CN109490629A - 一种软件测频方法和测频系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软件测频方法和测频系统，属于电力系统自动化技术领域，包括如下步骤：步骤一：获得原始采样数据；步骤二：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息；步骤三：对滤波数据进行变化趋势分析；步骤四：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；步骤五：频率计算和数据有效性判断。本发明提高了频率测量精度，缩短了频率测量时间，同时，无需专用的硬件测频回路，简单易行，节约了设计开发的周期和成本。

Description

一种软件测频方法和测频系统

技术领域

本发明属于电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种软件测频方法和测频系统。

背景技术

目前传统的软件测频多采用单一的插值算法确定过零点，进而计算信号周期和频率，因测频过程中单纯地采用二次函数模拟正弦函数，在过零点区域，曲线拟合度较差，测量精度不高，绝对误差难以达到千分位等级。为了提高测量精度，有必要引入一种高精度的软件测频方法和测频系统。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明针为了拓展应用范围，提高频率测量精度，缩短频率测量时间，本发明提出了一种软件测频方法和测频系统。

本发明的目的之一在于提供一种软件测频方法，包括如下步骤：

步骤一：获得原始采样数据；采样频率应不低于8倍工频，上述原始采样数据来自相关硬件回路对待测信号的周期采样或来自网络传送的数据；

步骤二：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤三：对滤波数据进行变化趋势分析；具体为：

依次取出最新的四个滤波数据，判断其单调性；

当数据依次减小时为单调下降；仅当单调下降、有且只有两个数据小于零时，定位并记录下降沿的过零点时标信息；

当数据依次增大时为单调上升；仅当单调上升、有且只有两个数据大于零时，定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤四：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；

步骤五：频率计算和数据有效性判断；当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，计算时差；否则，取出最新的两个上升沿过零点时标，计算时差；当该时差小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志；计算该时差的倒数，即得待测信号的频率。

进一步：在步骤五中，不区分上升沿和下降沿，依次取出最新的两个过零点时标，计算时差。当该时差两倍值小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志。计算该时差两倍值的倒数，即得待测信号的频率。

本发明的目的之二在于提供一种软件测频方法的系统，至少包括：

原始采样数据获取模块：获得原始采样数据；采样频率应不低于8倍工频，上述原始采样数据来自相关硬件回路对待测信号的周期采样或来自网络传送的数据；

滤波模块：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

分析模块：对滤波数据进行变化趋势分析；具体为：

依次取出最新的四个滤波数据，判断其单调性；

当数据依次减小时为单调下降；仅当单调下降、有且只有两个数据小于零时，定位并记录下降沿的过零点时标信息；

当数据依次增大时为单调上升；仅当单调上升、有且只有两个数据大于零时，定位并记录上升沿的过零点时标信息；

过零点时标计算模块：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；

频率计算和数据有效性判断模块：当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，计算时差；否则，取出最新的两个上升沿过零点时标，计算时差；当该时差小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志；计算该时差的倒数，即得待测信号的频率。

本发明的目的之三在于提供一种实现软件测频方法的计算机程序。

本发明的目的之四在于提供一种实现软件测频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，使得计算机执行软件测频方法。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

所述的高精度软件测频算法，对正弦曲线进行高度拟合，针对性改善了过零点区域的拟合效果，提高了过零点的计算精度，由此，为半波测频提供了可靠保障，即提高了频率测量精度，又缩短了一半频率测量时间，同时，无需专用的硬件测频回路，简单易行，节约了设计开发的周期和成本。

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中频率计算和数据有效性判断流程图。

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。

请参阅图1至图2，一种软件测频方法，包括：

步骤1：获得原始采样数据；

步骤2：对原始采样数据进行软件滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤3：对滤波数据进行变化趋势分析。依次取出最新的四个滤波数据，记为Y1、Y2、Y3、Y4；当满足单调下降条件，即Y1＞Y2＞Y3＞Y4，且只有两个数据小于零，即Y2≥0且Y3＜0时，可以定位并记录下降沿的过零点时标信息；当满足单调上升条件，即Y1＜Y2＜Y3＜Y4，且只有两个数据大于零，即Y2≤0且Y3＞0时，可以定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤4：定位并记录过零点时标信息。把滤波数据Y1、Y2、Y3、Y4分为2组，一组包含Y1、Y2、Y3，另一组包含Y2、Y3、Y4；对这两组数据分别采用拉格朗日插值法计算过零点时标，记为Z1、Z2，并计算均值X＝(Z1+Z2)/2；

