CN109490612A - 一种频率自适应的交流量测量方法和系统 - Google Patents
一种频率自适应的交流量测量方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种频率自适应的交流量测量方法，属于电力系统自动化技术领域，其特征在于：至少包括如下步骤：步骤一：获得原始采样数据；步骤二：获得待测交流量频率；步骤三：软件采样；具体包括：基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率结合目标采样频率用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值；步骤四：交流量计算；具体为：基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实虚部、有效值和相位信息。通过采用上述技术方案，本发明能够适用于不同工频系统，同时能够保证频率偏移时测量的精度。
Description
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种频率自适应的交流量测量方法和系统。
背景技术
目前，国际上广为使用的工频系统主要有50Hz和60Hz两种。在进行交流量测量时，针对不同的工频系统，需要进行不同的处理，由此增加了系统选择项，以便可以通过人机界面或远程操作设置和切换，以保证设备能够正常工作。另外，电力系统运行过程中，频率并非一成不变，合理的偏移会被允许并且长期运行，此时如果不进行针对处理，所测量的电气量就会出现波动现象，产生较大测量误差。由此，需要一种能自适应不同工频、自适应频率偏移的交流量测量方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，为了应用于不同工频系统，并保证频率偏移时测量的精度，本发明提出了一种频率自适应的交流量测量方法和系统。
本发明的目的之一在于提供一种频率自适应的交流量测量方法，至少包括如下步骤：
步骤一：获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率Fs结合目标采样频率Fg用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值。当每周波采样点数固定为N时，目标采样频率Fg＝Fs*N，软件采样周期Tg＝1/Fg；记原始采样周期为Ts，连续的三个采样值依次为y1、y2、y3，以时间为坐标轴建立坐标系，当重采样时标为t，即对于2Ts的占空比为k时，计算软件重采样值Sg，得Sg＝2k*k*(y1+y3-2y2)-k*(y1-y3)+y2。
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。则实部R＝S1*Kr1+S2*Kr2+……+SN*KrN，虚部X＝S1*Kx1+S2*Kx2+……+SN*KxN，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列，Kr1、Kr2……KrN为实部系数，Kx1、Kx2……KxN为虚部系数。
本发明的目的之二在于提供一种频率自适应的交流量测量方法的系统，至少包括：
采样模块，获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；
测频模块，获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率；
软件采样模块；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率Fs结合目标采样频率Fg用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值。当每周波采样点数固定为N时，目标采样频率Fg＝Fs*N，软件采样周期Tg＝1/Fg；记原始采样周期为Ts，连续的三个采样值依次为y1、y2、y3，以时间为坐标轴建立坐标系，当重采样时标为t，即对于2Ts的占空比为k时，计算软件重采样值Sg，得Sg＝2k*k*(y1+y3-2y2)-k*(y1-y3)+y2。
交流量计算模块；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。则实部R＝S1*Kr1+S2*Kr2+……+SN*KrN，虚部X＝S1*Kx1+S2*Kx2+……+SN*KxN，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列，Kr1、Kr2……KrN为实部系数，Kx1、Kx2……KxN为虚部系数。
本发明的目的之三在于提供一种实现频率自适应的交流量测量方法的计算机程序。
本发明的目的之四在于提供一种实现频率自适应的交流量测量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，使得计算机执行频率自适应的交流量测量方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：
本发明通过使用插值计算的软件跟频采样，确保了每周波采样点数固定，消除了交流量计算中因频率变化而导致的非均等采样偏差，因此可以自适应于不同的工频系统，无论50Hz或60Hz系统均能准确测量，并且在频率偏移时，亦能保证测量精度，不会出现周期性波动，而且无需额外的设置，简化了管理维护，拓宽了应用范围。本发明可应用于仪表、测控和保护设备。
附图说明
图1为本发明优选实施例的流程图；
图2为本发明优选实施例的软件采样原理示意图；
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2，一种频率自适应的交流量测量方法，包括：
步骤一：获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；记任一待测交流量的采样数据为y1、y2、y3……yN；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率，记为Fs，取值60Hz；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率Fs结合目标采样频率Fg用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值。当每周波采样点数固定为N时，目标采样频率Fg＝Fs*N，软件采样周期Tg＝1/Fg；记原始采样周期为Ts，连续的三个采样值依次为y1、y2、y3，以时间为坐标轴建立坐标系，当重采样时标为t，即对于2Ts的占空比为k时，计算软件重采样值Sg，得Sg＝2k*k*(y1+y3-2y2)-k*(y1-y3)+y2；
