CN101295324A - 电力数据的采集及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力自动化测控技术类，具体是一种电力数据的采集及处理方法，其特征在于：采用高性能嵌入式处理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据的采集与处理，其中同步采样方法采用自适应周期变化的软件，信号周期实时测量，累计偏差控制在一个定时器最小计时单位之内。本发明针对电力系统检测监控仪器仪表专门设计，能完成多通道同步采样，并集采集与采样于一体，科学合理，能实现电力数据的同步采样，从而满足电力数据多通道、高精度、强实时、自动化的要求。
Description
技术领域
本发明属于电力自动化测控技术类，具体是一种电力数据的采集及处理方法。
背景技术
数据采集是获取信息的重要手段，在已有应用系统中，往往借助各类传感器，在控制器或处理器的协调下完成采样。由于采集部件和处理部件紧密耦合，已有系统的灵活性、通用性较差，不便于系统升级和功能扩展；而基于通用数据采集卡完成采样与处理，虽然解决了复杂计算和系统升级问题，但存在以下不足：①难以满足电力系统对实时性、高精度、多变的采样频率和采样时间的要求；②通用数据采集卡只负责数据采集，不具备信号处理能力，或是具有一定的信号处理能力，但控制处理算法不可配置，二次开发成本高；③软硬件固化设计导致系统升级和功能扩展的成本直线上升；④数据分析依赖计算机，工作环境受到限制。电力系统自动化、信息化的进一步发展，要求相关监测监控设备满足测量精度、工作环境不受限制的同时，还要求在系统升级和功能扩展方面提供支持。已有的电力数据采集及处理方法，难以满足以上要求。随着嵌入式技术的发展和数字信号处理技术的成熟，基于高性能嵌入式处理器和实时嵌入式操作系统，定制专用的同步采样方法，配备算法调配模块来实现电力数据采集与处理的这一方法，将解决现有方法的诸多不足，提供系统升级和功能扩展的可靠平台，提升电力监测和监控自动化、信息化水平，并为相关新设备的设计开发提供新的思路和解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术和方法的不足，公开一种专为电力监测监控仪器仪表设计、能实时采样、快速处理的集数据采集与信号处理于一体的电力数据的采集及处理方法。
本发明包括硬件平台设计、自适应周期变化的同步采样方法研制以及高可配置软件算法实现三大部分。
本发明的技术方案如下：
本发明为电力数据的采集及处理方法，其特征在于：采用高性能嵌入式处理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据的采集与处理。
本发明采用先进的嵌入式系统技术，构建基于DSP和ARM的电力数据采集与处理的硬件平台，其中DSP处理计算密集型任务，完成数据采集和信号处理；而以ARM为核心的控制模块完成实时性要求不高的系统任务，如系统配置管理、人机交互、通信等。
本发明在高性能硬件平台基础上，采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，增强实时性，实现高效灵活控制。在采样控制程序中，采用定制自适应周期变化的同步采样方法，确保原始数据的采样精度，减少信号处理时的频谱泄露，提高信号分析精度；设置算法调配模块，获得软件高度可配置；预留信号处理算法接口，便于算法扩展，增强系统通用性。
本发明针对电力监测监控系统的仪器仪表专门设计，能完成多通道高精度同步采样，集数据采集与信号处理于一体，控制处理算法高度可配置，适用于以电压电流值为原始数据的电力自动化测控领域。本发明科学合理，在满足高精度的前提下，具有通用性，并为新型监测监控装置的设计与开发提供可靠的解决方案，适应电力系统自动化、信息化的发展要求。
附图说明
图1是本发明原理框图。
图2是数据采集模块硬件结构图。
图3是最佳采样时刻计算示意图。
图4是同步采样流程图。
图5是数据采集与处理的软件模块图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体方法作一详细描述。
通用的电力数据的采集及处理方法，包括信号变送、数据采集与处理、信号分析与诊断三个部分，其中数据采集与处理是核心。如图1所示，本发明电压电流信号在同步算法的控制下，经过高精灵敏传感器1(包括电流传感器、电压传感器)、调理电路2将信号变送到基于DSP的数据采集与处理模块3，调用FFT、小波变换等算法模块4、数字滤波、误差修补和标度变换模块5中合适的算法分析计算并存储相关结果，等待基于ARM和嵌入式操作系统的控制模块6调用。该控制模块选用ARM9为处理器，一方面提供足够的计算能力，完成数据分析处理模块9；另一方面利用其丰富的外围接口，实现友好的人机接口，实现显示模块7、键盘输入模块8、远程通讯模块10、数据存储模块11、声光报警模块12等功能。
本发明对电力系统进行监测监控时，往往需要采集多路信号，如图2所示，电压电流模拟信号经过隔离变换13、通道选择14、限幅电路15，接入模数转换器16，实现模拟信号到数字信号的转变，最后将得到的数字信号交给DSP处理模块17。同时经过同步方波变换电路18和DSP处理模块17内置的捕获功能，实现频率测量。其中，模数转换器16选用两片高速高精模数转换器AD7656，实现多达十二路信号同时采样，DSP处理模块17选用TMS320F2812，满足信号处理要求。
如图3所示过程为信号频率的实时测量，首先由测频电路测得一路信号周期19，根据经过修正的实测周期20加权计算得到待测周期21，一路信号周期19、待测周期21继续加权计算得到实际指导采样的周期22，对采样数据处理计算得到的周期23并用于修正待测周期21，重复这一过程，直到采样结束。
图4为同步采样的流程图。采样过程中增加累加器SUM，设初值为0，每采样一次执行SUM＝SUM+δ(δ为由于定时器分辨率不可能无限小而产生的尾数)，比较SUM与定时器最小分辨率Td的大小。若SUM小于Td，采样间隔保持不变；否则本次和下次采样间隔增加一个Td并执行SUM-Td，重复这一过程直到采样结束。该同步采样方法累积偏差控制在一个Td(定时器最小计时单位)内，随着定时器分辨率的进一步提高，Td能足够小，因而由它产生的误差很小，再结合实时测量的信号周期，最终确保同步采样顺利进行。
图5为数据采集与处理的软件模块图，本部分实现软件算法高可配置性。在同步采样模块24的控制下，采用乒乓缓存技术实现数据存储25并进行信号处理26，算法调配模块27依据系统参数设置28，调用算法库29中合适的算法进行信号处理，得到处理结果并存储。算法调配模块27预留算法扩展接口，实现算法更新以提高通用性和灵活性，整个软件基于DSP/BIOS设计。
本发明首先构建了以DSP和ARM为核心的硬件平台，DSP完成密集计算，ARM实现控制与交互，两则相得益彰。其次定制了自适应周期变化的软件同步采样方法，设计了算法模块，提高了精度、增强了通用性。
Claims (2)
1、一种电力数据的采集及处理方法，其特征在于：采用高性能嵌入式处理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据的采集与处理。
2、根据权利要求1中所述电力数据的采集及处理方法，其特征在于：所述的同步采样方法采用自适应周期变化的软件，信号周期实时测量，累计偏差控制在一个定时器最小计时单位之内。
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Publications (1)
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