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WO2008031364A1 - Verfahren zum abtasten eines strom- oder spannungsverlaufs und zum bilden von abtastwerten, insbesondere zum einsatz bei schutz- oder leiteinrichtungen für energieübertragungssysteme - Google Patents

Verfahren zum abtasten eines strom- oder spannungsverlaufs und zum bilden von abtastwerten, insbesondere zum einsatz bei schutz- oder leiteinrichtungen für energieübertragungssysteme Download PDF

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Publication number
WO2008031364A1
WO2008031364A1 PCT/DE2006/001414 DE2006001414W WO2008031364A1 WO 2008031364 A1 WO2008031364 A1 WO 2008031364A1 DE 2006001414 W DE2006001414 W DE 2006001414W WO 2008031364 A1 WO2008031364 A1 WO 2008031364A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
auxiliary
clock
system clock
sampling
samples
Prior art date
Application number
PCT/DE2006/001414
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Jurisch
Torsten Kerger
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to DE112006003960T priority Critical patent/DE112006003960A5/de
Priority to PCT/DE2006/001414 priority patent/WO2008031364A1/de
Priority to CN2006800555719A priority patent/CN101506668B/zh
Publication of WO2008031364A1 publication Critical patent/WO2008031364A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2506—Arrangements for conditioning or analysing measured signals, e.g. for indicating peak values ; Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G01R19/2509—Details concerning sampling, digitizing or waveform capturing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513—Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/28—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof adapted for measuring in circuits having distributed constants
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/22—Flexible AC transmission systems [FACTS] or power factor or reactive power compensating or correcting units

Definitions

  • the invention relates to a method, in particular for use in protective or guiding devices for energy transmission systems, with the features according to the preamble of claim 1.
  • the invention has for its object to provide a method with which can be formed at low equipment or hardware costs samples that have low jitter and are very low noise.
  • auxiliary samples are formed with an auxiliary clock signal relative to the system clock, the time offset of the sampling instant of each auxiliary sample is determined relative to the system clock, and auxiliary sample individual time offset values are determined, and the auxiliary samples resampling using the sub-sample individual time offset values at which the samples related to the system clock are formed.
  • a significant advantage of the method according to the invention is the fact that overall less hardware is required for generating the samples than in previous sampling systems, namely because the used for sampling auxiliary clock runs freely and thus on a phase tracking, for example on the basis of a PLL (Phase Locked Loop) circuit, can be completely dispensed with.
  • the scanning thus takes place with a freewheeling clock and the resampling, for example, "only" by calculation using the determined time offset values.
  • Another significant advantage of the method according to the invention is that the samples are very low in jitter and noise. It has been found by the inventor that a sampling clock derived from a given system clock and phase-coupled with it may have a relatively large jitter and lead to a relatively large noise of the sampled values. At this point, the invention starts by providing that such a phase coupling or phase tracking is dispensed with; instead sampling is performed independently of the system clock and a high-quality, especially low-jitter, auxiliary clock free-running over the system clock is used for an upstream auxiliary scan.
  • auxiliary samples are thus compared to the system clock usually arbitrarily offset in time or phase-shifted; in order to still produce a 'temporal reference to the system clock, the Hilfsabtastute are then subjected to re-sampling or a resampling, and using the whisabtastwert technically time offset values, which have been previously recorded at the Hilfsabtasten for each auxiliary sample.
  • samples are formed with the correct time base, but are significantly less jitter and less noise, because the system clock is used only in the context of downstream, for example, only numerically carried out, "resampling” (resampling), but not for the primary “physical see” sampling.
  • the system clock used is the GPS signal, the Galileo signal, a real-time SNTP signal, a system clock of an SDH network or a system clock signal derived with one or more of these signals.
  • auxiliary clock signal the output signal of a local free-running oscillator is preferably used.
  • the auxiliary clock signal can be generated for example with a Sammelschienenschutz- central unit and fed with this in connected to scanning devices.
  • the scanning devices may for example be integrated in transducers which are connected to one or more energy transmission lines.
  • the auxiliary clock signal can be derived from the signals of a real-time transmission network, in particular a real-time ETHERNET network.
  • the time offset values are formed, for example, with a counter which counts the clock pulses of a predetermined count clock and which is reset by pulses of the system clock and whose count is read out as a time offset value when an auxiliary sample is taken with the auxiliary clock.
  • the count is illustratively a measure of the amount of time that has elapsed between the last pulse of the system clock and the acquisition of the respective auxiliary sample.
  • samples formed by the method described are further processed, for example, into current or voltage vectors, preferably when the sampled values increase Protective purposes in protection or control devices are further processed.
  • the invention also relates to an arrangement for sampling a current or voltage profile and for forming samples having a temporal reference to a predetermined system clock.
  • the object of the invention is to achieve that the samples have a low jitter and are as low-noise as possible.
  • this object is achieved by an arrangement with an auxiliary scanning device and a resampling device: the auxiliary scanning device is supplied with the system clock and with an auxiliary clock free-running relative to the system clock and forms auxiliary samples and auxiliary sample time-offset values with the auxiliary clock; which indicate the time offset to the system clock for each sampling time. Subsequent to the sub-sampler is the resampler, which resamples the sub-samples of the sub-strobe using the sub-samples of the sub-samples at which the samples relating to the system clock are formed.
  • the auxiliary sampler is included in a current or voltage converter when forming samples relating to a power transmission system.
  • the resampling device can for example form part of a field device, in particular a protective device.
  • the auxiliary scanning device and the resampling device are preferably connected to each other via a data transfer bus or a data transmission network.
  • busbar protection central unit forms the auxiliary clock and transmits this to the auxiliary scanning device.
  • a resampler is connected to the resampler, which forms current or voltage vectors with the samples.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an arrangement for generating sampled values, by means of which the method according to the invention is also explained by way of example,
  • FIG. 2 shows by way of example a sampled voltage signal
  • FIG. 3 schematically shows the reconstruction of a voltage signal
  • FIG. 4 shows a resampling process with an interpolation filter in a schematic representation
  • FIG. 6 shows the amplitude response associated with an impulse response of an interpolation filter with a Blackman window
  • FIG. 7 shows the amplitude response of the interpolation filter according to FIG. 6 in the passband
  • FIG. 8 shows exemplary sampling times
  • FIG. 9 shows a table with relevant mathematical properties of the interpolation filter according to FIG. 6, FIG.
  • FIG. 10 shows a flowchart which summarizes the method for forming samples once more by way of example.
  • Figure 11 shows another embodiment of an inventive arrangement.
  • FIG. 1 shows an arrangement 10 for scanning a current or voltage profile and for forming a corresponding current or voltage vector.
