CN103217608B - 基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，它包括双微处理器单元和工控主板单元，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从交流电网采集相量信号，进而通过缓存器单元，与微处理器单元连接，同时双微处理器单元通过电源单元与交流电网连接；微处理器单元还分别于输入控制单元、双模式授时/定位单元连接；工控主板单元分别与双微处理器单元、鼠标键盘单元、显示器单元、报警单元连接，且通过三模式发送单元将计算结果传出；它具有同步测量精度高、实时性好、测量频率范围宽；双模式授时定位；多模式信号传输，组网方式灵活；同时在装置测量端在线分析、实时曲线显示、在线辨识预警，与桌面应用程序无缝集成等优点。

Description

基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机

技术领域

本发明涉及一种与嵌入式操作系统结合的轻型同步相量测量一体机（PMU Light），与桌面应用程序无缝集成。

背景技术

电网承担着优化资源配置、保障国家能源安全、促进经济社会发展的任务，中国能源与负荷分布严重不平衡，决定着大电网互联是中国电网发展的必经之路。特高压电网的建成将使各大区域电网联系更加紧密，对电力系统广域测量提出了更高的要求。对电网进行广域测量，实时监测电网相量动态信息，是保障大电网稳定运行的必要手段。

目前电网中同步相量测量的主要设备是PMU（同步相量测量单元），它基于全球定位系统（Global Positioning System，GPS）提供的高精度同步时钟，实现了异地同步相量测量技术，PMU记录电网电压电流相量，提取这些相量信息，即可以确定系统的工作状态，在电力系统分析和控制诸多领域起着重要作用。

但是随着智能电网时代的到来，PMU的应用显现出了其局限性。

1、常规PMU成本造价昂贵，且需要装设在主要发电厂、变电站等重要节点，安装复杂；

2、常规PMU授时、定位单元为GPS（全球定位系统），属于美国控制的资源和技术，存在美国关停GPS后系统无法授时的风险；

3、常规PMU需设专线通信传输通道，铺设线路成本较高，且限制了装置安装测量地点；

4、常规PMU没有融入现在先进的3G（第三代无线通信技术）无线通信技术；

5、常规PMU组成的同步测量系统，在系统主站服务器进行分析、计算、显示，没有在测量端进行直观分析、曲线显示、在线辨识故障及报警等。

鉴于常规PMU的部分缺陷，220v用户侧电网相量测量及发送装置（专利号：201120251335.2，公开号CN202159086U）初步解决了PMU造价高、装设复杂、授时定位受国外资源限制、通信复杂等缺陷。实际用于中发现该发明也存在一些不足：

1、装置测量精度方面，在信号频率偏离基准频率较大时，精度受影响，测量范围受限；

2、装置测量各相量结果在计算分析方面，实时性有待提高；装置的硬件结构需要改进；

3、信号传输方面，因装置安装在220V用户侧，有线internet传输在部分地区受到上网方式的限制；

4、装置和PMU存在一个共同缺陷，能将同步测量数据传输到主站服务器进行在线分析计算、预警等，没有在测量端用户侧装置上进行在线分析、实时曲线显示、在线辨识、预警等。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，它具有同步测量精度高、实时性好、测量频率范围宽；双模式授时定位；多模式信号传输，组网方式灵活；同时在装置测量端在线分析、实时曲线显示、在线辨识预警，与桌面应用程序无缝集成等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机（PMU Light），包括双微处理器单元、工控主板单元、信号调理模数转换单元、缓存器单元、电源单元、输入控制单元、双模式授时/定位单元、鼠标键盘单元、显示器单元、报警单元和三模式发送单元，所述双微处理器单元包括第一微处理器和第二微处理器，第一微处理器通过信号调理模数转换单元从交流电网采集相量信号，进而通过缓存器单元，与第二微处理器连接，同时双微处理器单元通过电源单元与交流电网连接；双微处理器单元还与输入控制单元、双模式授时/定位单元连接；工控主板单元分别与双微处理器单元、鼠标键盘单元、显示器单元、报警单元连接，且通过三模式发送单元将计算结果传出。

所述第一微处理器通过控制信号调理模数转换单元，将电网电压经变压、滤波、AD转换后，获得瞬时电压数据；经缓存器单元，被第二微处理器接收，计算出电网侧电压的相角、幅值、频率等相量；同时与双模式授时/定位单元（GPS或者北斗导航系统）的精准时间等信息整合，得到实时相量信息；之后由第二微处理器将具有时间标签的电网相量采用双模式发送方式传送至工控主板单元，工控主板单元实时接收数据并在线绘制、分析实时相量曲线，出现异常情况时直接在线报警，与此同时工控主板单元通过三模式发送方式实时将数据发送到主站服务器，便于整个系统联网状态下分析控制。

