CN104483563B - 电力信号的同步采样方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力信号的同步采样方法及系统，所述方法包括：测量电力信号的基波频率；获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。实施本发明的方法及系统，可减少同步采样操作、提高同步采样效率和降低同步采样频率。

Description

电力信号的同步采样方法及系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种电力信号的同步采样方法及系统。

背景技术

信号的同步采样在电力系统有广泛的应用，如电力谐波测量、系统阻抗测量等，高性能的信号同步采样一般通过硬件系统实现。

但是，高性能硬件系统的硬件结构复杂，导致同步采样操作繁复且成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对上述信号的同步采样方法、同步采样操作繁复且成本较高的问题，提供一种电力信号的同步采样方法及系统。

一种电力信号的同步采样方法，包括以下步骤：

测量电力信号的基波频率；

获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；

根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；

根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；

根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

一种电力信号的同步采样系统，包括：

基波频率测量模块，用于测量电力信号的基波频率；

同步采样频率模块，用于获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；

异步采样频率模块，用于根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；

异步数据采样模块，用于根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；

同步数据生成模块，用于根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

上述电力信号的同步采样方法及系统，测量电力信号的基波频率，将所述基波频率转换为异步采样频率；根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。可减少同步采样操作、提高同步采样效率和降低同步采样频率。

附图说明

图1是本发明电力信号的同步采样方法第一实施方式的流程示意图；

图2是本发明电力信号的同步采样系统第一实施方式的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明中的步骤虽然用标号进行了排列，但并不用于限定步骤的先后次序，除非明确说明了步骤的次序或者某步骤的执行需要其他步骤作为基础，否则步骤的相对次序是可以调整的。

请参阅图1，图1是本发明的电力信号的同步采样方法第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述电力信号的同步采样方法，可包括以下步骤：

步骤S101，测量电力信号的基波频率。

步骤S102，获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率。

步骤S103，根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值。

步骤S104，根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列。

步骤S105，根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

本实施方式，测量电力信号的基波频率，将所述基波频率转换为异步采样频率；根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。可减少同步采样操作、提高同步采样效率和降低同步采样频率。

其中，对于步骤S101，可通过电网领域惯用的测量设备测量电力信号的基波频率。并且要求基波频率测量相对误差小于|±5|×10^-6。

优选地，所述基波频率的范围可为45Hz至55Hz。

对于步骤S102，优选地，所述预设的基波频率整倍率可为200。在其他实施方式中，还可为其他数值。

对于步骤S103，优选地，所述异步采样频率为100KHz。在其他实施方式中，还可为其他频率值。

进一步地，在所述基波频率为50Hz时，所述频率比值为10。如果所述基波频率在45Hz至55Hz变化，则所述频率比值部在11.111111至9.090909之间变化。在其他实施方式中，还可为其他数值。

对于步骤S104，可通过电网领域惯用的采样设备根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列。对电力信号进行高密度异步采集可减小将异步数据序列转换为同步数据序列的幅值误差。

在一个实施例中，异步数据序列表达为式(1)，同步数据序列表达为式(2)：

X_i(m)

m＝0,1,2,3,..........,M-1 (1)；

式(1)中，X_i(m)为异步数据序列，M为异步数据序列长度。异步采样频率为f_n，单位Hz。

X_o(n)

n＝0,1,2,3,..........,N-1 (2)；

式(2)中，X_o(n)为同步数据序列，N为同步数据序列长度。

同步采样频率计算为式(3)：

f_o＝Kf_s (3)；

式(3)中，f_o为同步采样频率，单位Hz。f_s为基波频率，单位Hz。K为所述预设的基波频率整倍率，单位无量纲。

异步采样频率与同步采样频率的频率比值为式(4)：

对于步骤S105，优选地，所述预设的转换规则可为：基于任意1个同步离散数据点X_o(n)位于任意2个异步离散数据点X_i(m)、X_i(m+1)之间，设3个离散数据点为同1条直线上的3个点，因而可通过对任意2个异步离散数据点的计算得到任意1个同步离散数据点。

在一个实施例中，根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列的步骤包括以下步骤：

根据以下所述转换公式(5)，将所述异步数据序列转换为同步数据序列：

X_o(n)＝X_i(m)+[X_i(m+1)-X_i(m)](nk_f-m)

m＝(int)(nk_f)

n＝0,1,2,3,.........,N-1 (5)；

其中，X_o(n)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，X_i(m)和X_i(m+1)分别为所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，k_f为所述频率比值。(int)表示整数化。

请参阅图2，图2是本发明的电力信号的同步采样系统第一实施方式的流程示意图。

本实施方式的所述电力信号的同步采样系统，可包括基波频率测量模块100、同步采样频率模块200、异步采样频率模块300、异步数据采样模块400和同步数据生成模块500，其中：

基波频率测量模块100，用于测量电力信号的基波频率。

同步采样频率模块200，用于获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率。

异步采样频率模块300，用于根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值。

异步数据采样模块400，用于根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列。

同步数据生成模块500，用于根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

本实施方式，测量电力信号的基波频率，将所述基波频率转换为异步采样频率；根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。可减少同步采样操作、提高同步采样效率和降低同步采样频率。

