電力數據的採集及處理方法
2023-08-13 17:29:06
專利名稱：電力數據的採集及處理方法
技術領域：
本發明屬於電力自動化測控技術類，具體是一種電力數據的採集及處理方法。
背景技術：
數據採集是獲取信息的重要手段，在已有應用系統中，往往藉助各類傳感 器，在控制器或處理器的協調下完成採樣。由於採集部件和處理部件緊密耦合， 已有系統的靈活性、通用性較差，不便於系統升級和功能擴展；而基於通用數 據採集卡完成採樣與處理，雖然解決了複雜計算和系統升級問題，但存在以下 不足①難以滿足電力系統對實時性、高精度、多變的採樣頻率和採樣時間的 要求；②通用數據採集卡只負責數據採集，不具備信號處理能力，或是具有一 定的信號處理能力，但控制處理算法不可配置，二次開發成本高；③軟硬體固 化設計導致系統升級和功能擴展的成本直線上升；④數據分析依賴計算機，工 作環境受到限制。電力系統自動化、信息化的進一步發展，要求相關監測監控 設備滿足測量精度、工作環境不受限制的同時，還要求在系統升級和功能擴展 方面提供支持。己有的電力數據採集及處理方法，難以滿足以上要求。隨著嵌 入式技術的發展和數位訊號處理技術的成熟，基於高性能嵌入式處理器和實時 嵌入式作業系統，定製專用的同步採樣方法，配備算法調配模塊來實現電力數 據採集與處理的這一方法，將解決現有方法的諸多不足，提供系統升級和功能 擴展的可靠平臺，提升電力監測和監控自動化、信息化水平，並為相關新設備 的設計開發提供新的思路和解決方案。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術和方法的不足，公開一種專為電力監測監控儀器儀表設計、能實時採樣、快速處理的集數據採集與信號處理於一體的電力 數據的採集及處理方法。
本發明包括硬體平臺設計、自適應周期變化的同步採樣方法研製以及高可 配置軟體算法實現三大部分。
本發明的技術方案如下
本發明為電力數據的採集及處理方法，其特徵在於採用高性能嵌入式處
理器DSP+ARM架構，在採集處理端和控制端分別基於DSP/BIOS和嵌入式 Linux部署軟體設施，同時採用同步採樣方法，配置算法調配模塊實現電力數據 的採集與處理。
本發明採用先進的嵌入式系統技術，構建基於DSP和ARM的電力數據採 集與處理的硬體平臺，其中DSP處理計算密集型任務，完成數據採集和信號處 理；而以ARM為核心的控制模塊完成實時性要求不高的系統任務，如系統配置 管理、人機互動、通信等。
本發明在高性能硬體平臺基礎上，採集處理端和控制端分別基於DSP/BIOS 和嵌入式Linux部署軟體設施，增強實時性，實現高效靈活控制。在採樣控制程 序中，採用定製自適應周期變化的同步採樣方法，確保原始數據的採樣精度， 減少信號處理時的頻譜洩露，提高信號分析精度；設置算法調配模塊，獲得軟 件高度可配置；預留信號處理算法接口，便於算法擴展，增強系統通用性。
本發明針對電力監測監控系統的儀器儀表專門設計，能完成多通道高精度 同步採樣，集數據釆集與信號處理於一體，控制處理算法高度可配置，適用於 以電壓電流值為原始數據的電力自動化測控領域。本發明科學合理，在滿足高 精度的前提下，具有通用性，並為新型監測監控裝置的設計與開發提供可靠的解決方案，適應電力系統自動化、信息化的發展要求。
圖l是本發明原理框圖。
圖2是數據採集模塊硬體結構圖。
圖3是最佳採樣時刻計算示意圖。
圖4是同步採樣流程圖。
圖5是數據採集與處理的軟體模塊圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明具體方法作一詳細描述。