所述双微处理器单元为两块基于ARM的中央计算模块。目前在处理器的选择上，一方面16位单片机的指令和性能有限，另一方面32位处理器的成本和功耗高，那么，基于ARMCortex-M3内核的STM32系列处理器能解决这个问题。

STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARMCortex-M3内核。按性能分成两个不同的系列：STM32F103“增强型”系列和STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到72MHz，是同类产品中性能最高的产品；时钟频率72MHz时，从闪存执行代码，STM32功耗36mA，是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5mA/MHz。在这里我们选择STM32F103“增强型”系列。

所述缓存器单元为高速缓存模块双口RAM7005。

所述工控主板单元选用研华工业ATX主板AIMB-252，处理速度快，接口丰富，功耗低。

所述信号调理模数转换单元包括依次连接的变压器模块、RC信号滤波模块、模数转换模块。

所述控制单元为按键。

所述显示器单元为7寸1024*600分辨率的工业控制显示器。

所述双模式授时/定位单元为GPS系统模块和北斗导航系统的双模式授时模块。

所述三模式数据发送单元为无线通信模块、串行通信模块和internet有线通信模块。

所述利用自适应二次评估算法计算电网侧电压的相角、幅值、频率等相量。

所述自适应二次估计算法，比常规的电网相量测量装置及《双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置》所采用的离散傅里叶变换算法相比，在测量信号频率偏离基准频率±5Hz情况下，测量精度更高，且测量频率范围更广。

所述自适应二次估计算法包括一次采样算法和二次采样频率算法；

所述一次采样算法为基于离散傅里叶算法的快速傅里叶算法，在得到一个频率之后，进行第二次采样及计算，得到最终的频率，结合本发明的硬件结构的优点，计算速度快，精度高。

二次采样频率算法如下：

设电网电压信号如下式

$X\left(t\right)=\sqrt{2}X\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})---\left(3\right)$

X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；t：时间；φ：相角。

${\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$

$=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}k-j\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}k---\left(4\right)$

$\≡X_c-{\mathrm{jX}}_s$

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{\sqrt{2}}{j\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{1}{\sqrt{2}}(X_s+{\mathrm{jX}}_c)---\left(5\right)$

当前电压相量形式；由FFT计算的到的基波相量；X_cX_s：定义的实部虚部；j:虚数单位；N：每一个窗口的采样点数；k：系数1,2,3…N；X_k：采样点值。

对上述计算窗口内的N个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式（6）、（7）递归得到当前相量，由式（5）得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值。依次类推，计算若干个窗口的数据点，得到相应的电压相量值。

${X_c}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\cos 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(6\right)$

${X_s}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\sin 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(7\right)$

X_N：新增加的点；X₀：摒弃的点；X_s ^(new)X_c ^(new)：新增加点得到的相量实部虚部。

根据得到的电压相量值，由相角的变化率根据式（8）计算偏差频率，最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值相角。

$\mathrm{\Δf}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(8\right)$

ψ：相量的相角；Δf：一次采样频率偏差。

由此可以得到一次采样频率：

$f_1=f_0+\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

f₁：一次采样频率；f₀：电网基准额定频率。

有一次频率偏差Δf，再调整采样频率进行二次采样，进而得到二次采样情况下的相量的相角ψ'，再利用公式（8）求得二次采样频率偏差如下式：

${\mathrm{\Δf}}^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{{\mathrm{d\ψ}}^{\′}}{\mathrm{dt}}---\left(10\right)$

最终求得二次采样频率如下式：

f_fine＝f₀+Δf+Δf'                  （11）

f_fine为最终的二次采样频率，Δf'为二次采样频率偏差。

本发明的有益效果：

1高精度采集实时低压侧电网相量信息，采用两步式自适应评估修正算法，使得电压幅值、相角、频率等实时相量精度高，且不受偏离基准值影响，测量范围宽。2000Hz的采样频率及20Hz的发送频率使得装置既能为稳态过程又能为暂态过程分析提供实测数据。

