CN101650385A

CN101650385A - 一种电力网络仪表修改采样频率的方法

Info

Publication number: CN101650385A
Application number: CN200910035101A
Authority: CN
Inventors: 洪著财; 祝臻; 张凤雏; 许文专
Original assignee: JIANGSU SFERE ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: JIANGSU SFERE ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2010-02-17

Abstract

本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤：步骤(1)，通过A/D采样单元获得a₁～a_N个采样点信号，其中N为采样周期波点数，取值范围为自然数；步骤(2)，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤(1)，如果有则进行下一步；步骤(3)，根据公式计算迭代周期波的采样点数L；步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束；步骤(5)，根据公式计算迭代周波每个点值，即插值法计算出迭代波形；步骤(6)，修改迭代周波长度L；步骤(7)，保存采样点a₁～a_M。

Description

一种电力网络仪表修改采样频率的方法

技术领域

本发明涉及仪器仪表测量领域，特别是涉及使用外置独立A/D芯片进行采样计算的电力网络仪表中一种电力网络仪表修改采样频率的方法。

背景技术

随着众多电力电子设备(如变频器)在电力、钢铁、石油化工、大型机械设备等各行各业应用越来越普遍，电网谐波的危害也越来越严重，大量企业对新型智能仪表需求迫切，特别是带谐波分析的电力网络仪表成为治理谐波必不可少的监测设备。

在现有的电力网络仪表的常规设计中，一般采用电能计量芯片加单片机的方案，此方案的优点是综合成本低，运行的稳定度高，缺点是计算的参数被电能计量芯片所限制(如无法进行谐波分析)，灵活新差。将独立A/D替代掉电能计量芯片能较好的解决灵活性差的问题同时能保证较高的精度。但独立A/D基本上都是只能粗调采样频率。然而电网的频率是跳动的，且这种跳动是细微的跳动(如50Hz的电网一般跳动在49.5Hz～50.5Hz)。在程序运行时这种跳动将导致周波的采样点数不固定，最终导致电压/电流，无功、谐波等计算参数跳动较大。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电力网络仪表修改采样频率的方法。

技术方案：本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤：

步骤(1)，通过A/D采样单元获得a₁～a_N个采样点信号，其中N为采样周期波点数，取值范围为自然数；

步骤(2)，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤(1)，如果有则进行下一步；

步骤(3)，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数L：

D＝(M-N)/(|M-N|)*(-1)；

L＝N+D；

其中N为步骤(1)中采样周期波点数，M为目标周期波点数；

步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束：

如果|L-N|≠1，表明迭代没有结束，进行步骤(5)，

如果|L-N|＝1，则表明迭代结束跳至步骤(7)；

步骤(5)，根据以下公式计算迭代周波每个点值，即插值法计算出迭代波形；

b_k＝L/(L+D)*(a_k-a_k-1)+a_k-1，其中k从1取到L；

步骤(6)，将b₁～b_L赋值给a₁～a_L，其中L＝L+D，即修改迭代周波长度L，准备下一次迭代，返回步骤(4)；

步骤(7)，保存采样点a₁～a_M。

本发明中，优选地，所述目标周期波点数M的取值范围为50Hz稳定信号时采样周波点数的正负20％。如设定采样频率Fs＝6.4KHz，则50Hz的信号采样点数为128点，则目标点数可选择102～153之间任意整数。此为申请人经过反复多次的实验研发中获得的数量值，由于电网的频率波动都在正负1％以内，所以完全满足电网在波动时实时的修正采样点数。通过迭代的方法逐次逼近目标周期波形的点数，每次迭代的点数与上次相比只相差1，大大降低了迭代过程中线性化正弦波形所产生的误差。

有益效果：本发明的有益效果是可以实时的跟踪电网频率的跳动，做到电网频率跳动时用于内部计算的周波点数不变。采用迭代方法的好处在于由于每次迭代的长度L变化只有1(即图中的D值只能是1或-1)，插值的点非常靠近被插值的点，大大降低线性插值拟合正弦曲线带来的误差。有效的减少无功功率计算和快速傅立叶分析的误差。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图示为本发明的流程图。