  • the arrangement is explained by way of example for the case in which a voltage signal U (t) is sampled and a voltage vector U is to be formed.
  • the arrangement 10 has an auxiliary scanning device 20, to the input E20a of which the voltage signal U (t) to be sampled is fed.
  • a further input E20b of the auxiliary sampling device 20 is connected to an auxiliary clock generator 30 in conjunction, which on the output side generates a freewheeling auxiliary clock or auxiliary clock signal H and feeds it into the auxiliary scanning device 20.
  • the auxiliary scanning device 20 has on the input side an A / D converter 40 whose analog input is connected to the input E20a of the auxiliary device 20 and thus supplied with the voltage signal U (t). Downstream of the A / D converter 40 is a measured value generator 50 which transmits samples U (n) formed by the A / D converter 40 to a downstream measured value feed 60.
  • the measured value generator 50 is also connected to a memory or latch module 70 in connection, on the input side, a counter 80 is connected upstream.
  • the counter 80 is connected with its reset input R80 to a GPS receiver 90, which generates a GPS signal as a system clock or system clock signal G and feeds it into the counter 80.
  • a clock input T80 of the counter 80 is connected to a signal generator 100, which feeds a clock signal or counting clock T into the clock input T80 of the counter 80.
  • An output A20 of the auxiliary scanning device 20 is formed by an output A60 of the measured value memory 60; this is connected to a resampling device (or resampling device) 200, which is followed by a pointer-forming device 210.
  • the resampler 200 resamples the auxiliary samples U (n) of the A / D converter 40 and produces, on the output side, resampled voltage values U '(n) which are subsequently converted by the pointer generator 210 to the voltage vector U; the voltage vector U thus refers to the system clock G of the GPS receiver 90 and forms a so-called synchro-pointer.
  • synchro pointer is meant that the pointer U is related to the system clock.
  • the arrangement according to FIG. 1 is operated, for example, as follows:
  • the system clock G is generated on the output side, which is fed to the counter 80.
  • the counting clock T is fed to the signal generator 100 in the counter 80, which then begins to count.
  • the counter 80 is reset.
  • the count Z of the counter 80 is then stored in the memory module 70 when it is triggered by the free-running auxiliary clock H.
  • the auxiliary clock H generates its n-th clock pulse
  • both the A / D converter 40 is thereby triggered and a sample value U (n) is generated as
  • the respective counter reading Z (n) is recorded in the memory module 70 and transmitted to the measured value generator 50 as an auxiliary-sample-individual time offset value .DELTA.t (n).
  • the time offset value ⁇ t (n) can be determined relative to the pulses of the system clock G with a time accuracy of 1 ns.
  • the counter 80 and the memory module 70 thus together form a counter which forms the time offset values ⁇ t (n) by counting the clock pulses of the count clock T, resetting each time a pulse of the system clock G is present, and outputting its count Z as the time offset value as soon as the auxiliary clock H an auxiliary sample U (n) is recorded.
  • the measured value generator 50 transmits the respective auxiliary sampling value U (n) of the A / D converter 40 together with the assigned auxiliary sample time offset value ⁇ t (n) to the measured value memory 60, which stores the auxiliary sampling value U (n) with the associated auxiliary sample individual time offset value ⁇ t (n) as measured value pair (U (n); ⁇ t (n)) stores.
  • auxiliary sample U (n) has not been sampled at the system clock G, it nevertheless has a known phase relationship with the system clock G, namely, for each auxiliary sample U (n) the respective time reference to the system clock G or to the each preceding pulse of the system clock G is defined by the auxiliary sample individual time offset value ⁇ t (n).
  • ⁇ t (n) the respective time reference to the system clock G or to the each preceding pulse of the system clock G is defined by the auxiliary sample individual time offset value ⁇ t (n).
  • the resampler 200 reads out the auxiliary samples U (n) along with the associated sub-sample individual time offset values ⁇ t (n) from the sampler 60 and performs "computational" resampling using the system clock G.
  • sampled samples U '(n) which relate to the system clock G, for which a resampling rate which corresponds to an integer multiple of the system clock G is preferably used, and the samples U' (n) can then be used in the pointer-forming device 210
  • Form voltage vector U which forms a so-called synchro-pointer.
  • synchro-pointer is - as already explained - in this context, a pointer to understand that is synchronized with the predetermined system clock G.
  • FIG. 2 shows an example of the voltage signal U (t) sampled by the freewheeling auxiliary clock H at a fixed sampling rate.
  • the sampling frequency of the auxiliary clock H is preferably set such that it is an integer multiple of the frequency of the fundamental wave of the voltage signal U (t).
  • a frequency measurement of the fundamental wave of the voltage signal U (t) A multiple of the fundamental frequency determined in this way is subsequently used as auxiliary clock H.
  • a resampling method is used to match the samples U (n) to the system clock G.
  • the resampling method is based on the theory of Shannon's sampling theorem. This theorem states that any ideal band-limited signal x can be interpolated using the si function:
  • FIG. 3 illustrates this state of affairs on the basis of a detail of a sine function with the indicated si-interpolation functions, which enable a reconstruction of sampled band-limited signals. So you can calculate an ideal band-bound function given in points 3, 4, 5, ..., etc. at any other place by solving Shannon's equation for those points.
  • the first possibility is to lay the interpolation function - as shown in FIG. 3 - with its extreme value through the given sampled values.
  • this variant is not very practical for a resampling application, since here an infinite sum over all si functions would have to be calculated for each sample.
  • the fact that the si function assumes the value 0 at the location of all other samples, except for the sample to be interpolated, is taken advantage of. That is, if the signal having the si function is interpolated at the locations of the new samples, then only one si function needs to be considered.
  • FIG. 4 illustrates this situation on the basis of a resampling by means of an interpolation filter.
  • this interpolation should of course not be performed directly with the si function, since this function has a non-zero value not only in a finite time interval.
  • simply cutting off the function at the fifth zero crossing on both sides of the extreme value provides a frequency response which deviates significantly from the ideal lowpass in the frequency domain.
  • FIG. 5 shows the interpolation function used in more detail.
  • the curve denoted by “xi” represents the exemplarily selected Blackman window function.
  • the curve denoted by “si w " shows the non-time limited si function, and the curve labeled "hsi” is the time-limited interpolation function by means of the window function.
  • FIG. 6 shows the amplitude response associated with the impulse response shown using the example of a sampling rate reduction from 10 kHz to 5 kHz.
  • a band limitation of the interpolated signals takes place to the new half sampling frequency.
  • the waviness in the Dur ⁇ hlass Symposium is a maximum of 0.2 10 "4 .