2在装置测量端整合工控主板单元及嵌入式操作系统，与桌面应用程序无缝集成，实现了测量端在线分析计算、绘制实时相量曲线并显示，在线辨识本地故障并报警的功能。

3三模式数据发送单元与系统主站服务器连接，可以根据实地网络资源灵活选择internet有线通信、GPRS无线通信和串行通信方式。

4双模式授时/定位单元使得装置同步安全性增强。优先选择GPS授时，定位，精确度高，在GPS失准时自动切换到北斗导航系统，时间、地理位置信号可靠性高，实现不同装置之间的时间同步，便于服务器对电力系统不同地点的相量进行分析。

5本装置采用双微处理器单元构造，保证了采样及计算的速度和协调，同时丰富的外围电路为装置的功能扩展留有足够的空间。模数转换处理单元采用CS5460A的设计应用，也大大减轻了微处理器的负担，加之掉电检测、非易失性存储器的使用，使装置的整体性能和可靠性大大增强。

附图说明

图1为系统整体结构图；

图2为信号调理模数转换单元结构图；

图3为变压滤波模块接线图；

图4为模数转换模块CS5460A接线图；

图5为定位授时单元接线图；

图6为三模式数据发送单元接线图；

图7为显示器单元；

图8为微处理器1程序执行流程图；

图9为微处理器2程序执行流程图；

图10为算法流程图；

图11装置软件构架图；

其中，1、第一微处理器；2、第二微处理器；3、工控主板；4、缓存器；5、220v交流电源；6、信号调理模数转换单元；7、控制单元；8、双模式授时/定位单元；9、双路输出工业电源；10、鼠标键盘单元；11、显示器单元；12、三模式数据发送单元；13、报警单元；14、变压器模块；15、RC滤波单元；16、模数转换模块；17、无线通信模块；18、串行通信模块；19、internet有线通信模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1为一种基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机结构图，它包括第一微处理器1、第二微处理器2和工控主板3，第一微处理器1通过信号调理模数转换单元6从220v交流电源5采集相量信号，进而通过缓存器4，与第二微处理器2连接，同时第一微处理器1通过双路输出工业电源9与220v交流电源5连接；第一微处理器1与控制单元7连接，第二微处理器1还分别与控制单元17、双模式授时/定位单元8连接；工控主板3分别与第一微处理器1、第二微处理器2、鼠标键盘单元10、显示器单元11、报警单元13连接，且通过三模式数据发送单元12将计算结果传出。缓存器4的型号为ID7005。

220v低压侧电网信号经信号调理模数转换单元6，经变压、滤波得到模拟弱电信号，第一微处理器1控制模数转换模块16以2000hz频率采集数字信号，并传给缓存器4，第二微处理器2分析出电网的幅值、频率、相位，采集双模式授时/定位单元8的信号得到时间、地理信息，与计算出的相量整合，得到时序的电网相量，并控制数据发送到工控主板3，工控主板3接收分析数据并在显示器单元11显示各信息量及实时曲线，同时通过三模式数据发送单元12将数据发送到终端服务器分析，在测量数据达到预警状态时，工控主板3会控制报警单元13发信号报警。

图2的信号调理模数转换单元6所示，其中，信号调理电路包括变压器模块14，它将220V强电信号转变成150mV弱电信号，同时RC滤波单元15将电网的谐波滤去，留下基波信号。信号调理电路原理图如图2、图3所示：利用电压互感器（TV1013-1），将实际电网电压变成弱电信号，通过RC滤波单元15滤去电网信号中小的畸变，转换成可采样的信号。TV1013-1额定输入输出电流2mA，将电网允许电压最高标定到450V，调理得到模数转换模块16即AD转换芯片（CS5460A）的最高输入电压为150mV。模数转换模块16如图4所示，其核心部件为芯片CS5460A。

AD芯片CS5460A，驱动电压5V，采样频率设为2K HZ，即每0.5ms对模拟信号进行一次采样，进行一次AD转换。数字信号输出形式为24位的二进制补码，转换完成时向第一微处理器1发出中断请求，第一微处理器1响应中断读出AD转换的电压瞬时值数据。

采用标准SPI通信方式进行通信，通信占用四个通信线，节约了芯片管脚，同时为PCB的布局上节省了空间。

图5双模式定位/授时单元8的接线图，双模式授时/定位单元8有两套定位系统，GPS系统和北斗导航系统。目前GPS定位系统授时精度大于北斗导航系统，普通状态下选择GPS系统对转置进行授时、定位。自动检测GPS信号质量，当其信号不可用时，自动切换到北斗导航系统。