其中，对于基波频率测量模块100，可通过电网领域惯用的测量设备测量电力信号的基波频率。基波频率测量相对误差小于|±5|×10^-6。

优选地，所述基波频率的范围可为45Hz至55Hz。在其他实施方式中，还可为其他数值范围。

对于同步采样频率模块200，优选地，所述预设的基波频率整倍率可为200。在其他实施方式中，还可为其他数值。

对于异步采样频率模块300，优选地，所述异步采样频率为100KHz。在其他实施方式中，还可为其他频率值。

进一步地，在所述基波频率为50Hz时，所述频率比值为10。如果所述基波频率在45Hz至55Hz变化，则所述频率比值部在11.111111至9.090909之间变化。在其他实施方式中，还可为其他数值。

对于异步数据采样模块400，可通过电网领域惯用的采样设备根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列。对电力信号进行高密度异步采集可减小将异步数据序列转换为同步数据序列的幅值误差。

在一个实施例中，异步数据序列表达为式(1)，同步数据序列表达为式(2)：

X_i(m)

m＝0,1,2,3,..........,M-1 (1)；

式(1)中，X_i(m)为异步数据序列，M为异步数据序列长度。异步采样频率为f_n，单位Hz。

X_o(n)

n＝0,1,2,3,..........,N-1 (2)；

式(2)中，X_o(n)为同步数据序列，N为同步数据序列的长度。

同步采样频率计算为式(3)：

f_o＝Kf_s (3)；

式(3)中，f_o为同步采样频率，单位Hz。f_s为基波频率，单位Hz。K为所述预设的基波频率整倍率，单位无量纲。

异步采样频率与同步采样频率的频率比值为式(4)：

对于同步数据生成模块500，优选地，所述预设的转换规则可为：基于任意1个同步离散数据点X_o(n)位于任意2个异步离散数据点X_i(m)、X_i(m+1)之间，设3个离散数据点为同1条直线上的3个点，因而可通过对任意2个异步离散数据点的计算得到任意1个同步离散数据点。

在一个实施例中，同步数据生成模块500还可用于：

根据以下所述转换公式(5)，将所述异步数据序列转换为同步数据序列：

X_o(n)＝X_i(m)+[X_i(m+1)-X_i(m)](nk_f-m)

m＝(int)(nk_f) (5)；

n＝0,1,2,3,.........,N-1

其中，X_o(n)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，X_i(m)和X_i(m+1)分别为所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，k_f为所述频率比值。(int)表示整数化。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种电力信号的同步采样方法，其特征在于，包括以下步骤：

测量电力信号的基波频率；

获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；

根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；

根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；

根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

2.根据权利要求1所述的电力信号的同步采样方法，其特征在于，所述基波频率的频率范围为45Hz至55Hz。

3.根据权利要求1所述的电力信号的同步采样方法，其特征在于，所述预设的基波频率整倍率为200。

4.根据权利要求1所述的电力信号的同步采样方法，其特征在于，所述异步采样频率为100KHz。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电力信号的同步采样方法，其特征在于，根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列的步骤包括以下步骤：

根据以下转换公式，将所述异步数据序列转换为同步数据序列：

$\begin{array}{c}{X}_o\left(n\right)=X_i\left(m\right)+\[X_i(m+1)-X_i\left(m\right)\]({\mathrm{nk}}_f-m)\\ m=\left(\mathrm{int}\right)\left({\mathrm{nk}}_f\right)\\ n=0,1,2,3,\mathrm{.........},N-1\\ N=\left(\mathrm{int}\right)\frac{M}{k_f}\end{array};$

其中，X_o(n)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，X_i(m)和X_i(m+1)分别为所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，k_f为所述频率比值，N为同步数据序列长度、单位无量纲，M为异步数据序列长度、单位无量纲，(int)为整数化。

6.一种电力信号的同步采样系统，其特征在于，包括：

基波频率测量模块，用于测量电力信号的基波频率；

同步采样频率模块，用于获取预设的基波频率整倍率与所述基波频率的乘积为同步采样频率；

异步采样频率模块，用于根据异步采样频率远大于所述同步采样频率的原则，获取远大于所述同步采样频率的异步采样频率，并获取所述异步采样频率与所述同步采样频率的频率比值；

异步数据采样模块，用于根据所述异步采样频率，对所述电力信号进行高密度异步数据采样，获得异步数据序列；

同步数据生成模块，用于根据预设的转换规则，将所述异步数据序列中的任意两个相邻的异步离散数据点和所述频率比值转换为一个同步离散数据点，生成同步数据序列。

7.根据权利要求6所述的电力信号的同步采样系统，其特征在于，所述基波频率的频率范围为45Hz至55Hz。

8.根据权利要求6所述的电力信号的同步采样系统，其特征在于，所述预设的基波频率整倍率为200。

9.根据权利要求6所述的电力信号的同步采样系统，其特征在于，所述异步采样频率为100KHz。

10.根据权利要求6至9中任意一项所述的电力信号的同步采样系统，其特征在于，所述同步数据生成模块还用于：

根据以下转换公式，将所述异步数据序列转换为同步数据序列：

$\begin{array}{c}{X}_o\left(n\right)=X_i\left(m\right)+\[X_i(m+1)-X_i\left(m\right)\]({\mathrm{nk}}_f-m)\\ m=\left(\mathrm{int}\right)\left({\mathrm{nk}}_f\right)\\ n=0,1,2,3,\mathrm{.........},N-1\\ N=\left(\mathrm{int}\right)\frac{M}{k_f}\end{array};$

其中，X_o(n)为所述同步数据序列中的第n个同步离散数据点，X_i(m)和X_i(m+1)分别为所述异步数据序列中的第m个异步离散数据点和第m+1个异步离散数据点，k_f为所述频率比值，N为同步数据序列长度、单位无量纲，M为异步数据序列长度、单位无量纲，(int)为整数化。