步骤5：频率计算和数据有效性判断。当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，否则，依次取出最新的两个上升沿过零点时标。所取时标记为X1、X2，计算时差T＝X1-X2；当T小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志；否则清频率异常标志，并计算频率F＝1/T。作为优选：在步骤五中，不区分上升沿和下降沿，依次取出最新的两个过零点时标，计算时差。当该时差两倍值小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志。计算该时差两倍值的倒数，即得待测信号的频率。

优选实施例二、一种实现多通道AD采样时差测频系统，包括：

原始采样数据获取模块：获得原始采样数据；采样频率应不低于8倍工频，上述原始采样数据来自相关硬件回路对待测信号的周期采样或来自网络传送的数据；

滤波模块：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

分析模块：对滤波数据进行变化趋势分析；具体为：

依次取出最新的四个滤波数据，判断其单调性；

当数据依次减小时为单调下降；仅当单调下降、有且只有两个数据小于零时，定位并记录下降沿的过零点时标信息；

当数据依次增大时为单调上升；仅当单调上升、有且只有两个数据大于零时，定位并记录上升沿的过零点时标信息；

过零点时标计算模块：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；

频率计算和数据有效性判断模块：当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，计算时差；否则，取出最新的两个上升沿过零点时标，计算时差；当该时差小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志；计算该时差的倒数，即得待测信号的频率。

优选实施例三、一种实现软件测频方法的计算机程序，所述软件测频方法包括如下步骤：

步骤1：获得原始采样数据；

步骤2：对原始采样数据进行软件滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤3：对滤波数据进行变化趋势分析。依次取出最新的四个滤波数据，记为Y1、Y2、Y3、Y4；当满足单调下降条件，即Y1＞Y2＞Y3＞Y4，且只有两个数据小于零，即Y2≥0且Y3＜0时，可以定位并记录下降沿的过零点时标信息；当满足单调上升条件，即Y1＜Y2＜Y3＜Y4，且只有两个数据大于零，即Y2≤0且Y3＞0时，可以定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤4：定位并记录过零点时标信息。把滤波数据Y1、Y2、Y3、Y4分为2组，一组包含Y1、Y2、Y3，另一组包含Y2、Y3、Y4；对这两组数据分别采用拉格朗日插值法计算过零点时标，记为Z1、Z2，并计算均值X＝(Z1+Z2)/2；

步骤5：频率计算和数据有效性判断。当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，否则，依次取出最新的两个上升沿过零点时标。所取时标记为X1、X2，计算时差T＝X1-X2；当T小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志；否则清频率异常标志，并计算频率F＝1/T。

优选实施例四、一种实现软件测频方法的信息数据处理终端。所述软件测频方法包括如下步骤：

步骤1：获得原始采样数据；

步骤2：对原始采样数据进行软件滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤3：对滤波数据进行变化趋势分析。依次取出最新的四个滤波数据，记为Y1、Y2、Y3、Y4；当满足单调下降条件，即Y1＞Y2＞Y3＞Y4，且只有两个数据小于零，即Y2≥0且Y3＜0时，可以定位并记录下降沿的过零点时标信息；当满足单调上升条件，即Y1＜Y2＜Y3＜Y4，且只有两个数据大于零，即Y2≤0且Y3＞0时，可以定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤4：定位并记录过零点时标信息。把滤波数据Y1、Y2、Y3、Y4分为2组，一组包含Y1、Y2、Y3，另一组包含Y2、Y3、Y4；对这两组数据分别采用拉格朗日插值法计算过零点时标，记为Z1、Z2，并计算均值X＝(Z1+Z2)/2；