  • FIG. 7 shows the characteristic in the passband. It can be seen in FIG. 7 that on average the ripple in the entire passband is significantly smaller than 10.sup.- 4 , which means that all accuracy requirements can be met in the passband as well Calculate the function value for each time point t 0 using the following equation:
  • This equation is the solution of a least squares estimator that fits the interpolation function at the desired location t 0 into the received sample stream.
  • the function w (t) is the Blackman window function.
  • FIG. 8 shows the realization of the resampling for the selected resampling method: At the points in time marked with a cross, a sample is present in the original sample stream on the basis of the auxiliary clock H. At the points marked with a circle should be rescanned.
  • a sampling rate which is synchronized with the system clock G and preferably corresponds to a multiple, for example an integer multiple, of the pulse rate of the system clock G.
  • GPS sync pulse is exemplified one of the pulses of the GPS signal, of which usually occurs one per second.
  • the data window in this case extends exactly w / 2 samples into the past and w / 2 samples into the future.
  • an interpolation filter must be used, the extreme value has been postponed by exactly 3.5 T ⁇ the original Abtastin- tervalls T A to the right. In sum, therefore, five different filter coefficient sets are needed to implement the resampling in this example.
  • the formulas in the table according to FIG. 9 describe the proposed algorithm in detail.
  • FIG. 10 once again shows the exemplary process flow as a flowchart.
  • the frequency f is determined from pointers of several consecutive data windows according to the following formula:
  • the determined frequency measurement value f is valid when the phase angle develops almost linearly. If sudden changes in the course of the measured phase angle are detected, the data window for the frequency measurement must be repositioned. With a now valid frequency measurement value f, the resampling is performed a second time in a second step. The pointer thus obtained can then be used as a synchro pointer. In the recirculation steps described, the method is continued further and further.
  • the concrete technical implementation of the resampling method in the resampling device 200 can be carried out, for example, in a manner as described in "A flexible sampling rate conversion method" (Smith, J. O. and
  • FIG. 11 shows a further exemplary embodiment of an arrangement according to the invention with which the method according to the invention can also be carried out.
  • FIG. 11 shows a power transmission line 500 to which two transducer units 510, 520 are connected.
  • the two measuring transducer units 510 and 520 are each equipped with an auxiliary scanning device 20, as has already been explained in connection with FIG.
  • the two transducer units 510 and 520 communicate with a downstream protection device 530; the connection between the protection device 530 and the two transducer units 510 and 520 is ensured by a data bus or a data transmission network (eg, Ethernet network) 540, which may be equipped, for example, with a switch 550.
  • a data bus or a data transmission network (eg, Ethernet network) 540 which may be equipped, for example, with a switch 550.
  • the two measuring transducer units 510 and 520 as well as the protective device 530 are subjected to a system clock G, which is predetermined, for example, by the GPS signal.
  • the protection device 530 is equipped with a resampler 200 and a pointer generator 210; the two components may correspond to the resampler 200 and the pointer generator 210 of FIG.
  • the arrangement according to FIG. 11 can be operated as follows:
  • the 510 and 520 transducers are used for power and power
  • auxiliary clock H auxiliary sampled values Il (n), 12 (n), Ul (n) and U2 (n) are formed which, together with the respectively assigned auxiliary sampled value individual time offset values ⁇ t (n), are sent via network 540 to Protective device 530 are transmitted.
  • the auxiliary clock H can be individually generated in each of the transformer units 510 and 520. or are specified externally for both transducer units 510 and 520; for example, the auxiliary clock H is formed by a busbar protection central unit 600 and fed into the transducer units 510 and 520.
  • the auxiliary clock H can be derived from the data signals of the network 540, which is preferably a real-time transmission network, in particular a real-time ETHERNET network.
  • the protection device 530 subjects the auxiliary samples Ul (n),
  • the synchro-pointers IJL, V2_, UJL_ and U2 can be evaluated within the protection device 530 or outside the protection device 530, for example in a downstream control system or the like, as to whether an error, in particular a short circuit, has occurred on the energy transmission line 500 , With the synchro-pointers IJL, JC2_, UJL and U2 error signals can be generated.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abtasten eines Strom- oder Spannungsverlaufs (U(t)) und zum Bilden von Abtastwerten (U' (n)), die einen zeitlichen Bezug zu einem vorgegebenen Systemtakt (G) aufweisen.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit einem relativ zum Systemtakt freilaufenden Hilfstakt (H) Hilf sabtastwerte (U (n)) gebildet werden, der Zeitversatz des Abtastzeitpunkts eines jeden Hilfsabtastwerts jeweils relativ zu dem Systemtakt ermittelt wird und hilfsabtastwertindividuelle Zeitversatzwerte (Δt (n)) ermittelt werden und die Hilfsabtastwerte (U(n)) unter Verwendung der hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerte (Δt (n)) einer Neuabtastung unterzogen werden, bei der die Abtastwerte (U' (n)) gebildet werden, die sich zeitlich auf den Systemtakt beziehen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abtasten eines Strom- oder Spannungsverlaufs und zum Bilden von Abtastwerten, insbesondere zum Einsatz bei Schutz- oder Leiteinrichtungen für Energieübertragungssysteme
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, insbesondere zum Einsatz bei Schutz- oder Leiteinrichtungen für Energieübertragungssysteme, mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
■ Ein derartiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungs- schrift 199 33 684 bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Hochspannungs- oder Starkstromsignal unter Verwendung einer internen Uhr abgetastet, die mit dem weltweit verfügbaren GPS (Global Positioning System) -Signal synchronisiert wird. Das GPS-Signal gibt somit einen Systemtakt vor, auf den sich die Abtastwerte beziehen. Die Abtastwerte werden nachfolgend zu Schutzzwecken, insbesondere zu Differentialschutzzwecken, ausgewertet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich bei geringem Geräte- bzw. Hardwareaufwand Abtastwerte bilden lassen, die einen geringen Jitter aufweisen und sehr rauscharm sind.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in Unteransprüchen angegeben .
