CN109347055B - 一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统 - Google Patents

一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统，属于电力系统继电保护技术领域，其特征在于：至少包括如下步骤：步骤一：获得跟频采样数据；步骤二：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率；步骤三：计算相位；步骤四：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差；步骤五：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度；步骤六：计算相位差，待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差。通过采用上述技术方案，本发明修正了跟频采样中引入的相位偏移，提高了相位差计算精度，可应用于同期装置、快切装置以及其它测控保护、仪器仪表、自动装置等。

Description

一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统。
背景技术
计算两个模拟量的相位差，通常的方法是通过傅氏算法分别计算实虚部，然后计算各自相位，最后得到相位差。该方法在工频稳定运行中，尚能保证测量精度，但如果出现频率偏移，就必须进行针对性的处理，否则就会出现相位误差甚至失真。针对频率偏移常用的方法是跟频采样，然而，当参与计算的模拟量分处于不同系统时，采样周期的变化，可能导致采样时刻不一致，由此出现相位偏移，引入相位差计算误差。因此，设计开发一种解决上述技术问题的基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统显得是尤为重要。
发明内容
针对现有技术存在的问题，当出现相位偏移，引入相位差计算误差，进而满足测量精度的要求，本发明提出了一种基于跟频采样的相位差补偿方法及补偿系统。
本发明的目的之一在于提供一种基于跟频采样的相位差补偿方法，至少包括如下步骤：
步骤一：获得跟频采样数据；所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻；参与比较的模拟量的采样时刻分别记为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，所述相位比较基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较；
步骤二：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F；
步骤三：计算相位；基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实部和模拟量虚部，然后根据模拟量实部和模拟量虚部计算各自相位，模拟量实部和模拟量虚部的相位依次记为A1和A2；
步骤四：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，采样时差记为dT，则dT＝T1-T2；
步骤五：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，补偿角记为A0，则A0＝360*F*dT；
步骤六：计算相位差；待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，相位差记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
进一步：在所述步骤一中：所述跟频采样为硬件跟频，按照目标采样周期，直接调整AD采样周期。
进一步：在所述步骤一中：所述跟频采样为软件跟频，按照目标采样周期，采用插值法对固定频率采样的数据重新进行采样。
本发明的目的之二在于提供一种基于跟频采样的相位差补偿方法的系统，至少包括：
获得跟频采样数据模块：获得跟频采样数据；所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻；参与比较的模拟量的采样时刻分别记为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，所述相位比较基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较；
获得频率模块：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F；
计算相位模块：计算相位；基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实部和模拟量虚部，然后根据模拟量实部和模拟量虚部计算各自相位，模拟量实部和模拟量虚部的相位依次记为A1和A2；
计算采样时差模块：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，采样时差记为dT，则dT＝T1-T2；
计算补偿角模块：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，补偿角记为A0，则A0＝360*F*dT；
计算相位差模块：计算相位差；待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，相位差记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
本发明的目的之三在于提供一种实现基于跟频采样的相位差补偿方法的计算机程序。
本发明的目的之四在于提供一种实现基于跟频采样的相位差补偿方法的信息数据处理终端。
本发明的目的之五在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行基于跟频采样的相位差补偿方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明通过相位差补偿的方法，修正了跟频采样中因所处系统不同，而导致的采样时刻不一致、并由此引入的相位偏移问题，提高了相位差计算精度，为数据的分析判断提供了可靠依据。当应用于同期装置和快切装置时，利于准确捕捉两系统或两电源间的同相位点，可提高同期合闸和快速电源切换出口的精准性，减少合闸瞬间对发电机和系统的冲击，提高运行稳定性和电气设备寿命。除了同期装置和快切装置，该方法还可应用于其它测控保护、仪器仪表、自动装置等。
附图说明
图1为本发明优选实施例的流程图；
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。
一种基于跟频采样的相位差补偿方法，所述相位差补偿方法，即以直接采用傅氏算法所得相位为基础，根据参与比较的模拟量的采样时差，按照实时频率进行角度折算，并对相位差进行补偿的方法。上述基于跟频采样的相位差补偿方法包括以下步骤：
步骤1：获得跟频采样数据；
步骤2：获得频率；
步骤3：计算相位；
步骤4：计算采样时差；
步骤5：计算补偿角；
步骤6：计算相位差。
请参阅图1；一种基于跟频采样的相位差补偿方法，所述跟频采样，区别于固定频率采样，它根据模拟量频率实时调整采样频率，从而实现每周波固定点数采样。跟频采样包括硬件跟频和软件跟频两种方式。硬件跟频时，按照目标采样周期，直接调整AD采样周期；软件跟频时，按照目标采样周期，采用插值法对固定频率采样的数据重新进行采样。
所述相位差补偿方法，即以直接采用傅氏算法所得相位为基础，根据参与比较的模拟量的采样时差，按照实时频率进行角度折算，并对相位差进行补偿的方法。具体实现步骤如下：
步骤1：获得跟频采样数据。所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻。为便于说明，记参与比较的模拟量的采样时刻分别为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，下同。所述基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，即其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较。
步骤2：获得频率。记参与比较的模拟量的频率分别为F1和F2，比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F，即当T1在T2之前时时，F＝F2；当T1在T2之后时时，F＝F1。
步骤3：计算相位。基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实虚部，然后根据实虚部计算各自相位，依次记为A1和A2。
步骤4：计算采样时差。计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，记为dT，则dT＝T1-T2。
步骤5：计算补偿角。所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，记为A0，则A0＝360*F*dT。
步骤6：计算相位差。待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
优选实施例二、一种基于跟频采样的相位差补偿方法的补偿系统，包括：
获得跟频采样数据模块：获得跟频采样数据；所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻；参与比较的模拟量的采样时刻分别记为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，所述相位比较基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较；
获得频率模块：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F；