通用的電力數據的採集及處理方法，包括信號變送、數據採集與處理、信號 分析與診斷三個部分，其中數據採集與處理是核心。如圖1所示，本發明電壓 電流信號在同步算法的控制下，經過高精靈敏傳感器1 (包括電流傳感器、電壓 傳感器)、調理電路2將信號變送到基於DSP的數據採集與處理模塊3，調用FFT、 小波變換等算法模塊4、數字濾波、誤差修補和標度變換模塊5中合適的算法分 析計算並存儲相關結果，等待基於ARM和嵌入式作業系統的控制模塊6調用。 該控制模塊選用ARM9為處理器， 一方面提供足夠的計算能力，完成數據分析 處理模塊9;另一方面利用其豐富的外圍接口，實現友好的人機接口，實現顯示 模塊7、鍵盤輸入模塊8、遠程通訊模塊10、數據存儲模塊11、聲光報警模塊 12等功能。
本發明對電力系統進行監測監控時，往往需要採集多路信號，如圖2所示， 電壓電流模擬信號經過隔離變換13、通道選擇14、限幅電路15，接入模數轉換 器16，實現模擬信號到數位訊號的轉變，最後將得到的數位訊號交給DSP處理模塊17。同時經過同步方波變換電路18和DSP處理模塊17內置的捕獲功能， 實現頻率測量。其中，模數轉換器16選用兩片高速高精模數轉換器AD7656， 實現多達十二路信號同時採樣，DSP處理模塊17選用TMS320F2812，滿足信號處理要求。如圖3所示過程為信號頻率的實時測量，首先由測頻電路測得一路信號周 期19，根據經過修正的實測周期20加權計算得到待測周期21， 一路信號周期 19、待測周期21繼續加權計算得到實際指導採樣的周期22，對採樣數據處理計 算得到的周期23並用於修正待測周期21，重複這一過程，直到採樣結束。圖4為同步採樣的流程圖。採樣過程中增加累加器SUM，設初值為0，每採 樣一次執行SUM=SUM+ S ( S為由於定時器解析度不可能無限小而產生的尾數)， 比較SUM與定時器最小解析度Td的大小。若SUM小於Td，採樣間隔保持不變； 否則本次和下次採樣間隔增加一個Td並執行SUM-Td,重複這一過程直到採樣 結束。該同步採樣方法累積偏差控制在一個Td (定時器最小計時單位)內，隨 著定時器解析度的進一步提高，Td能足夠小，因而由它產生的誤差很小，再結 合實時測量的信號周期，最終確保同步採樣順利進行。圖5為數據採集與處理的軟體模塊圖，本部分實現軟體算法高可配置性。 在同步採樣模塊24的控制下，採用桌球緩存技術實現數據存儲25並進行信號 處理26，算法調配模塊27依據系統參數設置28，調用算法庫29中合適的算法 進行信號處理，得到處理結果並存儲。算法調配模塊27預留算法擴展接口，實 現算法更新以提高通用性和靈活性，整個軟體基於DSP/BI0S設計。本發明首先構建了以DSP和ARM為核心的硬體平臺，DSP完成密集計算， ARM實現控制與交互，兩則相得益彰。其次定製了自適應周期變化的軟體同步 採樣方法，設計了算法模塊，提高了精度、增強了通用性。
權利要求
1、一種電力數據的採集及處理方法，其特徵在於採用高性能嵌入式處理器DSP+ARM架構，在採集處理端和控制端分別基於DSP/BIOS和嵌入式Linux部署軟體設施，同時採用同步採樣方法，配置算法調配模塊實現電力數據的採集與處理。
2、 根據權利要求1中所述電力數據的採集及處理方法，其特徵在於所述 的同步採樣方法採用自適應周期變化的軟體，信號周期實時測量，累計偏差控 制在一個定時器最小計時單位之內。
全文摘要
本發明屬於電力自動化測控技術類，具體是一種電力數據的採集及處理方法，其特徵在於採用高性能嵌入式處理器DSP+ARM架構，在採集處理端和控制端分別基於DSP/BIOS和嵌入式Linux部署軟體設施，同時採用同步採樣方法，配置算法調配模塊實現電力數據的採集與處理，其中同步採樣方法採用自適應周期變化的軟體，信號周期實時測量，累計偏差控制在一個定時器最小計時單位之內。本發明針對電力系統檢測監控儀器儀表專門設計，能完成多通道同步採樣，併集採集與採樣於一體，科學合理，能實現電力數據的同步採樣，從而滿足電力數據多通道、高精度、強實時、自動化的要求。
文檔編號G06F17/40GK101295324SQ20081006198
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月3日 優先權日2008年6月3日
發明者潘竹生, 鍾發榮 申請人:浙江師範大學