双模式授时/定位单元8外接天线接收卫星信息，对信号进行处理，得到实时的时间、地理信息（定位时间大约要5分钟，即启动5分钟后才能得到精确的信息），通过串口向第二微处理器2传输信息，即RXD3，TXD3（图5所示）。

图6中，三模式数据发送单元12为本装置终端服务器建立连接实现数据通信的单元，它由三部分组成：无线通信模块17，串行通信模块18，internet有线通信模块19。在装置开始运行前可对通信方式进行设置，选择GPRS无线、串行或者有线通信方式。

无线通信模块17为GPRS、3G、或CDMA，装有开通相关业务SIM手机卡，是一个小型的移动基站，可通过USB接口与微处理器通信，接收指令，在系统初始化3G模块等设置后通过3G模块等与服务器建立连接，与服务器进行通信。

internet有线通信模块18为嵌入式以太网串口数据转换模块，10/100M自适应以太网接口，32位ARM9微处理器进行数据格式转换，实现串口数据与以太网数据的转换，连接internet网络，进行数据传输。

GPRS通信、串行通信和internet有线通信各有优势，装置测量地点可根据实地情况选择有利通信方式，在装置初始化时选择通信方式，微处理器选择使用哪条通道。

图7的显示器单元11，采用成熟的液晶显示模块，12v电源启动，通过VGA接口与工控主板连接，实时显示电网各相量及时间、定位信息及数据发送状态，并且各变量形成实时曲线直观显示，亦可显示故障报警信息。

控制单元7为按键，用于启动、复位第一微处理器1、第二微处理器2，键盘鼠标单元10为工控主板3的外围设备，用来实现装置的人机交互及桌面的无缝连接操作。

图8为第一微处理器1的程序执行流程图，第一微处理器1初始化包括第一微处理器1功能配置初始化；模数转换模块16的初始化，向其发送命令，准备转换。

图9为第二微处理器2的程序执行流程图，初始化包括：第二微处理器2芯片功能配置初始化，串口通信模块18初始化。

图10中，本发明采用的电压频率、幅值、相角算法为自适应二次估计算法，比常规的电网相量测量装置及《双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置》所采用的离散傅里叶变换算法相比，在测量信号频率偏离基准频率±5Hz情况下，测量精度更高，且测量频率范围更广。

算法流程图中的一次采样算法为基于离散傅里叶算法的快速傅里叶算法，在得到一个频率之后，进行第二次采样及计算，得到最终的频率，结合本发明的硬件结构的优点，计算速度快，精度高。

二次采样频率算法的简要介绍如下：

设电网电压信号如下式

$X\left(t\right)=\sqrt{2}X\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\φ})---\left(3\right)$

X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；t：时间；φ：相角。

${\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}}$

$=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}k-j\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}k---\left(4\right)$

$\≡X_c-{\mathrm{jX}}_s$

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{\sqrt{2}}{j\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{1}{\sqrt{2}}(X_s+{\mathrm{jX}}_c)---\left(5\right)$

当前电压相量形式；由FFT计算的到的基波相量；X_cX_s：定义的实部虚部；j:虚数单位；N：每一个窗口的采样点数，此发明取N=40；k：系数1,2,3…N；X_k：采样点值。

对上述计算窗口内的N个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式（6）、（7）递归得到当前相量，由式（5）得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值。依次类推，计算5个窗口即5N=200个数据点，共得到161个相量值。

${X_c}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\cos 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(6\right)$

${X_s}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\sin 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(7\right)$

X_N：新增加的点；X₀：摒弃的点；X_s ^(new)X_c ^(new)：新增加点得到的相量实部虚部。

根据得到的81个电压相量，由相角的变化率根据式（8）计算偏差频率，最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值相角。

$\mathrm{\Δf}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(8\right)$

ψ：相量的相角；Δf：一次采样频率偏差。

由此可以得到一次采样频率：

$f_1=f_0+\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

f₁：一次采样频率；f₀：电网基准额定频率，本发明取50Hz。

有一次频率偏差Δf，再调整采样频率进行二次采样，进而得到二次采样情况下的相量的相角ψ'，再利用公式（8）求得二次采样频率偏差如下式：

${\mathrm{\Δf}}^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{{\mathrm{d\ψ}}^{\′}}{\mathrm{dt}}---\left(10\right)$

