命令報(bào)文等。(2) 能夠接收站端同步時(shí)鐘輸入信號(hào)從而向高壓側(cè)各路A/D發(fā)送同步轉(zhuǎn)換信號(hào)。 (3) 通信信息流量大 合并單元需要采集三相電流，電壓信息，電流信息又分保護(hù)和測量兩種，這些信息均是周期性的，接口通信流量較大。因此，電子式互感器與測量，保護(hù)設(shè)備的通信接口設(shè)計(jì)必須滿足實(shí)時(shí)性要求[7]。 APDU:應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元，由應(yīng)用協(xié)議控制信息和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元組成，應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元分通用數(shù)據(jù)段和狀態(tài)標(biāo)致數(shù)據(jù)段，通用數(shù)據(jù)段采用IEC600448定義的一般幀的內(nèi)容。 TPID:協(xié)議檢驗(yàn)標(biāo)志，16位。鏈路層采用基于ISO/IEC8023協(xié)議，以太網(wǎng)物理層傳輸幀為： PR 56b SD 8b DA 48b SA 48b TPID 16b TCI 16b TYPE 16b PDU 64b APDU 584b FCS 32b PR:前導(dǎo)同步碼，用于收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步，是56位的二進(jìn)制數(shù)。若互感器故障，則相應(yīng)的無效和維修請(qǐng)求標(biāo)志要置位。如果這些校驗(yàn)中任一項(xiàng)有誤，該幀將廢棄，否則交給用戶。兩幀之間按曼徹斯特編碼連續(xù)傳輸此值，為了使接收器的時(shí)鐘易同步，由此提高通訊鏈接的可靠性，兩幀之間應(yīng)傳輸最少70個(gè)空位比特。連接服務(wù)類是S1：發(fā)送/無應(yīng)答，這樣數(shù)據(jù)傳輸是連續(xù)的和同期性的，無需二次單元的確認(rèn)和應(yīng)答。光纖連接器采用BFOC/25，近距離傳輸可采用塑料光纖，遠(yuǎn)距離可使用玻璃光纖。數(shù)字電輸出是以銅線為基礎(chǔ)的傳輸系統(tǒng)，系統(tǒng)必須與EIARS485標(biāo)準(zhǔn)兼容。通訊時(shí)，使用插值計(jì)算法或同步脈沖法得到輸出信號(hào)，按照IEC6087051規(guī)定的FT3數(shù)據(jù)幀格式封裝，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[10]。 在發(fā)送同步信號(hào)2的時(shí)候當(dāng)高壓側(cè)數(shù)據(jù)采集器中的控制電路檢測到同步信號(hào)2異常，會(huì)及時(shí)相低壓測合并單元報(bào)警，并告知此次采樣無效，合并單元將從新發(fā)送同步信號(hào)2，等待下一輪的采樣數(shù)據(jù)。2）脈沖寬度大于10μs脈沖間隔大于500ms，當(dāng)測量到脈沖寬度小于10μs，或脈沖間隔小于500ms時(shí)認(rèn)為同步信號(hào)1輸入異常。 圖313 同步采樣圖同步信號(hào)1是用來控制不同合并單元間同步的外部時(shí)鐘輸入信號(hào)，合并單元在收到同步信號(hào)1后給各路A/D發(fā)送轉(zhuǎn)換同步信號(hào)2，同步信號(hào)1 是由全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的，具有時(shí)間精度高，價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)。光發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。在時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)下待f(x)經(jīng)運(yùn)算處理逐位移入CRC寄存器中，CRC寄存器中的值即為生成的CRC碼。碼元0 則正好相反，從低電平變到高電平。計(jì)算中主要用到兩個(gè)多項(xiàng)式f(x),g(x),f(x)是一個(gè)A1階多項(xiàng)式，系數(shù)是待發(fā)送的A個(gè)比特序列；g(x)是一個(gè)B階生成的多項(xiàng)式，由發(fā)收雙方預(yù)先約定，g(x)的選擇并不是隨意的，用模2除法進(jìn)行XB*f(x)/g(x)運(yùn)算，的R(x),該多相式的系數(shù)為數(shù)據(jù)比特序列的CRC校驗(yàn)碼，F(xiàn)PGA通常以移位算法來實(shí)現(xiàn)CRC的編碼，移位算法可以表示成一些異或門和移位器組成的除法電路，原理簡單硬件易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)起來方便并且迅速[25]。 