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mit einem relativ zum Systemtakt freilaufenden Hilfstakt bzw. HilfstaktSignal Hilfsabtastwerte gebildet werden, der Zeitversatz des Abtast- Zeitpunkts eines jeden Hilfsabtastwerts jeweils relativ zu dem Systemtakt ermittelt wird und hilfsabtastwertindividuelle Zeitversatzwerte ermittelt werden, und die Hilfsabtastwerte unter Verwendung der hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerte einer Neuabtastung (Resampling) unterzogen werden, bei der die Abtastwerte gebildet werden, die sich zeitlich auf den Systemtakt beziehen.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass insgesamt weniger Hardware zum Erzeugen der Abtastwerte notwendig ist als bei bisherigen Abtastsystemen, weil nämlich der zur Abtastung herangezogene Hilfstakt frei läuft und somit auf eine Phasennachführung, beispielsweise auf der Basis einer PLL (Phase Locked Loop) -Schaltung, vollständig verzichtet werden kann. Das Abtasten erfolgt also mit einem freilaufenden Takt und das Resampling beispielsweise „nur" rechnerisch unter Verwendung der ermittelten Zeitversatzwerte.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Abtastwerte sehr jitter- und rauscharm sind. Erfinderseitig wurde festgestellt, dass ein aus einem vorgegebenen Systemtakt abgeleiteter und mit diesem phasengekoppelter Abtasttakt unter Umständen einen relativ großen Jitter aufweisen und zu einem relativ großen Rauschen der Abtastwerte führen kann. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem vorgesehen wird, auf eine solche Pha- senkopplung bzw. Phasennachführung zu verzichten; stattdessen wird die Abtastung unabhängig von dem Systemtakt durchgeführt und ein gegenüber dem Systemtakt freilaufender Hilfstakt mit hoher Qualität, insbesondere mit geringem Jitter, für eine vorgeschaltete Hilfsabtastung verwendet. Die AbtastZeitpunkte der Hilfsabtastwerte sind damit gegenüber dem Systemtakt in der Regel beliebig zeitlich versetzt bzw. phasenverschoben; um dennoch einen' zeitlichen Bezug zu dem Systemtakt herzustellen, werden die Hilfsabtastwerte anschließend einer Neuabtastung bzw. einem Resampling unterzogen, und zwar unter Verwendung der hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerte, die zuvor beim Hilfsabtasten für jeden Hilfsabtastwert aufgenommen worden sind. Im Ergebnis werden damit Abtastwerte mit der richtigen Zeitbasis gebildet, jedoch einem deutlich ge- ringeren Jitter und einem geringeren Rauschen, weil der Systemtakt nur im Rahmen des nachgeordneten, beispielsweise nur numerisch durchgeführten, „Nach-Abtastens" (Resampling) herangezogen wird, nicht jedoch für das primäre „physikali- sehe" Abtasten.
Vorzugsweise wird als Systemtakt das GPS-Signal, das Galileo- Signal, ein Echtzeit-SNTP-Signal, ein Systemtakt eines SDH- Netzes oder ein mit einem oder mehreren dieser Signale abge- leitetes Systemtaktsignal verwendet.
Als Hilfstaktsignal wird bevorzugt das Ausgangssignal eines lokalen freilaufenden Oszillators eingesetzt. Das Hilfstaktsignal kann beispielsweise mit einem SammelSchienenschutz- Zentralgerät erzeugt werden und mit diesem in daran angeschlossene Abtasteinrichtungen eingespeist werden. Die Abtasteinrichtungen können beispielsweise in Messwandlern integriert sein, die an eine oder mehrere Energieübertragungs- leitungen angeschlossen sind.
Alternativ kann das Hilfstaktsignal aus den Signalen eines Echtzeit-Übertragungsnetzwerks, insbesondere eines Echtzeit- ETHERNET-Netzwerks, abgeleitet werden.
Die Zeitversatzwerte werden beispielsweise mit einem Zähler gebildet, der die Taktimpulse eines vorgegebenen Zähltakts zählt und der jeweils durch Impulse des Systemtakts zurückgesetzt wird und dessen Zählerstand jeweils als Zeitversatzwert ausgelesen wird, wenn mit dem Hilfstakt ein Hilfsabtastwert aufgenommen wird. Der Zählerstand ist anschaulich betrachtet eine Messgröße für die Zeitspanne, die zwischen dem jeweils letzten Impuls des Systemtakts und der Aufnahme des jeweiligen Hilfsabtastwerts vergangen ist.
Die mit dem beschriebenen Verfahren gebildeten Abtastwerte werden beispielsweise zu Strom- oder Spannungszeigern weiterverarbeitet, vorzugsweise dann, wenn die Abtastwerte zu Schutzzwecken in Schutz oder Leitgeräten weiterverarbeitet werden.
Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung zum Abtasten eines Strom- oder Spannungsverlaufs und zum Bilden von Abtastwerten, die einen zeitlichen Bezug zu einem vorgegebenen Systemtakt aufweisen.
Der Erfindung liegt bezüglich einer solchen Anordnung die Aufgabe zugrunde zu erreichen, dass die Abtastwerte einen geringen Jitter aufweisen und möglichst rauscharm sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Anordnung mit einer Hilfsabtasteinrichtung und einer Neuabtastein- richtung - nachfolgend auch Resampling-Einrichtung genannt- : Die Hilfsabtasteinrichtung ist mit dem Systemtakt und mit einem relativ zum Systemtakt freilaufenden Hilfstakt beaufschlagt und bildet mit dem Hilfstakt Hilfsabtastwerte und hilfsabtastwertindividuelle Zeitversatzwerte, die für jeden AbtastZeitpunkt jeweils den Zeitversatz zum Systemtakt angeben. Der Hilfsabtasteinrichtung nachgeordnet ist die Neuabtasteinrichtung, die die Hilfsabtastwerte der Hilfsabtasteinrichtung unter Verwendung der hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerte einer Neuabtastung unterzieht, bei der die Abtastwerte gebildet werden, die sich zeitlich auf den Systemtakt beziehen.
Bezüglich der Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfin- dungsgemäßen Verfahren verwiesen.
Vorzugsweise ist die Hilfsabtasteinrichtung in einem Stromoder Spannungswandler enthalten, wenn Abtastwerte gebildet werden sollen, die sich auf ein Energieübertragungssystem be- ziehen. Die Neuabtasteinrichtung kann beispielsweise einen Bestandteil eines Feldgerätes, insbesondere eines Schutzgerätes, bilden.
Die Hilfsabtasteinrichtung und die Neuabtasteinrichtung sind vorzugsweise über einen Datenübertragungsbus oder ein Datenübertragungsnetzwerk miteinander verbunden.
Sofern ein Sammelschienenschutz-Zentralgerät im Energieüber- tragungssystem vorhanden ist, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Sammelschienenschutz-Zentralgerät den Hilfstakt bildet und diesen zu der Hilfsabtasteinrichtung überträgt.