计算相位模块：计算相位；基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实部和模拟量虚部，然后根据模拟量实部和模拟量虚部计算各自相位，模拟量实部和模拟量虚部的相位依次记为A1和A2；
计算采样时差模块：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，采样时差记为dT，则dT＝T1-T2；
计算补偿角模块：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，补偿角记为A0，则A0＝360*F*dT；
计算相位差模块：计算相位差；待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，相位差记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
优选实施例三、一种实现基于跟频采样的相位差补偿方法的计算机程序，所述基于跟频采样的相位差补偿方法包括如下步骤：
步骤1：获得跟频采样数据。所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻。为便于说明，记参与比较的模拟量的采样时刻分别为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，下同。所述基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，即其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较。
步骤2：获得频率。记参与比较的模拟量的频率分别为F1和F2，比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F，即当T1在T2之前时时，F＝F2；当T1在T2之后时时，F＝F1。
步骤3：计算相位。基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实虚部，然后根据实虚部计算各自相位，依次记为A1和A2。
步骤4：计算采样时差。计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，记为dT，则dT＝T1-T2。
步骤5：计算补偿角。所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，记为A0，则A0＝360*F*dT。
步骤6：计算相位差。待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
优选实施例四、一种实现基于跟频采样的相位差补偿方法的信息数据处理终端。所述基于跟频采样的相位差补偿方法包括如下步骤：
步骤1：获得跟频采样数据。所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻。为便于说明，记参与比较的模拟量的采样时刻分别为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，下同。所述基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，即其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较。
步骤2：获得频率。记参与比较的模拟量的频率分别为F1和F2，比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F，即当T1在T2之前时时，F＝F2；当T1在T2之后时时，F＝F1。
步骤3：计算相位。基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实虚部，然后根据实虚部计算各自相位，依次记为A1和A2。
步骤4：计算采样时差。计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，记为dT，则dT＝T1-T2。
步骤5：计算补偿角。所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，记为A0，则A0＝360*F*dT。
步骤6：计算相位差。待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
优选实施例五、一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行基于跟频采样的相位差补偿方法，所述基于跟频采样的相位差补偿方法包括如下步骤：所述基于跟频采样的相位差补偿方法包括如下步骤：
步骤1：获得跟频采样数据。所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻。为便于说明，记参与比较的模拟量的采样时刻分别为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，下同。所述基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，即其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较。
步骤2：获得频率。记参与比较的模拟量的频率分别为F1和F2，比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F，即当T1在T2之前时时，F＝F2；当T1在T2之后时时，F＝F1。
步骤3：计算相位。基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实虚部，然后根据实虚部计算各自相位，依次记为A1和A2。
步骤4：计算采样时差。计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，记为dT，则dT＝T1-T2。
步骤5：计算补偿角。所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，记为A0，则A0＝360*F*dT。
步骤6：计算相位差。待比较模拟量和基准模拟量相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于跟频采样的相位差补偿方法，其特征在于：至少包括如下步骤：
步骤一：获得跟频采样数据；所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻；参与比较的模拟量的采样时刻分别记为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，所述相位比较基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较；
步骤二：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F；
步骤三：计算相位；基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实部和模拟量虚部，然后根据模拟量实部和模拟量虚部计算各自相位，模拟量实部的相位记为A1，模拟量虚部的相位记为A2；
步骤四：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，采样时差记为dT，则dT＝T1-T2；
步骤五：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，补偿角记为A0，则A0＝360*F*dT；
步骤六：计算相位差；待比较模拟量虚部的相位和模拟量实部的相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，相位差记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
2.根据权利要求1所述的基于跟频采样的相位差补偿方法，其特征在于：在所述步骤一中：所述跟频采样为硬件跟频，按照目标采样周期，直接调整AD采样周期。
3.根据权利要求1所述的基于跟频采样的相位差补偿方法，其特征在于：在所述步骤一中：所述跟频采样为软件跟频，按照目标采样周期，采用插值法对固定频率采样的数据重新进行采样。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的基于跟频采样的相位差补偿方法的补偿系统，其特征在于：至少包括：
获得跟频采样数据模块：获得跟频采样数据；所述采样数据包括采样瞬时值和采样时刻；参与比较的模拟量的采样时刻分别记为T1和T2，其中作为相位比较基准的模拟量附数字1表示，另一路模拟量附数字2表示，所述相位比较基准为多个模拟量进行相位比较时的公共模拟量，其它模拟量需要和该公共模拟量进行相位比较；
获得频率模块：获得频率；比较所记录的采样时刻，取时间在后的模拟量的频率，记为F；
计算相位模块：计算相位；基于跟频采样瞬时值，采用傅氏算法，分别计算模拟量实部和模拟量虚部，然后根据模拟量实部和模拟量虚部计算各自相位，模拟量实部的相位记为A1，模拟量虚部的相位记为A2；
计算采样时差模块：计算采样时差；计算基准模拟量和待比较模拟量各自最新采样时刻之差，采样时差记为dT，则dT＝T1-T2；
计算补偿角模块：计算补偿角；所需补偿角为按照实时频率在采样时差内所转过的角度，补偿角记为A0，则A0＝360*F*dT；
计算相位差模块：计算相位差；待比较模拟量虚部的相位和模拟量实部的相位之差，再加上补偿角，即得最终相位差，相位差记为dA，则dA＝A2-A1+A0。
5.一种实现权利要求1-3任一项所述基于跟频采样的相位差补偿方法的信息数据处理终端。
6.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-3任一项所述的基于跟频采样的相位差补偿方法。
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