一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法
2023-05-29 10:23:26
專利名稱：一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法
技術領域：
本發明涉及儀器儀表測量領域，特別是涉及使用外置獨立A/D晶片進行採樣計算 的電力網絡儀表中一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法。
技術背景隨著眾多電力電子設備(如變頻器)在電力、鋼鐵、石油化工、大型機械設備等 各行各業應用越來越普遍，電網諧波的危害也越來越嚴重，大量企業對新型智能儀表 需求迫切，特別是帶諧波分析的電力網絡儀表成為治理諧波必不可少的監測設備。在現有的電力網絡儀表的常規設計中， 一般採用電能計量晶片加單片機的方案， 此方案的優點是綜合成本低，運行的穩定度高，缺點是計算的參數被電能計量晶片所 限制(如無法進行諧波分析)，靈活新差。將獨立A/D替代掉電能計量晶片能較好的解 決靈活性差的問題同時能保證較高的精度。但獨立A/D基本上都是只能粗調採樣頻率。 然而電網的頻率是跳動的，且這種跳動是細微的跳動(如50Hz的電網一般跳動在 49.5Hz~50.5Hz)。在程序運行時這種跳動將導致周波的採樣點數不固定，最終導致電 壓/電流,無功、諧波等計算參數跳動較大。 發明內容發明目的本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種電力網 絡儀表修改採樣頻率的方法。技術方案本發明公開了一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法，包括以下步驟:步驟(1)，通過A/D採樣單元獲得a^aN個採樣點信號，其中N為採樣周期波點 數，取值範圍為自然數；步驟(2)，根據採樣點信號判斷是否採樣了一個周期波，如果沒有返回步驟(1)， 如果有則進行下一步；步驟(3)，根據以下公式計算迭代周期波的採樣點數L:D = (M-N)/(|M-N|)*(-1);L=N+D;其中N為步驟(1)中採樣周期波點數，M為目標周期波點數； 步驟(4)，根據公式判斷是否迭代結束 如果IL-NI^1，表明迭代沒有結束，進行步驟(5)， 如果IL-NI-1，則表明迭代結束跳至步驟(7);步驟(5)，根據以下公式計算迭代周波每個點值，即插值法計算出迭代波形；& =丄/(丄+ ￡0*(& — aw) + a^，其中k從l取到L;3步驟(6)，將b廣bL賦值給a廣at，其中I^L+D，即修改迭代周波長度L，準備下 一次迭代，返回步驟(4);步驟(7)，保存採樣點a廣aM。本發明中，優選地，所述目標周期波點數M的取值範圍為50Hz穩定信號時採樣 周波點數的正負20%。如設定採樣頻率Fs=6.4KHz,則50Hz的信號採樣點數為128 點，則目標點數可選擇102 153之間任意整數。此為申請人經過反覆多次的實驗研發 中獲得的數量值，由於電網的頻率波動都在正負1%以內，所以完全滿足電網在波動時 實時的修正釆樣點數。通過迭代的方法逐次逼近目標周期波形的點數，每次迭代的點 數與上次相比只相差1，大大降低了迭代過程中線性化正弦波形所產生的誤差。有益效果本發明的有益效果是可以實時的跟蹤電網頻率的跳動，做到電網頻率 跳動時用於內部計算的周波點數不變。採用迭代方法的好處在於由於每次迭代的長度L 變化只有l (即圖中的D值只能是1或一1)，插值的點非常靠近被插值的點，大大降 低線性插值擬合正弦曲線帶來的誤差。有效的減少無功功率計算和快速傅立葉分析的 誤差。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做更進一步的具體說明，本發明的上述和/ 或其他方面的優點將會變得更加清楚。 圖示為本發明的流程圖。
具體實施例方式如圖所示，本發明公開了一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法，包括以下步驟步驟l，通過A/D採樣單元獲得a^aN個採樣點信號，其中N為採樣周期波點數， 取值範圍為自然數；步驟2，根據釆樣點信號判斷是否採樣了一個周期波，如果沒有返回步驟l，如果 有則進行下一步；步驟3，根據以下公式計算迭代周期波的採樣點數L:D = CM-N)/(|M-N|)*(-1);L=N+D;其中N為步驟1中採樣周期波點數，M為目標周期波點數；所述目標周期波點數 M的取值範圍為50Hz穩定信號時採樣周波點數的正負20%。如設定採樣頻率Fs= 6.4KHz，則50Hz的信號採樣點數為128點，貝ij目標點數可選擇102 153之間任意整 數。步驟4，根據公式判斷是否迭代結束 如果IL-Nl9tl，表明迭代沒有結束，進行步驟5，如果IL-NI-1，則表明迭代結束跳至步驟7; 步驟5，根據以下公式計算迭代周波每個點值& 二丄/(丄+ Z))"fl^-aw) + "w，其中k從l取到L; 步驟6,將bH5L賦值給a廣a^其中L=L+D,返回步驟4; 步驟7，保存採樣點a廣aM，之後進入主程序。