具体实施方式：

如图所示，本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤：

步骤1，通过A/D采样单元获得a₁～a_N个采样点信号，其中N为采样周期波点数，取值范围为自然数；

步骤2，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤1，如果有则进行下一步；

步骤3，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数L：

D＝(M-N)/(|M-N|)*(-1)；

L＝N+D；

其中N为步骤1中采样周期波点数，M为目标周期波点数；所述目标周期波点数M的取值范围为50Hz稳定信号时采样周波点数的正负20％。如设定采样频率Fs＝6.4KHz，则50Hz的信号采样点数为128点，则目标点数可选择102～153之间任意整数。

步骤4，根据公式判断是否迭代结束：

如果|L-N|≠1，表明迭代没有结束，进行步骤5，

如果|L-N|＝1，则表明迭代结束跳至步骤7；

步骤5，根据以下公式计算迭代周波每个点值：

b_k＝L/(L+D)*(a_k-a_k-1)+a_k-1，其中k从1取到L；

步骤6，将b₁～b_L赋值给a₁～a_L，其中L＝L+D，返回步骤4；

步骤7，保存采样点a₁～a_M，之后进入主程序。

在电力设备领域、特别是电力网络仪表技术领域，独立的A/D输出的数据基本上是固定采样频率的，而电网中的频率是细微跳动的，这种跳动的频率会导致一个周波的采样点数不稳定。在实际应用中，如不对这种跳动加以处理，计算的电网参数(如无功、谐波等)都会引起较大的跳动。

本发明中，所谓迭代法动态调节采样频率即对采样电网的波形进行频率计算，然后根据计算结果调整采样点数，通过逐次逼近的方法使其最终保证在电网频率跳动时每个周波的采样点数依然是固定。举例如下：

假设A/D的采样频率为6.4kHz，则理想50Hz的周波采样128点。此时由于电网频率跳动由50Hz跳动到49.23Hz，则一个周波采样130点。则第一次迭代周波长度L为129，然后根据公式b_k＝L/(L+D)*(a_k-a_k-1)+a_k-1计算出迭代波形。第二次迭代长度L为128，同理计算出新的波形，第三次迭代长度L＝127，由于|127-128|＝1，所以迭代结束，保存b1，…b128，这样最终就计算出了128点的周波。而当频率跳动到50.79Hz时，一个周波采样126点。则第一次迭代周波长度L＝127，根据公式b_k＝L/(L+D)*(a_k-a_k-1)+a_k-1计算出迭代波形。第二次迭代长度L为128，同理计算出新的波形，第三次迭代长度L＝129，由于|129-128|＝1，所以迭代结束，保存b1，…b128，这样最终就计算出了128点的周波。

本发明的关键在于在固定采样频率的情况下通过软件迭代算法固定一个周波的采样点数，由于每次迭代L变化为1，每次迭代的步长非常小，如从129点迭代到128点步长调整系数为1/128，即bk与ak的间距非常小，可大大降低线性插值导致波形线性化畸变，减少后续的计算中因周波点数不固定带来的麻烦。

本发明实施中，所述的主程序，其步骤是：a、采集数据；b、改变采样频率；c、计算电压/电流、有功/无功、谐波等参数；d、通讯。在加入了步骤b.改变采样频率也就是本发明所述的方法后，通过软件实时的动态调节采样频率，固定一个周波的采样点数，有效的消除电网中频率跳动引起需要计算的电网参数跳动的不良影响。

本发明提供了一种电力网络仪表修改采样频率的方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。

Claims

1、一种电力网络仪表修改采样频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(3)，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数L：

D＝(M-N)/(M-N|)*(-1)；

L＝N+D；

其中N为步骤(1)中采样周期波点数，M为目标周期波点数；

步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束：

如果|L-N|≠1，表明迭代没有结束，进行步骤(5)，

如果|L-N|＝1，则表明迭代结束跳至步骤(7)；

步骤(5)，根据以下公式计算迭代周波每个点值：

b_k＝L/(L+D)*(a_k-a_k-1)+a_k-1，其中k从1取到L；

步骤(6)，修改迭代周波长度L，即将b₁～b_L赋值给a₁～a_L，其中L＝L+D，返回步骤(4)；

步骤(7)，保存采样点a₁～a_M。

2、根据权利要求1所述的一种电力网络仪表修改采样频率的方法，其特征在于，所述目标周期波点数M的取值范围为50Hz稳定信号时采样周波点数的正负20％。