同步采样装置及馈线自动化终端的制作方法

本实用新型涉及一种同步采样装置及馈线自动化终端，属于涉及电力系统配电网自动化技术领域。

背景技术：

随着智能电网研究的兴起和城乡电网结构的不断改进，对配电网自动化提出了更高的要求；以及由于我国电力系统大区域互联和负荷的不断增长，对电力系统参数的实时同步测量提出了更高的要求，而馈线自动化终端设备作为其中重要组成部分，必须得到重视。

近年来，随着通信技术的发展，特别是全球定位系统GPS技术在民用领域的开放，使对输电线路两端电气量进行同步采样成为可能，将GPS作为各种装置共同的时间基准，就能实现高精度同步采样。随着行波信号提取、高速数据采集、数据传输等相关技术的逐渐成熟，多种行波故障测距装置陆续被成功研发并在高压电网中广泛应用。然而由于线路较短，成本较高等原因，并未得到广泛应用，目前经济技术水平下这样做并不现实，现在还难以在系统中全面配置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种同步采样装置，该装置可以应用于馈线自动化终端，采用压控恒温晶振调整电路校准和调整的压控恒温晶振作为本地时钟守时的核心，预计同步误差在200ns以内，在失去GPS或北斗同步信号24小时后，各馈线自动化终端之间的同步误差将小于5uS，依然能够满足定位或定段的要求。

本实用新型的另一目的在于提供一种馈线自动化终端。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种同步采样装置，包括处理模块、GPS/北斗同步采样模块、时间数字转换器和压控恒温晶振调整电路，所述处理模块分别与GPS/北斗同步采样模块、时间数字转换器、压控恒温晶振调整电路相连，所述GPS/北斗同步采样模块与时间数字转换器相连。

进一步的，所述处理模块包括主处理器、复杂可编程逻辑器件和A/D转换器，所述主处理器分别与GPS/北斗同步采样模块、时间数字转换器、压控恒温晶振调整电路相连，所述复杂可编程逻辑器件分别与时间数字转换器、压控恒温晶振调整电路相连，并通过A/D转换器与主处理器相连。

进一步的，所述GPS/北斗同步采样模块包括BDS/GNSS全星座定位授时模块和射频功放电路，天线信号通过射频功放电路传输给BDS/GNSS全星座定位授时模块，所述BDS/GNSS全星座定位授时模块与时间数字转换器相连，并与处理模块相连。

进一步的，所述BDS/GNSS全星座定位授时模块的IPPS引脚与时间数字转换器相连，BDS/GNSS全星座定位授时模块的RXD引脚、TXD引脚分别与处理模块相连。

进一步的，所述BDS/GNSS全星座定位授时模块采用ATGM322授时模块。

进一步的，所述射频功放电路采用AT2659L1频段卫星导航射频前端低噪声放大器芯片。

进一步的，所述时间数字转换器采用TDC-GP21时间数字转换芯片。

进一步的，所述压控恒温晶振调整电路包括压控恒温晶振和D/A转换器，所述压控恒温晶振与D/A转换器相连，所述压控恒温晶振和D/A转换器分别与处理模块相连。

进一步的，所述D/A转换器采用AD5680时间数字转换芯片。

本实用新型的另一目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种馈线自动化终端，包括上述的同步采样装置。

本实用新型相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本实用新型为了实现同步采样，在原有的故障定段终端的硬件基础上增加GPS精确同步采样功能，其成本较低(预计成本低于300元人民币)，可实现所有馈线自动化终端(如馈线故障定位终端)的同步采样，进而实现基于行波的故障定段甚至定位，具有较高的精度。

2、本实用新型基于GPS或北斗信号由于气象环境等因素可能会失去同步的情况，采用了经过调整和校准的压控恒温晶振作为本地时钟守时的核心，在失去GPS或北斗同步信号的24小时后，各馈线自动化终端(如馈线故障定位终端)之间的同步误差将小于5uS，依然能够满足定位或定段的要求。

3、本实用新型所设计的同步采样装置预计同步误差在200ns以内，可以应用于馈线自动化终端(如馈线故障定位终端)内，实现所有馈线自动化终端的同步采样。

附图说明

图1为本实用新型实施例的同步采样装置结构框图。

图2为本实用新型实施例的GPS/北斗同步采样模块原理图。

图3为本实用新型实施例的时间数字转换电路原理图。

图4为本实用新型实施例的压控恒温晶振调整电路原理图。

其中，1-GPS/北斗同步采样模块，2-时间数字转换器，3-压控恒温晶振调整电路，4-主处理器，5-复杂可编程逻辑器件，6-A/D转换器。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，本实施例提供了一种同步采样装置，该装置可以应用于馈线自动化终端(如馈线故障定位终端)，其包括处理模块、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)/北斗同步采样模块1、时间数字转换器2和压控恒温晶振调整电路3，GPS/北斗同步采样模块1与时间数字转换器2相连，处理模块分别与GPS/北斗同步采样模块1、时间数字转换器2、压控恒温晶振(Votage Controlled Oven Controlled Crystal Oscillators，简称VCOCXO)调整电路3相连。

进一步地，所述处理模块包括主处理器(Central Processing Unit/Processor，简称CPU)4、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)5和A/D转换器(模/数转换器)6，主处理器4分别与GPS/北斗同步采样模块1、时间数字转换器2、压控恒温晶振调整电路3相连。