圖36 ADS5102內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖引腳功能介紹：AVDD CLK 時(shí)鐘輸入AGND 模擬地 DGND 數(shù)字地REFT 基準(zhǔn)電壓輸入（頂） DVDD REFB 基準(zhǔn)電壓輸入（低） DRDD驅(qū)動(dòng)數(shù)字電源CML 共模電平輸出， D[0..9] 數(shù)字信號(hào)輸出BG 帶隙耦合端 DRGND驅(qū)動(dòng)數(shù)字地PDREF 電源參考 AIN+ 差分模擬輸入正極RBIAS 偏執(zhí)電阻 AIN 差分模擬輸入負(fù)極 數(shù)據(jù)輸出使能 NC 空腳 電源模式選擇 圖37 ADS5102工作時(shí)序圖ADS5102的傳輸通道結(jié)構(gòu)分為10級(jí)來實(shí)現(xiàn)，每一級(jí)產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)位，因而能支持更高的轉(zhuǎn)換速率和更低的功耗，既使用時(shí)鐘的上升沿又使用時(shí)鐘的下降沿，使信號(hào)傳播時(shí)通過這個(gè)傳輸通道只用半個(gè)時(shí)鐘，即10級(jí)一共5個(gè)時(shí)鐘，數(shù)字誤差修正需要另外半個(gè)時(shí)鐘，[11]。4. 。W，使用外部參考電壓時(shí)內(nèi)部VREF電路可以斷電，常用模式下，ADS5102的微分模擬輸入提供了出色的噪音抑制功能和更好的表現(xiàn)性。4. 輸入極性 入信號(hào)的極性，直流或是交流。 A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要部分，不同的轉(zhuǎn)換電路原理有很大的差別，性能也差別很大，轉(zhuǎn)換電路的種類非常多，按原理分可以分為：并行比較型，分級(jí)流水型，逐次逼近型，積分型，壓頻轉(zhuǎn)換型[14]。 在設(shè)計(jì)積分電路時(shí)，希望積分器在整個(gè)低頻段的增益都很少，并且能夠起到相位補(bǔ)償?shù)淖饔?，因此，新型積分電路是很好的選擇。 圖33理想積分器積分器的時(shí)域表達(dá)式為：； (37)頻域變換：； (38)得幅頻特性，相頻特性分別為： (39) (310)理想積分器是有條件的， 實(shí)際上各種原因不能實(shí)現(xiàn)積分功能。巴特沃斯濾波器的幅頻響應(yīng)在通帶內(nèi)有最大的平坦度，但通帶到阻帶的衰減較慢，車比雪夫?yàn)V波器能迅速衰減，但誤差值在通帶內(nèi)波紋性變化，貝塞爾濾波器只滿足相頻特性，而不考慮幅頻特性，可得到相位失真較小的波形。根據(jù)硬件電路功能的不同可分為信號(hào)處理電路，F(xiàn)PGA采樣邏輯控制，編碼電路兩個(gè)部分。 當(dāng)Uo恒定時(shí)，三極管集電極會(huì)產(chǎn)生恒定電流，只要調(diào)試得當(dāng)電路的工作非常的穩(wěn)定，滿足LED發(fā)光穩(wěn)定的要求，LED驅(qū)動(dòng)電流表示為。最后，攜帶該信息的光由耦合器耦合輸出進(jìn)入光電探測器。而另一路沒有經(jīng)過相位調(diào)制的光(即原來沿X方向，現(xiàn)在變成了沿Y方向的線偏振光)通過λ/4波片和旋光器的組合，受到反向45176。這兩束正交模式的光再由偏振分離器分為兩路后再次通過相位調(diào)制器。當(dāng)這兩束正交模式的光耦合成一路后由保偏光纖傳輸線送入λ/4波片，通過λ/4波片后，分別轉(zhuǎn)變?yōu)樽笮陀倚膱A偏振光，進(jìn)入傳感光纖。焊接(快軸對(duì)慢軸，慢軸對(duì)快軸的焊接)的傳輸光纖后，偏振面旋轉(zhuǎn)了90176。因?yàn)槭菆A偏振光，所以當(dāng)它的偏振面旋轉(zhuǎn)了45176。 這里起偏器采用了泰勒棱鏡，消光比為105，透光性好，波長為定性好，易于調(diào)整。光電管和光電倍增管就是利用外光電效應(yīng)原理，外光電效應(yīng)的電子逸出功表達(dá)式為： (211)其中m—為電子質(zhì)量，v—為逸出電子的速度，h—普朗克常數(shù)，V—為入射光的頻率，pa為逸出功，產(chǎn)生電子的能量與光強(qiáng)度無關(guān)與光的頻率有關(guān)，當(dāng)產(chǎn)生電子的動(dòng)能為零時(shí)對(duì)應(yīng)的光子頻率為： (212) 波長為： (213)C為真空中的光速，產(chǎn)生外光電效應(yīng)的最大波長。相位調(diào)制是光調(diào)制的一種，調(diào)至的是光波的相位，頻率，振幅，偏振態(tài)和波長，以達(dá)到傳遞信息信號(hào)的目的，常用的是光纖相位調(diào)制，光纖本身屬玻璃需用機(jī)械方法改變光纖的折射率，長度及一些物理參數(shù)，但是在光纖內(nèi)直接調(diào)制光信號(hào)消除了光的耦合，減少器件的插入損耗，易于連接，便于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。利用這一特性只要取合適長度的光纖就可以做λ/4波片，當(dāng)一束線偏振光與與波片的主軸成45176。因此，這里用惠普公司的HFBR1414型LED，發(fā)射功率高，帶有AT推薦的ST插座，可通過ST連接器與多模光纖相連。輸出光功率的大小隨著激勵(lì)電源的增加而增加，同時(shí)器件的溫度也隨著升高，這就使許多光電變換器的輸出功率比恒溫時(shí)要低，而且光的頻率也會(huì)發(fā)生變化，所以輸出強(qiáng)度和頻率