作为优选，在本优选实施例中：取每周波采样点数N＝20，则目标采样频率Fg＝Fs*N＝1200Hz，软件采样周期Tg＝1/Fg＝1/1200；以y2为基准点进行软件采样，则软件采样序列所对应的采样时标依次为0、1/1200、2/1200……；取原始采样周期Ts＝1/1000(即工频50Hz时，每周波20点采样的采样周期)，则软件采样序列所对应的采样数据依次为y2、0.347*(y1+y3-2y2)-0.417*(y1-y3)+y2、0.222*(y2+y4-2y3)-0.333*(y2-y4)+y3……。
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。则实部R＝S1*Kr1+S2*Kr2+……+SN*KrN，虚部X＝S1*Kx1+S2*Kx2+……+SN*KxN，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列，Kr1、Kr2……KrN为实部系数，Kx1、Kx2……KxN为虚部系数。
作为优选，在本优选实施例中：每周波20点采样的实部系数取：0、316、601、828、973、1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317；虚部系数取：1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317、-1、316、601、828、973。则实部R＝S1*0+S2*316+……-S20*317，虚部X＝S1*1024+S2*973+……+S20*973，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列。
优选实施例二、一种实现频率自适应的交流量测量方法的系统，包括：
采样模块，获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；记任一待测交流量的采样数据为y1、y2、y3……yN；
测频模块，获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率，记为Fs，取值60Hz；
软件采样模块；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样。取每周波采样点数N＝20，则目标采样频率Fg＝Fs*N＝1200Hz，软件采样周期Tg＝1/Fg＝1/1200；以y2为基准点进行软件采样，则软件采样序列所对应的采样时标依次为0、1/1200、2/1200……；取原始采样周期Ts＝1/1000(即工频50Hz时，每周波20点采样的采样周期)，则软件采样序列所对应的采样数据依次为y2、0.347*(y1+y3-2y2)-0.417*(y1-y3)+y2、0.222*(y2+y4-2y3)-0.333*(y2-y4)+y3……。
交流量计算模块；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。每周波20点采样的实部系数取：0、316、601、828、973、1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317；虚部系数取：1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317、-1、316、601、828、973。则实部R＝S1*0+S2*316+……-S20*317，虚部X＝S1*1024+S2*973+……+S20*973，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列。
优选实施例三、一种实现频率自适应的交流量测量方法的计算机程序，所述频率自适应的交流量测量方法包括如下步骤：
步骤一：获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；记任一待测交流量的采样数据为y1、y2、y3……yN；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率，记为Fs，取值60Hz；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样。取每周波采样点数N＝20，则目标采样频率Fg＝Fs*N＝1200Hz，软件采样周期Tg＝1/Fg＝1/1200；以y2为基准点进行软件采样，则软件采样序列所对应的采样时标依次为0、1/1200、2/1200……；取原始采样周期Ts＝1/1000(即工频50Hz时，每周波20点采样的采样周期)，则软件采样序列所对应的采样数据依次为y2、0.347*(y1+y3-2y2)-0.417*(y1-y3)+y2、0.222*(y2+y4-2y3)-0.333*(y2-y4)+y3……。
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。每周波20点采样的实部系数取：0、316、601、828、973、1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317；虚部系数取：1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317、-1、316、601、828、973。则实部R＝S1*0+S2*316+……-S20*317，虚部X＝S1*1024+S2*973+……+S20*973，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列。
优选实施例四、一种实现频率自适应的交流量测量方法的信息数据处理终端。所述频率自适应的交流量测量方法包括如下步骤：
步骤一：获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；记任一待测交流量的采样数据为y1、y2、y3……yN；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率，记为Fs，取值60Hz；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样。取每周波采样点数N＝20，则目标采样频率Fg＝Fs*N＝1200Hz，软件采样周期Tg＝1/Fg＝1/1200；以y2为基准点进行软件采样，则软件采样序列所对应的采样时标依次为0、1/1200、2/1200……；取原始采样周期Ts＝1/1000(即工频50Hz时，每周波20点采样的采样周期)，则软件采样序列所对应的采样数据依次为y2、0.347*(y1+y3-2y2)-0.417*(y1-y3)+y2、0.222*(y2+y4-2y3)-0.333*(y2-y4)+y3……。
