CN102354108B

CN102354108B - 过采样实现动态采样速率调整的方法

Info

Publication number: CN102354108B
Application number: CN2011101524528A
Authority: CN
Inventors: 胡忠林; 黄福祥; 吴维宁; 卢文兵; 郑哲
Original assignee: State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: State Grid Electric Power Research Institute
Priority date: 2011-06-09
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2031-06-09
Also published as: CN102354108A

Abstract

过采样实现动态采样速率调整的方法，该方法对待测信号进行高速率的采样，结合采样需求，从过采样所采得的信号进行抽取有效的数据。其采样点需求应包括标准周期下的采样速率和在采样信号频率发生变化时的频率跟踪所对应的采样速率。本发明的有益效果在于，既减轻数字信号处理器的运行负担，亦可方便将采样模块应用于其他场合。

Description

过采样实现动态采样速率调整的方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，涉及对电力系统电量信号（电压、电流）的动态调整采样速率及自动频率跟踪技术。

背景技术

对电力系统的电量（电压、电流）信号进行采样，并由数字信号处理器进行处理（计算、分析、显示、通信等），以实时反映系统的运行状态，是电力系统自动化中的重要部分。目前数字信号处理器承载了大部分计算与控制工作。将采样控制部分功能进行模块封装，既减轻数字信号处理器的运行负担，使数字信号处理器能高效的进行信号处理，亦可方便将采样模块应用于其他场合，降低其他应用开发的技术难度，减轻开发工作量。采用过采样实现动态采样速率调整，可提高模块的复用性，适用于其他更多应用的采样需求。

发明内容

本发明的目的是给出一种利用过采样技术实现动态采样速率调整的方法，该方法对待测信号进行高速率的采样（过采样），结合采样需求，从过采样所采得的信号进行抽取有效的数据。其采样点需求应包括标准周期下的采样速率和在采样信号频率发生变化时的频率跟踪所对应的采样速率。

本发明的特征在于，其是按以下步骤实现的：

步骤（1），结合应用需求，形成以下参数初始值：

需求采样速率：SAM_RATE_ACT

差值有效参数：

SAM_RATE_PAR = \frac{SAM_RATE_REF}{SAM_RATE_ACT}

差值有效余数：LAST_RES

其中需求采样速率SAM_RATE_ACT为应用需求中所需的对信号进行采样的速率，SAM_RATE_REF为过采样所采用的采样速率，需求采样速率SAM_RATE_ACT应小于过采样速率SAM_RATE_REF的一半，差值有效参数在需求采样速率确定后，该值即为定值，差值有效余数为实时计算产生的条件变量，初始值为0。

步骤（2），以过采样速率SAM_RATE_REF进行采样，同时进行实时计算以下参数，形成差值判断条件：

SAM_PAR_INT = Int (SAM_RATE_PAR * \frac{FREQ_STD}{FREA_VAL})

上式中，SAM_PAR_INT为差值有效参数整数部分，FREQ_VAL为测量信号的实时频率，FREQ_STD为测量信号标准频率，SAM_RATE_PAR为差值有效参数。

上式中，SAM_PAR_RES为差值有效参数小数部分，FRE__VAL为测量信号的实时频率，FREQ_STD为测量信号标准频率，SAM_PAR_INT为差值有效参数的整数部分。

又设LAST_RES表示实时计算保留的小数部分，其由LAST_RES自身加上SAM_PAR_RES，SAM_PAR_RES为结合测量信号实时频率实时计算的差值有效参数余数部分。

又设LAST_CNT表示上次计数值，其赋值条件如下：

如果实时计算保留的小数部分LAST_RES小于1，则置LAST_CNT为差值有效参数整数部分SAM_PAR_INT，如果实时计算保留的小数部分LASR_RES不小于1，则置LAST_CNT为差值有效参数整数部分SAM_PAR_INT减1。

又设NEXT_CNT表示下次计数值，其赋值条件如下：

如果实时计算保留的小数部分LAST_RES等于1，则置NEXT_CNT为上次计数值LAST_CNT，否则，置NEXT_CNT为上次计数值LAST_CNT加1。

对上次计数值LAST_CNT与下次计数值NEXT_CNT实时计算，作为步骤（3）判断策略的判断条件。

步骤（3），设SAM_CNT表示采样计数值，并对SAM_CNT结合上次计数值LAST_CNT和下次计数值NEXT_CNT进行判断，依据以下判断策略，并进入相应的处理过程，在判断策略完成后，对采样计数值SAM_CNT进行加1处理：