Mit Blick auf eine Zeigermesswertbildung wird es als vorteil- haft angesehen, wenn mit der Neuabtasteinrichtung eine Zeigerbildungseinrichtung verbunden ist, die mit den Abtastwerten Strom- oder Spannungszeiger bildet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie- len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel für eine Anordnung zum Erzeugen von Abtastwerten, anhand derer auch das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft er- läutert wird,
Figur 2 beispielhaft ein abgetastetes SpannungsSignal,
Figur 3 schematisch die Rekonstruktion eines Spannungssignals ,
Figur 4 einen Resampling-Vorgang mit einem Interpolationsfilter in einer Prinzipdarstellung,
Figur 5 verschiedene Interpolationsfilter im Vergleich, Figur 6 den zur Impulsantwort zugehörigen Amplitudengang eines Interpolationsfilters mit einem Blackman- Fenster, Figur 7 den Amplitudengang des Interpolationsfilters gemäß Figur 6 im Durchlassbereich, Figur 8 beispielhaft AbtastZeitpunkte, Figur 9 eine Tabelle mit relevanten mathematischen Eigenschaften des Interpolationsfilters gemäß Figur 6,
Figur 10 ein Flussdiagramm, das das Verfahren zum Bilden von Abtastwerte nochmals beispielhaft zusammen- fasst, und
Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung.
In der Figur 1 ist eine Anordnung 10 zum Abtasten eines Strom- bzw. Spannungsverlaufs und zum Bilden eines entsprechenden Strom- bzw. Spannungszeigers dargestellt. Die Anordnung wird dabei beispielhaft für den Fall erläutert, dass ein Spannungssignal U(t) abgetastet und ein Spannungszeiger U gebildet werden soll.
Die Anordnung 10 weist eine Hilfsabtasteinriσhtung 20 auf, an deren Eingang E20a das abzutastende Spannungssignal U(t) eingespeist wird. Ein weiterer Eingang E20b der Hilfsabtastein- richtung 20 steht mit einem Hilfstaktgenerator 30 in Verbin- düng, der ausgangsseitig einen freilaufenden Hilfstakt bzw. Hilfstaktsignal H erzeugt und in die Hilfsabtasteinrichtung 20 einspeist.
Die Hilfsabtasteinrichtung 20 weist eingangsseitig einen A/D- Wandler 40 auf, dessen Analogeingang mit dem Eingang E20a der Hilfseinriσhtung 20 verbunden und somit mit dem Spannungssignal U(t) beaufschlagt ist. Dem A/D-Wandler 40 nachgeordnet ist ein Messwertbildner 50, der von dem A/D-Wandler 40 gebildete Abtastwerte U(n) zu einem nachgeordneten Messwertspei- eher 60 übermittelt.
Der Messwertbildner 50 steht darüber hinaus mit einem Speicher- bzw. Latchbaustein 70 in Verbindung, dem eingangsseitig ein Zähler 80 vorgeschaltet ist. Der Zähler 80 ist mit seinem Reset-Eingang R80 an eine GPS-Empfangseinrichtung 90 angeschlossen, die ein GPS-Signal als Systemtakt bzw. Systemtakt- signal G erzeugt und in den Zähler 80 einspeist. Der System- takt G erzeugt beispielsweise pro Sekunde jeweils einen kurzen Impuls.
Ein Takteingang T80 des Zählers 80 steht mit einem Signalge- nerator 100 in Verbindung, der ein Taktsignal bzw. Zähltakt T in den Takteingang T80 des Zählers 80 einspeist.
Ein Ausgang A20 der Hilfsabtasteinrichtung 20 wird durch einen Ausgang A60 des Messwertspeichers 60 gebildet; dieser steht mit einer Neuabtasteinrichtung (bzw. Resampling-Ein- richtung) 200 in Verbindung, der eine Zeigerbildungseinrichtung 210 nachgeschaltet ist.
Die Neuabtasteinrichtung 200 unterwirft die Hilfsabtastwerte U(n) des Analog-Digital-Wandlers 40 einem Resampling und erzeugt ausgangsseitig resampelte Spannungswerte U' (n) , die nachfolgend von der Zeigerbildungseinrichtung 210 zu dem Spannungszeiger U umgewandelt werden; der Spannungszeiger U bezieht sich damit auf den Systemtakt G der GPS-Empfangsein- richtung 90 und bildet einen so genannten Synchro-Zeiger. Mit dem Begriff Synchro-Zeiger ist gemeint, dass der Zeiger U auf den Systemtakt bezogen ist .
Die Anordnung gemäß Figur 1 wird beispielsweise wie folgt be- trieben:
Mit der GPS-Empfangseinrichtung 90 wird ausgangsseitig der Systemtakt G erzeugt, der in den Zähler 80 eingespeist wird. Gleichzeitig wird mit dem Signalgenerator 100 der Zähltakt T in den Zähler 80 eingespeist, der daraufhin zu zählen beginnt. Immer dann, wenn der Systemtakt G einen Impuls erzeugt, wird der Zähler 80 zurückgesetzt.
Der Zählerstand Z des Zählers 80 wird jeweils dann in dem Speicherbaustein 70 gespeichert, wenn dieser mit dem freilaufenden Hilfstakt H getriggert wird. Sobald also der Hilfstakt H seinen n-ten Taktimpuls erzeugt, wird dadurch sowohl der A/D-Wandler 40 ausgelöst und ein Abtastwert U(n) erzeugt als auch gleichzeitig der jeweilige Zählerstand Z (n) im Speicherbaustein 70 festgehalten und als hilfsabtastindividueller Zeitversatzwert Δt (n) zu dem Messwertbildner 50 übermittelt. Weist der Zähltakt eine Taktrate fT = 1 GHz auf, so kann der Zeitversatzwert Δt (n) relativ zu den Impulsen des Systemtakts G mit einer zeitlichen Genauigkeit von 1 ns ermittelt werden.
Der Zähler 80. und der Speicherbaustein 70 bilden somit gemeinsam eine Zähleinrichtung, die die Zeitversatzwerte Δt (n) bildet, indem sie die Taktimpulse des Zähltakts T zählt, sich jeweils bei Vorliegen eines Impulses des Systemtakts G zurücksetzt und als Zeitversatzwert jeweils ihren Zählerstand Z ausgibt, sobald mit dem Hilfstakt H ein Hilfsabtastwert U(n) aufgenommen wird.
Der Messwertbildner 50 überträgt den jeweiligen Hilfsabtast- wert U(n) des A/D-Wandlers 40 zusammen mit dem zugeordneten hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwert Δt (n) zu dem Messwertspeicher 60, der den Hilfsabtastwert U(n) mit dem zu- gehörigen hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwert Δt (n) als Messwertpaar (U (n); Δt (n) ) abspeichert.