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。每周波20点采样的实部系数取：0、316、601、828、973、1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317；虚部系数取：1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317、-1、316、601、828、973。则实部R＝S1*0+S2*316+……-S20*317，虚部X＝S1*1024+S2*973+……+S20*973，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列。
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，使得计算机执行频率自适应的交流量测量方法，所述频率自适应的交流量测量方法包括如下步骤：所述频率自适应的交流量测量方法包括如下步骤：
步骤一：获得原始采样数据，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；记任一待测交流量的采样数据为y1、y2、y3……yN；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率，记为Fs，取值60Hz；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样。取每周波采样点数N＝20，则目标采样频率Fg＝Fs*N＝1200Hz，软件采样周期Tg＝1/Fg＝1/1200；以y2为基准点进行软件采样，则软件采样序列所对应的采样时标依次为0、1/1200、2/1200……；取原始采样周期Ts＝1/1000(即工频50Hz时，每周波20点采样的采样周期)，则软件采样序列所对应的采样数据依次为y2、0.347*(y1+y3-2y2)-0.417*(y1-y3)+y2、0.222*(y2+y4-2y3)-0.333*(y2-y4)+y3……。
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息。每周波20点采样的实部系数取：0、316、601、828、973、1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317；虚部系数取：1024、973、828、601、316、0、-317、-602、-829、-974、-1024、-974、-829、-602、-317、-1、316、601、828、973。则实部R＝S1*0+S2*316+……-S20*317，虚部X＝S1*1024+S2*973+……+S20*973，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列。
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 (5)
1.一种频率自适应的交流量测量方法，通过使用插值计算的软件跟频采样，确保每周波采样点数固定，消除交流量计算中因频率变化而导致的非均等采样偏差；其特征在于：至少包括如下步骤：
步骤一：获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；
步骤二：获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率；
步骤三：软件采样；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率Fs结合目标采样频率Fg用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值；当每周波采样点数固定为N时，目标采样频率Fg＝Fs*N，软件采样周期Tg＝1/Fg；记原始采样周期为Ts，连续的三个采样值依次为y1、y2、y3，以时间为坐标轴建立坐标系，当重采样时标为t，即对于2Ts的占空比为k时，计算软件重采样值Sg，得Sg＝2k*k*(y1+y3-2y2)-k*(y1-y3)+y2；
步骤四：交流量计算；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息，则实部R＝S1*Kr1+S2*Kr2+……+SN*KrN，虚部X＝S1*Kx1+S2*Kx2+……+SN*KxN，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列，Kr1、Kr2……KrN为实部系数，Kx1、Kx2……KxN为虚部系数。
2.一种频率自适应的交流量测量方法的系统，其特征在于：至少包括：
采样模块，获得原始采样数据，即通过实时采样或通讯的方式获得待测交流量的采样数据；所述原始采样数据包括：交流电压瞬时值和交流电流瞬时值；
测频模块，获得待测交流量频率，即通过软件测频或硬件测频的方法获得待测交流量的频率；
软件采样模块；具体包括：
基于待测交流量频率和原始采样数据，采用二阶拉格朗日插值算法，对待测交流量重新进行采样，以实现每周波定点采样；其中，待测交流量频率Fs结合目标采样频率Fg用以确定重采样时标，原始采样数据结合重采样时标用以计算重采样数值，当每周波采样点数固定为N时，目标采样频率Fg＝Fs*N，软件采样周期Tg＝1/Fg；记原始采样周期为Ts，连续的三个采样值依次为y1、y2、y3，以时间为坐标轴建立坐标系，当重采样时标为t，即对于2Ts的占空比为k时，计算软件重采样值Sg，得Sg＝2k*k*(y1+y3-2y2)-k*(y1-y3)+y2；
交流量计算模块；具体为：
基于软件采样数据，采用傅氏算法，计算待测交流量的实部R、虚部X、有效值A和相位φ信息，则实部R＝S1*Kr1+S2*Kr2+……+SN*KrN，虚部X＝S1*Kx1+S2*Kx2+……+SN*KxN，有效值平方A^2＝R^2+X^2，相位正切tgφ＝X/R，其中，S1、S2……SN为按时间顺序的软件采样数据序列，Kr1、Kr2……KrN为实部系数，Kx1、Kx2……KxN为虚部系数。
3.一种实现权利要求1所述频率自适应的交流量测量方法的计算机程序。
4.一种实现权利要求1所述频率自适应的交流量测量方法的信息数据处理终端。
5.一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所述的频率自适应的交流量测量方法。
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