1）若满足条件：采样计数值SAM_CNT等于上次计数值LAST_CNT，并且上次采样计数值LAST_CNT等于下次计数值NEXT_CNT，进入步骤（4）处理；

2）若满足条件：采样计数值SAM_CNT等于上次计数值LAST_CNT，并且上次采样计数值LAST_CNT不等于下次计数值NEXT_CNT，进入步骤（5）处理；

3）若满足条件：采样计数值SAM_CNT等于下次计数值NEXT_CNT，并且上次采样计数值LAST_CNT不等于下次计数值NEXT_CNT，进入步骤（6）处理；

4）若以上条件皆不满足，则进入步骤（2）处理；

另设SAMPLE_VAL表示过采样数据对应采样点数值，DATA表示需求采样数据对应采样点值，设DATA_BUF表示线性差值缓存采样点值。

步骤（4），在此处理进程中，过采样数据对应采样点数值SAMPLE_VAL即为需求采样数据对应采样点值DATA，即：

DATA=SAMPLE_VAL

需求采样数据对应采样点值DATA即为实时需求采样数据，可交由其他处理过程用于计算、通讯、显示等功能，回至步骤（2）处理过程。

步骤（5），在此处理过程中，采样数据对应采样点值DATA需进行线性差值处理计算得出，此处理过程对线性差值缓存采样点值DATA_BUF进行存储，以供步骤（6）进行差值计算。

DATA_BUF=SAMPLE_VAL

回至步骤（2）处理过程。

步骤（6），在此处理过程中，结合线性差值缓存采样点值DATA_BUF进行线性差值处理得到采样数据对应采样点值DATA，计算方法如下：

DATA=DATA_BUF*LAST_RES+SAMPLE_VAL*(1-LAST_RES)

上式中，DATA表示需求采样数据对应采样点值，DATA_BUF表示线性差值缓存采样点值，LAST_RES表示实时计算保留的小数部分，SAMPLE_VAL表示过采样数据对应采样点数值。

本发明的有益效果在于，既减轻数字信号处理器的运行负担，使数字信号处理器能高效的进行信号处理，亦可方便将采样模块应用于其他场合，降低其他应用开发的技术难度，减轻开发工作量。采用过采样实现动态采样速率调整，可提高模块的复用性，适用于其他更多应用的采样需求。

附图说明

图1：过采样实现动态采样速率调整的方法状态转移图。

图2：过采样实现动态采样速率调整的方法程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细介绍。本发明包括：

（一）过采样实现动态采样速率调整的方法

本发明采用过采样实现动态频率调整，以适应各种应用中对采样速率的需求，提高其复用性及通用性。本发明实施时，所采用的过采样速率为对50HZ电量信号进行测量，每周波采样点数2560点，即可得：

SAM_RATE_REF=2560*50=128000HZ。

实例1：需求采样速率为对50HZ电量信号进行测量，每周波采样点数为256点，即可得：

SAM_RATE_ACT=256*50=12800HZ

同时计算得差值有效参数：

SAM_RATE_PAR = \frac{SAM_RATE_REF}{SAM_RATE_ACT} = \frac{128000}{12800} = 10

即有效采样数据为过采样序列中间隔为10的序列，即对应于过采样序列中的点数为｛0，10，20，30，40，50，60……｝

实例2：需求采样速率为对50HZ电量信号进行测量，每周波采样点数为48点，即可得：

SAM_RATE_ACT=48*50=2400HZ

同时计算得差值有效参数：

SAM_RATE_PAR = \frac{SAM_RATE_REF}{SAM_RATE_ACT} = \frac{128000}{2400} = 53.333

即有效采样数据为过采样序列中间隔为53.333为有效采样序列，其有效数据计算方法为差值取样计算，有效采样数据第0个数据对为过采样序列中的第0点，有效采样序列的第1点为过采样序列中对应的第53点与第54点进行差值计算，即为：

DATA_0=SAMPLE_0，DATA_1=（SAMPLE_53*0.333）+(SAMPLE_54*0.666),DATA_2=(SAMPLE_106*0.666)+(SAMPLE_107*0.333),DATA_3=SAMPLE_160,