Der Hilfsabtastwert U(n) ist zwar nicht mit dem Systemtakt G abgetastet worden, jedoch weist er dennoch eine bekannte zeitliche Phasenlage zu dem Systemtakt G auf, weil nämlich für jeden Hilfsabtastwert U(n) der jeweilige zeitliche Bezug zum Systemtakt G bzw. zu dem jeweils vorangegangenen Impuls des Systemtakts G durch den hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwert Δt (n) definiert ist. Zusätzlich zu dem Zäh- lerwert Z kann in dem Zeitversatzwert Δt (n) oder mit dem
Zeitversatzwert Δt (n) auch noch eine absolute Zeitangabe TAS abgespeichert werden, die den Zeitpunkt bzw. die Uhrzeit des letzten Impulses des Systemstakts absolut angibt; dies ermöglicht es, den AbtastZeitpunkt TAH für jeden Hilfsabtastwert absolut zu ermitteln gemäß: TAH = TAS + Z * 1/fT Die Neuabtasteinrichtung 200 liest aus dem Messwertspeieher 60 die Hilfsabtastwerte U(n) gemeinsam mit den zugeordneten hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerten Δt (n) aus und führt unter Verwendung des Systemtakts G ein „rechnerisches" Resampling durch. Im Rahmen dieses Resampling-Vorgangs werden ausgangsseitig resampelte Abtastwerte U' (n) erzeugt, die sich auf den Systemtakt G beziehen; hierzu wird vorzugsweise eine Resamplingrate verwendet, die einem ganzzahligen Vielfachen des Systemtakts G entspricht. Mit den Abtastwerten U' (n) lässt sich dann in der Zeigerbildungseinrichtung 210 der
Spannungszeiger U bilden, der einen so genannten Synchro-Zei- ger bildet. Unter dem Begriff „Synchro-Zeiger" ist - wie bereits erläutert - in diesem Zusammenhang ein Zeiger zu verstehen, der mit dem vorgegebenen Systemtakt G synchronisiert ist.
Die Figur 2 zeigt beispielhaft das von dem freilaufenden Hilfstakt H mit fester Abtastrate abgetastete SpannungsSignal U(t) .
Um einen möglichst exakten Zeiger U zur Charakterisierung der Grundwelle des Spannungssignals U(t) berechnen zu können, wird die Abtastfrequenz des Hilfstakts H vorzugsweise derart eingestellt, dass diese ein ganzzahliges Vielfaches der Fre- quenz der Grundwelle des Spannungssignal U(t) beträgt. Um diese Forderung erfüllen zu können, erfolgt beispielsweise eine Frequenzmessung der Grundwelle des Spannungssignals U(t) . Ein Vielfaches der in dieser Weise bestimmten Grundwellenfrequenz wird nachfolgend als Hilfstakt H weiterverwendet.
Wie bereits erwähnt, wird für die Anpassung der Abtastwerte U(n) an den Systemtakt G ein Resamplingverfahren verwendet. Das Resamplingverfahren beruht auf der Theorie des Shannon- schen Abtasttheorems. Dieses Theorem besagt, dass sich jedes ideal bandbegrenzte Signal x mit Hilfe der si-Funktion interpolieren lässt:
Figure imgf000012_0001
"=-∞ Gleichung 1 τ ._,. sin(π 'fA 't) mit hJt) = — * — ^ — '-
Die Figur 3 veranschaulicht diesen Sachverhalt anhand eines Ausschnittes einer Sinus-Funktion mit den eingezeichneten si- Interpolationsfunktionen, die eine Rekonstruktion von abgetasteten bandbegrenzten Signalen ermöglichen. Man kann also eine ideal bandbegrenzte Funktion, die in den Punkten 3, 4, 5,... usw. gegeben ist, an jeder beliebigen anderen Stelle berechnen, indem man die Gleichung von Shannon für diese Punkte löst.
Für die Interpretation dieser Funktion für eine Resampling- anwendung existieren nun zwei Möglichkeiten:
Die erste Möglichkeit besteht darin, die Interpolationsfunktion - wie in der Figur 3 gezeigt - mit ihrem Extremwert durch die gegebenen Abtastwerte zu legen. Diese Variante ist für eine Resampling-Anwendung jedoch nicht sonderlich praktikabel, da hier eine unendliche Summe über alle si-Funktionen für jeden Abtastwert zu berechnen wäre.
Gemäß einer zweiten Variante macht man sich die Tatsache zunutze, dass die si-Funktion außer an dem zu interpolierenden Abtastwert an der Stelle aller anderen Abtastwerte den Wert 0 annimmt. D.h., wenn das Signal mit der si-Funktion an den Stellen der neuen Abtastwerte interpoliert wird, dann muss nur eine si-Funktion betrachtet werden.
Wird die si-Funktion nun an der Stelle des neuen Abtastwertes mit der Periodendauer des neuen Abtastintervalls positioniert und an den Stellen der gegebenen Abtastwerte berechnet, dann kann der neue Abtastwert ermittelt werden. Figur 4 veranschaulicht diesen Sachverhalt anhand eines Resampling mittels eines Interpolationsfilters. Praktisch sollte diese Interpolation natürlich nicht mit der si-Funktion direkt durchgeführt werden, da diese Funktion nicht nur in einem endlichen Zeitintervall einen Wert ungleich Null hat. Ein einfaches Abschneiden der Funktion am fünften Nulldurchgang beiderseits vom Extremwert liefert im Frequenzbereich jedoch einen vom idealen Tiefpass deutlich abweichenden Frequenzgang. Hier ist es besser, die si-Funktion mit einer Fensterfunktion auf einen endlichen Bereich zu begrenzen. Bei dem vorliegenden Beispiel wird dafür die Blackman-Fensterfunktion verwendet. Hier erreicht man ein
Sperr-Dämpfungsverhältnis von min. 6OdB. Bessere Werte würden sich zwar mit der bekannten Kaiser-Funktion erreichen lassen; dies geht jedoch zu Lasten der Fenstergröße. Da 60 dB als ausreichend betrachtet werden können, sollte vorzugsweise kein Kaiser-Fenster eingesetzt werden.
Figur 5 zeigt die verwendete Interpolationsfunktion näher im Detail. Die mit „xi" bezeichnete Kurve stellt die beispielhaft gewählte Blackman-Fensterfunktion dar. Die mit „siw be- zeichnete Kurve zeigt die nicht zeitlich begrenzte si-Funktion. Die mit „hsi" bezeichnete Kurve ist die mittels der Fensterfunktion zeitlich begrenzte Interpolationsfunktion.
Die Figur 6 zeigt den zur dargestellten Impulsantwort gehδri- gen Amplitudengang am Beispiel einer Abtastratenreduktion von 1OkHz auf 5kHz. Wie in der Figur 6 zu erkennen ist, erfolgt eine Bandbegrenzung der interpolierten Signale auf die neue halbe Abtastfrequenz. Die Welligkeit im Durσhlassbereich beträgt maximal 0,2 10"4 .