在電力設備領域、特別是電力網絡儀表技術領域，獨立的A/D輸出的數據基本上 是固定採樣頻率的，而電網中的頻率是細微跳動的，這種跳動的頻率會導致一個周波 的採樣點數不穩定。在實際應用中，如不對這種跳動加以處理，計算的電網參數(如 無功、諧波等)都會引起較大的跳動。本發明中，所謂迭代法動態調節採樣頻率即對採樣電網的波形進行頻率計算，然 後根據計算結果調整採樣點數，通過逐次逼近的方法使其最終保證在電網頻率跳動時 每個周波的採樣點數依然是固定。舉例如下假設A/D的採樣頻率為6.4kHz，則理想50Hz的周波採樣128點。此時由於電網 頻率跳動由50Hz跳動到49.23Hz，則一個周波採樣130點。則第一次迭代周波長度L 為129，然後根據公式^ =丄/(丄+ /))*(^— _1) + (^_1計算出迭代波形。第二 次迭代長度L為128，同理計算出新的波形，第三次迭代長度L=127，由於l 127-1281=1, 所以迭代結束，保存bl,…bl28,這樣最終就計算出了 128點的周波。而當頻率跳動到 50.79Hz時， 一個周波採樣126點。則第一次迭代周波長度L=127，根據公式 & =丄/(丄+ D) * - "^) + "w計算出迭代波形。第二次迭代長度L為128， 同理計算出新的波形，第三次迭代長度L429，由於| 129-1281=1，所以迭代結束，保存 bl，…bl28,這樣最終就計算出了 128點的周波。本發明的關鍵在於在固定採樣頻率的情況下通過軟體迭代算法固定一個周波的採 樣點數，由於每次迭代L變化為1，每次迭代的步長非常小，如從129點迭代到128 點步長調整係數為1A28，即bk與ak的間距非常小，可大大降低線性插值導致波形線性 化畸變，減少後續的計算中因周波點數不固定帶來的麻煩。本發明實施中，所述的主程序，其步驟是a、採集數據；b、改變採樣頻率；C、 計算電壓/電流、有功/無功、諧波等參數；d、通訊。在加入了步驟b.改變採樣頻率也 就是本發明所述的方法後，通過軟體實時的動態調節採樣頻率，固定一個周波的採樣 點數，有效的消除電網中頻率跳動引起需要計算的電網參數跳動的不良影響。本發明提供了一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法的思路及方法，具體實現該 技術方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於 本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改 進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。本實施例中未明確的各組成 部份均可用現有技術加以實現。權利要求
1、一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟(1)，通過A/D採樣單元獲得a1～aN個採樣點信號，其中N為採樣周期波點數，取值範圍為自然數；步驟(2)，根據採樣點信號判斷是否採樣了一個周期波，如果沒有返回步驟(1)，如果有則進行下一步；步驟(3)，根據以下公式計算迭代周期波的採樣點數LD＝(M-N)/(M-N|)*(-1)；L＝N+D；其中N為步驟(1)中採樣周期波點數，M為目標周期波點數；步驟(4)，根據公式判斷是否迭代結束如果|L-N|≠1，表明迭代沒有結束，進行步驟(5)，如果|L-N|＝1，則表明迭代結束跳至步驟(7)；步驟(5)，根據以下公式計算迭代周波每個點值bk＝L/(L+D)*(ak-ak-1)+ak-1，其中k從1取到L；步驟(6)，修改迭代周波長度L，即將b1～bL賦值給a1～aL，其中L＝L+D，返回步驟(4)；步驟(7)，保存採樣點a1～aM。
2、 根據權利要求l所述的一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法，其特徵在於， 所述目標周期波點數M的取值範圍為50Hz穩定信號時採樣周波點數的正負20% 。
全文摘要
本發明公開了一種電力網絡儀表修改採樣頻率的方法，包括以下步驟步驟(1)，通過A/D採樣單元獲得a1～aN個採樣點信號，其中N為採樣周期波點數，取值範圍為自然數；步驟(2)，根據採樣點信號判斷是否採樣了一個周期波，如果沒有返回步驟(1)，如果有則進行下一步；步驟(3)，根據公式計算迭代周期波的採樣點數L；步驟(4)，根據公式判斷是否迭代結束；步驟(5)，根據公式計算迭代周波每個點值，即插值法計算出迭代波形；步驟(6)，修改迭代周波長度L；步驟(7)，保存採樣點a1～aM。
文檔編號G01R19/00GK101650385SQ20091003510
公開日2010年2月17日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者張鳳雛, 洪著財, 臻 祝, 許文專 申請人:江蘇斯菲爾電氣有限公司