DATA_4=(SAMPLE_213*0.333)+(SAMPLE_214*0.666),……，依次计算。

（二）过采样实现自动频率跟踪的方法

在本发明中，需对标准情况下50HZ的电量信号进行采样，采用过采样速率为每周波采样点数2560点，需求采样速率为每周波采样点数为256点，即可得以下参数：

SAM_RATE_ACT=256*50=12800HZ，

SAM_RATE_REF=2560*50=128000HZ，待测信号实时频率FREQ_VAL由测量系统进行测得，FREQ_STD为50HZ。结合以上参数依据过采样实现动态采样速率调整的方法程序流程图进行处理。

Claims

1.过采样实现动态采样速率调整的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1），结合应用需求，形成以下参数初始值：

需求采样速率：SAM_RATE_ACT

差值有效参数：

SAM_RATE_PAR = \frac{SAM_RATE_REF}{SAM_RATE_ACT}

差值有效余数：LAST_RES

其中需求采样速率SAM_RATE_ACT为应用需求中所需的对信号进行采样的速率，SAM_RATE_REF为过采样所采用的采样速率，差值有效参数在需求采样速率确定后，该值即为定值，差值有效余数为实时计算产生的条件变量，初始值为0；

SAM_PAR_INT = Int (SAM_RATE_PAR * \frac{FREQ_STD}{FREA_VAL})

上式中，SAM_PAR_INT为差值有效参数整数部分，FREQ_VAL为测量信号的实时频率，FREQ_STD为测量信号标准频率，SAM_RATE_PAR为差值有效参数；

SAM_PAR_RES = SAM_RATE_PAR * \frac{FREQ_STD}{FREA_VAL} - SAM_PAR_INT

上式中，SAM_PAR_RES为差值有效参数小数部分，FREQ_VAL为测量信号的实时频率，FREQ_STD为测量信号标准频率，SAM_PAR_INT为差值有效参数的整数部分；

又设LAST_RES表示实时计算保留的小数部分，其由LAST_RES自身加上SAM_PAR_RES，SAM_PAR_RES为结合测量信号实时频率实时计算的差值有效参数余数部分；

又设LAST_CNT表示上次计数值，其赋值条件如下：

如果实时计算保留的小数部分LAST_RES小于1，则置LAST_CNT为差值有效参数整数部分SAM_PAR_INT，如果实时计算保留的小数部分LASR_RES不小于1，则置LAST_CNT为差值有效参数整数部分SAM_PAR_INT减1；

又设NEXT_CNT表示下次计数值，其赋值条件如下：

如果实时计算保留的小数部分LAST_RES等于1，则置NEXT_CNT为上次计数值LAST_CNT，否则，置NEXT_CNT为上次计数值LAST_CNT加1；

对上次计数值LAST_CNT与下次计数值NEXT_CNT实时计算，作为步骤（3）判断策略的判断条件；

4）若以上条件皆不满足，则进入步骤（2）处理；

另设SAMPLE_VAL表示过采样数据对应采样点数值，DATA表示需求采样数据对应采样点值，设DATA_BUF表示线性差值缓存采样点值；

DATA=SAMPLE_VAL

需求采样数据对应采样点值DATA即为实时需求采样数据，可交由其他处理过程用于计算、通讯、显示功能，回至步骤（2）处理过程；

步骤（5），在此处理过程中，采样数据对应采样点值DATA需进行线性差值处理计算得出，此处理过程对线性差值缓存采样点值DATA_BUF进行存储，以供步骤（6）进行差值计算；DATA_BUF=SAMPLE_VAL

回至步骤（2）处理过程；

DATA=DATA_BUF*LAST_RES+SAMPLE_VAL*(1-LAST_RES)

上式中，DATA表示需求采样数据对应采样点值，DATA_BUF表示线性差值缓存采样点值，LAST_RES表示实时计算保留的小数部分，SAMPLE_VAL表示过采样数据对应采样点数值；

需求采样数据对应采样点值DATA即为实时需求采样数据，回至步骤（2）处理过程。

2.根据权利要求1过采样实现动态采样速率调整的方法，其特征在于，所述的需求采样速率SAM_RATE_ACT应小于过采样速率SAM_RATE_REF的一半。