Figur 7 zeigt die Charakteristik im Durchlassbereich. In der Figur 7 ist zu erkennen, dass die Welligkeit im gesamten Durchlassbereich im Mittel deutlich kleiner als 10"4 ist. Damit lassen sich mit diesem Filter alle Genauigkeitsforderun- gen auch im Durchlassbereich erfüllen. Wie hier nicht weiter bewiesen werden soll, lässt sich der Funktionswert für jeden Zeitpunkt t0 mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnen:
Figure imgf000014_0001
, , . / \ sin(π - fA - (L - n - T,))
und w(t) = 0,42 - 0,5 • cos(2π(t0 - n ■ TΛ))+ 0,08 • cos{4π(t0 - n ■ TΛ))
Diese Gleichung ist die Lösung eines Least-Squares-Schätzers, der die Interpolationsfunktion an der gewünschten Stelle t0 in den empfangenen Abtastwertestrom einpasst . Die Funktion w(t) ist die Blackman-Fensterfunktiσn.
Figur 8 zeigt die Realisierung der Neuabtastung für das gewählte Resampling-Verfahren: Zu den mit einem Kreuz bezeich- neten Zeitpunkten liegt ein Abtastwert im originalen Abtastwertestrom auf der Basis des Hilfstakts H vor. An den mit einem Kreis bezeichneten Punkten soll neu abgetastet werden. Zum Neuabtasten wird eine Abtastrate verwendet, die mit dem Systemtakt G synchronisiert ist und vorzugsweise einem Viel- fachen, beispielsweise einem ganzzahligen Vielfachen, der Impulsrate des Systemtakts G entspricht. Mit der Bezeichnung „GPS Sync-Puls" ist beispielhaft einer der Impulse des GPS- Signals eingezeichnet, von denen üblicherweise pro Sekunde einer auftritt.
Das Verhältnis der neuen zur alten Abtastfrequenz beträgt in diesem Beispiel 3/5. Soll der Abtastwert zum Zeitpunkt t=0 berechnet werden, dann wird ein Interpolationsfilter verwendet, dessen Extremwert genau beim ursprünglichen Abtastwert 0 liegt. Das Datenfenster erstreckt sich in diesem Fall genau w/2 Abtastwerte in die Vergangenheit und w/2 Abtastwerte in die Zukunft . Für die Berechnung des neuen Abtastwertes an der Stelle t=3 muss ein Interpolationsfilter benutzt werden, dessen Extremwert genau um 3/5 TÄ des ursprünglichen Abtastin- tervalls TA nach rechts verschoben wurde. In Summe werden also fünf verschiedene Filterkoeffizientensätze zur Realisierung des Resampling in diesem Beispiel benötigt . Die Formeln in der Tabelle gemäß Figur 9 beschreiben den vorgeschlagenen Algorithmus im Detail.
Die Figur 10 zeigt den beispielhaften Verfahrensablauf zusam- menfassend nochmals als Flussdiagramm.
Entscheidend für die Genauigkeit des ermittelten Synchro-Zei- gers U ist die exakte Bestimmung der Signalgrundfreqμenz f des Eingangssignals U(t) . Hierzu wird vorzugsweise die Fre- quenz f aus Zeigern von mehreren aufeinander folgenden Datenfenstern nach der folgenden Formel bestimmt :
Figure imgf000015_0001
Aus der Entwicklung des Phasenwinkels φ(t) lässt sich die
Gültigkeit des Frequenzmesswertes f ableiten. Der ermittelte Frequenzmesswert f ist dann gültig, wenn sich der Phasenwinkel nahezu linear entwickelt. Werden sprunghafte Änderungen im Verlauf des gemessenen Phasenwinkels festgestellt, muss das Datenfenster für die Frequenzmessung neu positioniert werden. Mit einem nun gültigen Frequenzmesswert f wird in einem zweiten Schritt das Resampling ein zweites Mal durchgeführt. Der in dieser Weise ermittelte Zeiger kann dann als Synchro-Zeiger verwendet werden. In den beschriebenen Rekur- sionsschritten wird das Verfahren immer weiter fortgesetzt.
Die konkrete technische Umsetzung des Resampling-Verfahrens in der Neuabtasteinrichtung (Resampling-Einrichtung) 200 kann beispielsweise in einer Art und Weise erfolgen, wie dies in "A flexible sampling-rate conversion method" (Smith, J. O. and
Gösset, P.; 1984; Proceedings of the International Conference on Acoustic, Speech, and Signal Processing, Sand Diego, Volume 2, pages 19.4.1.-19.4.2; New York. IEEE Press) erläutert wird.
In der Figur 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Anordnung dargestellt, mit der sich auch das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt. Man erkennt in der Figur 11 eine Energieübertragungsleitung 500, an die zwei Messwandlereinheiten 510, 520 angeschlossen sind. Die beiden Messwandlereinheiten 510 und 520 sind je- weils mit einer Hilfsabtasteinrichtung 20 ausgestattet, wie sie im Zusammenhang mit der Figur 1 bereits erläutert worden ist .
Die beiden Messwandlereinheiten 510 und 520 stehen mit einem nachgeordneten Schutzgerät 530 in Verbindung; die Verbindung zwischen dem Schutzgerät 530 und den beiden Messwandlereinheiten 510 und 520 wird durch einen Datenbus oder ein Datenübertragungsnetzwerk (z. B. Ethernet-Netzwerk) 540, das beispielsweise mit einem Switch 550 ausgestattet sein kann, ge- währleistet.
Wie sich in der Figur 11 darüber hinaus erkennen lässt, sind die beiden Messwandlereinheiten 510 und 520 sowie das Schutzgerät 530 mit einem Systemtakt G beaufschlagt, der beispiels- weise durch das GPS-Signal vorgegeben wird.
Das Schutzgerät 530 ist mit einer Neuabtasteinrichtung 200 sowie einer Zeigerbildungseinrichtung 210 ausgestattet; die beiden Komponenten können der Neuabtasteinrichtung 200 und der Zeigerbildungseinrichtung 210 gemäß der Figur 1 entsprechen.