步骤5：频率计算和数据有效性判断。当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，否则，依次取出最新的两个上升沿过零点时标。所取时标记为X1、X2，计算时差T＝X1-X2；当T小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志；否则清频率异常标志，并计算频率F＝1/T。

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，使得计算机执行软件测频方法，所述软件测频方法包括如下步骤：所述软件测频方法包括如下步骤：

步骤1：获得原始采样数据；

步骤2：对原始采样数据进行软件滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤3：对滤波数据进行变化趋势分析。依次取出最新的四个滤波数据，记为Y1、Y2、Y3、Y4；当满足单调下降条件，即Y1＞Y2＞Y3＞Y4，且只有两个数据小于零，即Y2≥0且Y3＜0时，可以定位并记录下降沿的过零点时标信息；当满足单调上升条件，即Y1＜Y2＜Y3＜Y4，且只有两个数据大于零，即Y2≤0且Y3＞0时，可以定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤4：定位并记录过零点时标信息。把滤波数据Y1、Y2、Y3、Y4分为2组，一组包含Y1、Y2、Y3，另一组包含Y2、Y3、Y4；对这两组数据分别采用拉格朗日插值法计算过零点时标，记为Z1、Z2，并计算均值X＝(Z1+Z2)/2；

步骤5：频率计算和数据有效性判断。当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，否则，依次取出最新的两个上升沿过零点时标。所取时标记为X1、X2，计算时差T＝X1-X2；当T小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志；否则清频率异常标志，并计算频率F＝1/T。

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)

1.一种软件测频方法，其特征在于：至少包括如下步骤：

步骤一：获得原始采样数据；采样频率应不低于8倍工频，上述原始采样数据来自相关硬件回路对待测信号的周期采样或来自网络传送的数据；

步骤二：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

步骤三：对滤波数据进行变化趋势分析；具体为：

依次取出最新的四个滤波数据，判断其单调性；

当数据依次减小时为单调下降；仅当单调下降、有且只有两个数据小于零时，定位并记录下降沿的过零点时标信息；

当数据依次增大时为单调上升；仅当单调上升、有且只有两个数据大于零时，定位并记录上升沿的过零点时标信息；

步骤四：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；

步骤五：频率计算和数据有效性判断；当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，计算时差；否则，取出最新的两个上升沿过零点时标，计算时差；当该时差小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志；计算该时差的倒数，即得待测信号的频率。

2.基于权利要求1所述的软件测频方法的系统，其特征在于：至少包括：

原始采样数据获取模块：获得原始采样数据；采样频率应不低于8倍工频，上述原始采样数据来自相关硬件回路对待测信号的周期采样或来自网络传送的数据；

滤波模块：对原始采样数据进行滤波，滤除直流和谐波分量，提取频率信息，获得滤波数据；

分析模块：对滤波数据进行变化趋势分析；具体为：

依次取出最新的四个滤波数据，判断其单调性；

当数据依次减小时为单调下降；仅当单调下降、有且只有两个数据小于零时，定位并记录下降沿的过零点时标信息；

当数据依次增大时为单调上升；仅当单调上升、有且只有两个数据大于零时，定位并记录上升沿的过零点时标信息；

过零点时标计算模块：定位并记录过零点时标信息，将依次取出的最新的四个滤波数据，按前三个滤波数据和后三个滤波数据分为两组，按时间顺序排列；对每组数据分别采用二阶拉格朗日插值法计算过零点时标，取两者均值为最终的过零点时标；

频率计算和数据有效性判断模块：当最新确定的过零点时标位于下降沿时，依次取出最新的两个下降沿过零点时标，计算时差；否则，取出最新的两个上升沿过零点时标，计算时差；当该时差小于周期下限或大于周期上限时，置频率异常标志，否则清频率异常标志；计算该时差的倒数，即得待测信号的频率。

3.一种实现权利要求1所述软件测频方法的计算机程序。

4.一种实现权利要求1所述软件测频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所述的软件测频方法。