如图1和图2所示，所述GPS/北斗同步采样模块1包括BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)/GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)全星座定位授时模块和射频(Radio Frequency，简称RF)功放电路，天线信号通过射频功放电路传输给BDS/GNSS全星座定位授时模块，所述BDS/GNSS全星座定位授时模块U1与时间数字转换器2相连，并与主处理器4相连；在图2中，U1表示BDS/GNSS全星座定位授时模块，U2表示射频功放电路，E1表示天线，GPS_1PPS表示同步本地时钟信号，GPS_RST表示复位信号，GPS_RXD和GPS_TXD表示串口信号，L1表示电感，C1表示电容。

具体地，BDS/GNSS全星座定位授时模块采用中科微公司的ATGM322高性能授时模块设计，其支持多种卫星导航系统，包括中国的BDS，美国的GPS以及俄罗斯的GLONASS的多模卫星导航定位芯片，包含32个跟踪通道，可以同时接收六个卫星导航系统的GNSS信号，并且实现联合定位、导航与授时；其中，BDS/GNSS全星座定位授时模块U1的IPPS引脚(第3引脚)与时间数字转换器2相连，产生的GPS_IPPS信号可以同步本地时钟，用于时间数字转换器2，BDS/GNSS全星座定位授时模块的RXD引脚(第21引脚)、TXD引脚(第20引脚)分别与主处理器4相连，分别产生GPS_RXD信号和GPS_TXD信号，GPS_RXD信号和GPS_TXD信号为串口信号，用于主处理器4的读取时间戳信息，通信协议为NMEA018，用于主处理器4的时钟调整。

具体地，射频功放电路采用中科微公司的AT2659L1频段卫星导航射频前端低噪声放大器芯片设计，该芯片具有高增益、低噪声系数的特点，支持L1频段多模式全球卫星定位，可以应用于GPS、北斗，Glonass等GNSS导航接收机中。

如图1～图3所示，所述时间数字转换器2采用AMS公司的TDC-GP21时间数字转换芯片设计，该芯片的第31引脚与BDS/GNSS全星座定位授时模块的第3引脚相连，该芯片的第30引脚与复杂可编程逻辑器件5相连，以BDS/GNSS全星座定位授时模块产生的1PPS信号为START脉冲信号，以压控恒温晶振调整电路3中压控恒温晶振的本地时钟经过复杂可编程逻辑器件5分频产生的1PPS信号为STOP脉冲信号，通过该芯片可测量两个1PPS信号的相位差，并通过SPI接口将相位差数据发送至主处理器4，由主处理器4控制压控恒温晶振调整电路3，调整时钟相位使本地时钟和GPS时钟达到同步；在图3中，U20表示时间数字转换器，R20～R28表示电阻，L20表示电感，C20～C25表示电容，CRY20～CRY21表示晶振。

TDC-GP21时间数字转换芯片的主要技术参数如下：

1)双通道测量精度45ps，单通道测量精度达90ps，两通道精度完全相等；

2)每个通道默认4次脉冲输入，若选择队列模式，支持的脉冲输入数加倍；

3)具有多重触发能力；

4)测量范围700ns～4ms；

5)选择精度可调模式，芯片测量精度可通过程序设定；

6)内置16位算术逻辑单元，可对测量结果进行标定并数乘一个24位的整数；

7)标定和控制时，32kHz、4MHz；

8)环境工作环境温度为-40～85℃。

由TDC-GP21时间数字转换芯片的参数可见，其时间测量分辨率为90ps，意味着本地时钟与GPS时钟的同步误差将小于1纳秒。

如图1～图4所示，所述压控恒温晶振调整电路3包括压控恒温晶振和D/A转换器(数/模转换器)，压控恒温晶振与D/A转换器相连，压控恒温晶振通过D/A转换器与主处理器4相连，且压控恒温晶振与复杂可编程逻辑器件5相连，主处理器4通过D/A转换器控制压控恒温晶振，压控恒温晶振产生10MHz本地时钟，作用于复杂可编程逻辑器件5的分频；在图4中，U30表示D/A转换器，XO30表示压控恒温晶振，C30表示电容，从图中可以看到电容C30的一端接在D/A转换器的输出端(第4引脚)与压控恒温晶振的输入端(第1引脚)之间，并且另一端接地，压控恒温晶振的输出端(第4引脚)与复杂可编程逻辑器件5相连。

具体地，采用AnalogDevice公司的AD5680时间数字转换芯片设计，该处理器通过SPI接口发送数据给该芯片，并由该芯片转换为0～2.5V的模拟量，用于控制压控恒温晶振。

具体地，压控恒温晶振可以校准时钟频率，从而实现本地时钟与GPS时钟同步。经同步后的10MHZ本地时钟被送至复杂可编程逻辑器件5，经由复杂可编程逻辑器件5分频得到采样时钟，利用该采样时钟触发A/D采样，就可实现所有馈线自动化终端(如馈线故障定位终端)的同步采样，进而实现基于行波的故障定段甚至定位。

综上所述，本实用新型的同步采样装置可以应用于馈线自动化终端，采用压控恒温晶振调整电路校准和调整的压控恒温晶振作为本地时钟守时的核心，预计同步误差在200ns以内，在失去GPS或北斗同步信号24小时后，各馈线自动化终端之间的同步误差将小于5uS，依然能够满足定位或定段的要求。

以上所述，仅为本实用新型专利较佳的实施例，但本实用新型专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型专利所公开的范围内，根据本实用新型专利的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型专利的保护范围。