最终求得二次采样频率如下式：

f_fine＝f₀+Δf+Δf'                       （11）f_fine为最终的二次采样频率，Δf'为二次采样频率偏差。

图11装置软件构架图，装置上电之后各模块初始化，工控主板3开机，在双模式授时/定位单元8有效的情况下，第一微处理器1控制相应模块采集信息，之后数据进入第二微处理器2进行分析计算，结果送到工控主板3，工控主板3汇集实时所有信息在显示器单元11实时显示各相量及相应的实时曲线，同时通过三模式发送模块12将信息发送到主站服务器，组网分析。在双模式授时/定位单元8接收数据无效时，装置自动跳转自主时钟，正常运转。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，其特征是，包括双微处理器单元、工控主板单元、信号调理模数转换单元、双模式授时/定位单元、三模式数据发送单元，所述双微处理器单元包括第一微处理器和第二微处理器，双微处理器单元通过电源单元与交流电网连接；所述第一微处理器通过控制信号调理模数转换单元，将电网电压经变压、滤波、AD转换后，获得瞬时电压数据；经缓存器单元，被第二微处理器接收，计算出电网侧电压的相角、幅值、频率相量，同时与双模式授时/定位模块的时间信息整合，得到实时相量信息，之后由第二微处理器将具有时间标签的电网相量采用双模式发送方式传送至工控主板单元，工控主板单元实时接收数据并在线绘制、分析实时相量曲线，出现异常情况时直接在线报警，与此同时工控主板单元通过三模式发送方式实时将数据发送到主站服务器；

所述电网侧电压的相角、幅值、频率相量利用自适应二次估计算法计算；

所述自适应二次估计算法包括一次采样算法和二次采样频率算法；所述一次采样算法为基于离散傅里叶算法的快速傅里叶算法，在得到一个频率之后，进行二次采样及计算，得到最终的频率；

二次采样频率算法如下：

设电网电压信号如下式

$X\left(t\right)=\sqrt{2}X\sin (\mathrm{\ωt}+\mathrm{\ψ})---\left(3\right)$

X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；t：时间；ψ：相角；

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k{e}^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}}\\ =\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}k-j\\ =X_c-j{X}_s\end{array},\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}k\right.---\left(4\right)$

$\stackrel{\‾}{X}=\frac{1}{\sqrt{2}}j{\stackrel{\‾}{X}}_1=\frac{1}{\sqrt{2}}(X_s+j{X}_c)---\left(5\right)$

当前电压相量形式；由FFT计算的到的基波相量；X_s：定义的实部；X_c：定义的虚部；j:虚数单位；N：每一个窗口的采样点数；k：系数1,2,3…N；X_k：采样点值；

对上述计算窗口内的N个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式(6)、(7)递归得到当前相量，由式(5)得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值；依次类推，计算若干个窗口的数据点，得到相应的电压相量值；

${X_c}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\cos \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\cos 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(6\right)$

${X_s}^{\left(\mathrm{new}\right)}=\frac{2}{N}\underset{k=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_k\sin \frac{2\mathrm{\π}}{N}\left(k\right)+\frac{2}{N}\sin 2\mathrm{\π}(X_N-X_0)---\left(7\right)$

X_N：新增加的点；X₀：摒弃的点；新增加点得到的相量实部；新增加点得到的相量虚部；

根据得到的电压相量值，由相角的变化率根据式(8)计算偏差频率，最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值、相角；

$\mathrm{\Δf}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(8\right)$

ψ：相量的相角；Δf：一次采样频率偏差；

由此得到一次采样频率：

$f_1=f_0+\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{\mathrm{d\ψ}}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

f₁：一次采样频率；f₀：电网基准额定频率；

由一次频率偏差Δf，再调整采样频率进行二次采样，进而得到二次采样情况下的相量的相角ψ'，再利用公式(8)求得二次采样频率偏差如下式：

${\mathrm{\Δf}}^{\′}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\frac{{\mathrm{d\ψ}}^{\′}}{\mathrm{dt}}---\left(10\right)$

最终求得二次采样频率如下式：

f_fine＝f₀+Δf+Δf'   (11)

f_fine为最终的二次采样频率，Δf'为二次采样频率偏差。

2.如权利要求1所述的基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，其特征是，所述信号调理模数转换单元包括依次连接的变压器模块、RC信号滤波模块、模数转换模块。

3.如权利要求1所述的基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，其特征是，所述双模式授时/定位单元为GPS系统模块和北斗导航系统的双模式授时模块。

4.如权利要求1所述的基于嵌入式操作系统的轻型同步相量测量一体机，其特征是，所述三模式数据发送单元为无线通信模块、串行通信模块和internet有线通信模块。