Die Anordnung gemäß Figur 11 lässt sich wie folgt betreiben:
Mit den Messwandlereinheiten 510 und 520 werden Strom- und
Spannungsmesswerte Ul (t) und Il (t) sowie U2 (t) und 12 (t) der Energieübertragungsleitung 500 erfasst und analog/digital umgewandelt. Dabei werden gemäß einem Hilfstakt H ausgangssei- tig Hilfsabtastwerte Il (n) , 12 (n) , Ul (n) und U2 (n) gebildet, die gemeinsam mit den jeweils zugeordneten hilfsabtastwertin- dividuellen Zeitversatzwerten Δt (n) über das Netzwerk 540 zum Schutzgerät 530 übermittelt werden. Der Hilfstakt H kann individuell in jeder der Messwandlereinheiten 510 und 520 er- zeugt oder für beide Messwandlereinheiten 510 und 520 von außen vorgegeben werden; beispielsweise wird der Hilfstakt H von einem Sammelschienenschutz-Zentralgerät 600 gebildet und in die Messwandlereinheiten 510 und 520 eingespeist. Alterna- tiv kann der Hilfstakt H aus den Datensignalen des Netzwerks 540 abgeleitet werden, bei dem es sich vorzugsweise um ein Echtzeit-Übertragungsnetzwerk, insbesondere ein Echtzeit- ETHERNET-Netzwerk, handelt.
Das Schutzgerät 530 unterwirft die Hilfsabtastwerte Ul (n) ,
U2 (n) , Il (n) und 12 (n) einem Resampling und erzeugt ausgangs- seitig Abtastwerte Ul' (n) , U2' (n) , II' (n) und 12' (n) , die mit dem Systemtakt G synchronisiert sind. Mit diesen Abtastwerten Ul' (n), U2'(n), II' (n) und 12' (n) bildet die Zeigerbildungs- einrichtung 210 des Schutzgerätes 530 Synchro-Zeiger IJL, 12, Ul und U2_.
Die Synchro-Zeiger IJL, V2_, UJL_ und U2 können innerhalb des Schutzgerätes 530 oder außerhalb des Schutzgerätes 530, bei- spielsweise in einem nachgeordneten Leitsystem oder dergleichen, dahingehend ausgewertet werden, ob auf der Energieübertragungsleitung 500 ein Fehler, insbesondere ein Kurzschluss, aufgetreten ist. Mit den Synchro-Zeigern IJL, JC2_, UJL und U2 können somit Fehlersignale erzeugt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abtasten eines Strom- oder Spannungsverlaufs (U(t)) und zum Bilden von Abtastwerten (U' (n) ) , die einen zeitlichen Bezug zu einem vorgegebenen Systemtakt (G) aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - mit einem relativ zum Systemtakt freilaufenden Hilfstakt
(H) Hilfsabtastwerte (U (n) ) gebildet werden, - der Zeitversatz des AbtastZeitpunkts eines jeden
Hilfsabtastwerts jeweils relativ zu dem Systemtakt ermittelt wird und hilfsabtastwertindividuelle Zeitversatzwerte (Δt (n) ) ermittelt werden und
-die Hilfsabtastwerte (U (n) ) unter Verwendung der hilfsabtastwertindividuellen Zeitversatzwerte (Δt (n) ) einer Neuabtastung unterzogen werden, bei der die Abtastwerte (U' (n) ) gebildet werden, die sich zeitlich auf den Systemtakt beziehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das GPS-Signal, das Galileo-Signal, ein Echtzeit-SNTP-Signal, ein Systemtakt eines SDH-Netzes oder ein mit einem oder mehreren dieser Signale abgeleitetes Systemtaktsignal als Sys- temtakt verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Taktsignal eines lokalen freilaufenden Oszillators (30) als Hilfstakt verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 - 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hilfstakt aus einem Taktsignal eines Echtzeit - Übertragungsnetzwerks, insbesondere eines Echtzeit-ETHERNET- Netzwerks, gewonnen wird.
5. Verfahren nach einem der voranstellenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Zeitversatzwerte (Δt (n) ) mit einer Zähleinrichtung (70, 80) gebildet werden, die die Taktimpulse eines vorgegebenen Zähltakts (T) zählt und die jeweils durch Impulse des
Systemtakts (G) zurückgesetzt wird und deren Zählerstand (Z) jeweils als Zeitversatzwert (Δt (n) ) ausgelesen wird, wenn mit dem Hilfstakt (H) ein Hilfsabtastwert (U (n) ) aufgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit den Abtastwerten Strom- oder Spannungszeiger (U) gebildet werden.
7. Anordnung zum Abtasten eines Strom- oder Spannungsverlaufs (U(t)) und zum Bilden von Abtastwerten (U' (n) ) , die einen zeitlichen Bezug zu einem vorgegebenen Systemtakt (G) aufweisen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- eine mit dem Systemtakt (G) und mit einem relativ zum Systemtakt freilaufenden Hilfstakt (H) beaufschlagten Hilfsabtasteinrichtung (20) zum Bilden von Hilfsabtastwer- ten (U (n)) und zum Bilden von hilfsabtastwertindividuellen' Zeitversatzwerten (Δt) , die jeweils den Zeitversatz des Abtastzeitpunkts des zugeordneten Hilfsabtastwerts relativ zum Systemtakt angeben, und
- einer der Hilfsabtasteinrichtung (20) nachgeordneten Neuabtasteinrichtung (200), die die Hilfsabtastwerte (U(n)) der Hilfsabtasteinrichtung (20) unter Verwendung der hilfsab- tastwertindividuellen Zeitversatzwerte (Δt) einer Neuabtastung unterzieht, bei der die Abtastwerte (U' (n) ) gebildet werden, die sich zeitlich auf den Systemtakt (G) beziehen.
8. Anordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hilfsabtasteinrichtung einen Bestandteil eines Stromoder Spannungswandlers (510, 520) eines Energieübertragungs- systems bildet .
9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 7-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Neuabtasteinrichtung (200) einen Bestandteil eines Feldgerätes (530) , insbesondere eines Schutzgerätes, eines Ξnergieübertragungssystems bildet .
10. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 7-9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hilfsabtasteinrichtung und die Neuabtasteinrichtung über einen Datenübertragungsbus oder ein Datenübertragungsnetzwerk (540) miteinander verbunden sind.
11. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 7-10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Hilfsabtasteinrichtung eine Zähleinrichtung (70, 80) aufweist, die die Zeitversatzwerte (Δt (n) ) bildet, indem sie die Taktimpulse eines vorgegebenen Zähltakts (T) zählt, ihren Zählerstand (Z) jeweils bei Vorliegen eines Impulses des Systemtakts (G) zurücksetzt und als Zeitversatzwert ihren jeweiligen Zählerstand (Z) ausgibt, wenn mit dem Hilfstakt (H) ein Hilfsabtastwert (U(n)) aufgenommen wird.
12. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche 7-11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mit der Neuabtasteinrichtung (200) eine Zeigerbildungseinrichtung (210) verbunden ist, die mit den
Abtastwerten (UMn)) Strom- oder Spannungszeiger (U) bildet.
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