在电子式互感器中数通信技术的应用
针对当前电子式互感器的研制情况，着重研究并解决了电子式互感器的数字同步和数字通信的关键技术难点。在数字同步技术方面，使用数字移相和相位均衡技术将数字信号波形大范围地前移并保持近似于线性的群延时；使用二次插值技术在小范围内进行精细的相位调整。在数字通信方面，针对IEC61850-9-2LE标准互操作性较差的缺陷,提出分布式采样值控制块的思想,定制了分布式采样值控制块之间的通信协议。
近几年来随着嵌入式技术和以太网通信技术的发展，电子式互感器在数字化变电站的应用成为研究的重点。与传统电磁式互感器相比，电子式互感器具有体积小、重量轻、绝缘性好、无饱和频带宽数字化等优点。电子式互感器一般由高压侧的系统由于高压传感器输出的模拟量值很小为减少传输过程中的误差和衰耗一般在高压侧将其转换成离散数字信号后发送实时电气量的采集由传统集中式改变为分布式后。不可避免地带来了采样同步问题采样同步技术成为决定电子式互感器性能高低的关键因素之一与同步采样相关的是数字通信标准深化了的概念将其作为逻辑设备融入到标准体系中其主要功能是数据的合并和发送为间隔层的保护测控设备提供时间一致的电流和电压数据。
电子式互感结构
上图是电子式互感器的整体框架，其中高压侧采集器的主要功能是模拟电信号的高精度采集并下传，本文将电子式互感器的采样同步机制下移到MU，省去了向采集器传送同步采样脉冲的上行光纤，简化了系统。
多路采集信号在MU汇合组包后通过最简单的通信协议栈向以太网发送采样测量值(SMV)数据包.这一过程决定了MU有多任务并行和强实时性的显著特征。但另一方面，IEC61850标准的互操作性和灵活性却导致具有复杂的通信协议栈和弱实时性,为了解决上述矛盾降低实现难度制定EC61850-9-2le标准该标准在采样值控制块预配置基础上将特定的通信服务映射到了以太网链路层仅保留协议集的sendmvmessage服务，以降低可互操作性为代价，简化电子互感式的设计。针对保护SMV报文高可靠性的特殊要求,在PHY保护通道扩展为8个独立的光口。保护用SMV报文以点对点方式直接连接到间隔层的保护测控装置。
电力系统中来自不同设备间隔的电流和电压信息必须利用公共的时钟脉冲做到同步。常用的时钟信号是:PPS或B码。其共同特征是:以秒为单位实现同步，即1 s同步一次。IEEE 1588精密时钟协议(PTP)是基于以太网的时间同步方式，它通过在主从时钟节点之间传递带时间戳的PTP报文计算主从时钟之间的时间偏差，以实现同步。
本文以插值重采样方式实现精确的相位同步。MU接收PPS或B码，FPGA 的同步模块将时间间隔为is的同步脉冲头均匀地分割成4 000个时间片，在每个时间片的开始位置产生一个同步采样脉冲。然后，以同步采样脉冲为基准进行动态二次拉格朗日插值，实现重采样同步。
为了扩展信号带宽，降低混叠误差，简化模拟抗混叠滤波器的设计，本文在高压采集板中采用过采样技术。为了保持采样速率和数据发送速率一致，在MU中设计抽取滤波器，恢复采样频率。将抽取滤波器和重采样合为一个整体，在插值重采样的同时完成抽取滤波。
上图中，模块始终对同步采样脉冲p到达时刻之前的3个采样值进行抽取，然后对这3个采样值进行动态二次拉格朗日插值运算，在p脉冲时刻输出一个重采样的值，由此同时实现了4抽1的抽取滤波和插值计算。
由于重采样方案省略了传送同步采样脉冲的上行光纤，因此，高压采集器无法进行同步采样，只能按照自身的频率采集和下传数据。这样，采集数据到达MU的时刻与MU产生同步采样脉冲时刻之间的时间差值T是变化的。为了得到精确的同步采样值，必须实时跟踪时间差T，配合数字移相器的参数调整，进行动态的内插值计算。进行多路采集时，虽然各路采集信号到达MU的时刻各不相同，但是通过重采样，它们在同步脉冲产生的p时刻点达到同步。
基于本文可以开展进一步的研究与开发。例如:在图1所示的FPGA系统中增加MAC模块，就能形成符合IEC 61850-9-1和IEC 61850-9-2 I_E标准的知识产权核(IP核)，制造SMV专业芯片。基于分布式采样值控制块思想，可将ARM/Linux 系统从MU中剥离出来，扩展为通用的SMV MMS服务器。
参考文献
[1] IEC 61850-9-1 Communication networks and system in
substation:Part 9-1 specific communication service mapping
(SCSM)一sampled values over serial unidirectional multidrop
point to point[S].2003.
[2]IEC 61850-9-2 Communication networks and system in
substation:Part 9-2 specific communication service mapping
(SCSM)一sampled values over ISO/IEC 8802-35.2004.
[3]郭乐，潘济猛，卢家力，等.插值算法在智能变电站中应用电力自动化设
备，2010,33(10);103-109.
[4]IEC 61850-9-2 LE implementation guideline for digital
interface to instrument transformers using IEC 61850-9-2
[5]徐毅琼. 数字通信信号自动调制识别技术研究[D].解放军信息工程大
学,2011.
[6]Swami A, Sadler B M. “Hierarchical digital modulation
classification using cumulants, “IEEE Trans. Commun., vol. 8, No.3, pp: 416-429, 2000.
[7]Luise M, Marselli M, Reggiannini R. “Low-complexity blind
carrier frequency recovery for OFDM signals over frequency-selective radio
channels”, IEEE Trans. Commun., vol.50, No.7, pp: 1182–1188, 2002.
[8]陈晨，李建东，李夏，韩钢. “OFDM 码元定时和频率偏差估计中的最佳相关长度分析”, 西安电子科技大学学报，vol.30, No.5, pp：640-644，2003.
[9]张天骐，张传武，林孝康，周正中, “直扩信号伪码周期及序列的估计算法,”系统工程与电子技术，vol.27, No.8, pp：1365-1368, 2010.
[10] 张天骐, 张传武, 林孝康, 周正中, “直扩信号伪码周期及序列的估计算法”, 系统与电子技术，vol.27, No.8, pp:1365-1368., 2005
[11]张贤达，现代信号处理，清华大学出版社，1995
