CN110988448A - 一种应用于ups母线电压采样的滤波方法 - Google Patents

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Abstract

对于UPS而言，母线电压采样准确度尤为重要。为了能有效滤除干扰引起的采样毛刺，本发明通过连续采集N个母线电压的采样信号值，并将其进行排序，取数值大小处于中间的两个值并求其平均值，记为本次对母线电压Udc采样的处理值avg_cur,并与上次采样处理值avg_pre进行比较，设定Udc电压变化限幅值Limit，且该值为正数。如果avg_cur大于avg_pre与Limit之和，则取avg_pre和Limit之和作为本次的母线电压Udc；如果avg_cur小于avg_pre与Limit之差，则将所述avg_pre和所述Limit之差作为本次的母线电压值Udc；否则取所述avg_cur作为本次母线电压Udc。本发明的滤波方法简单实用，能尽量减小对CPU的运算开销从而满足参与控制运算的实时性要求。

Description

一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法
技术领域
本发明涉及模拟信号采样处理领域，特别是涉及一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法。
背景技术
随着信息技术的发展,UPS(即Uninterruptible Power System/UninterruptiblePower Supply,不间断电源)广泛地应用于银行、证券、军事、医疗、航空航天等众多领域，以保护一些对供电敏感的负载如电脑系统、通讯系统、医疗系统等。对于UPS整个系统架构，可以说逆变器是不间断电源系统的核心，决定着输出电压波形的质量。
对于UPS电源而言，母线电压采样的准确度尤为重要，其不仅影响到UPS电源的充放电管理，也影响到逆变控制及逆变输出的电压质量。逆变输出波形与UPS母线电压直接挂钩，理想的逆变输出电压峰值等于母线电压与PWM调制度的乘积，当UPS负载发生变化时,UPS母线电压值通常会发生抖动，逆变输出电压也将随着UPS母线电压的波动而波动，为此将UPS母线电压引入到PWM(脉冲宽度调制)输出调制度计算中，这样能使逆变PWM随UPS母线电压波动能进行相应的调节，从而能避免逆变输出电压受UPS母线电压波动的影响而发生抖动。UPS运行时，受到各种因素的影响，比如UPS整机系统运行时，内部电磁干扰引起的地电平的浮动而引起的采样扰动、硬件采样电路供电电源的波动导致采样的波形、ADC(Analog-to-Digital Converter，即模拟数字转换器)采样自身存在一定的采集误差等因素会使采样得到的母线电压很容易受到干扰，特别在负载功率较大时，干扰越发严重，DSP(数字信号处理器)采样得到的信号波形常伴随着很高的尖峰，若直接使用受到干扰的UPS母线电压的采样值，将会严重影响到逆变系统的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法，以解决上述现有技术存在的问题，从而有效地对UPS电源母线电压进行滤波处理，进而有效地滤除干扰信号并且保证滤波后得到的信号不会影响到逆变程序计算的实时性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法，具体如下：
UPS母线电压信号值采样：设定采样频率fs，按照所述采样频率fs连续采集UPS母线电压的N1个采样信号值并保存，所述N1大于等于6，对保存的所述N1个采样信号值排序，计算排序后数值大小处于中间的N2个采样信号值的平均值avg_pre并保存；
再次对UPS母线电压信号进行采样：重复UPS母线电压信号值采样步骤，得到采样得到的UPS母线电压信号值经过排序处理后数值大小处于中间的值的平均值avg_cur并保存；
设定UPS母线电压限幅幅度Limit，如果所述avg_cur的值大于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之和，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之和作为最终的UPS母线电压Udc；如果所述avg_cur的值小于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之差，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之差作为最终的UPS母线电压Udc；否则取所述avg_cur作为最终的UPS母线电压Udc。
优选地,在对所述N个采样信号值进行排序时可以采用从小到大的排序方式也可以采用从大到小的排序方式。
优选地,依据对所述UPS母线电压的刷新频率来对所述UPS母线电压限幅幅度Limit进行配置。
优选地,所述UPS母线电压限幅幅度Limit值在2～10V之间。
优选地,依据所述N1值的大小设定所述N2值的大小，所述N2和所述N1比值大小在30％～40％之间。
本发明公开了以下技术效果：本发明的UPS母线电压的滤波方法，能有效地对UPS母线电压采样得到的采样值进行快速滤波处理，能滤除干扰引起的采样毛刺从而滤除干扰信号，并保证滤波后得到的信号不会影响到后续逆变程序计算的实时性。本发明的滤波方法简单实用，能尽量减小对CPU的运算开销从而满足参与控制运算的实时性要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1为本发明应用于UPS母线电压采样的滤波方法的流程图；
图2为在设定采样频率为8KHz时未经过滤波方法处理采集得到的波形图；
图3为在设定采样频率为8KHz时经过本发明滤波方法处理后得到的波形图。
其中，图2和图3中，Y轴为采集得到的UPS母线电压采样信号值，X轴代表采样个数，采样频率为8KHz。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-3，本发明提供一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法，具体如下：
下面先对本实施例的总体思想进行阐述：本实施例中对本发明应用于UPS母线电压采样的滤波方法中的UPS母线电压信号值采样数据N1设定为6，为了更充分地说明本发明的有益效果，总共采集了N＝400个采样数据，然后将这400个采样数据的原始波形图和经过本发明滤波方法处理后得到的波形图进行对比。
设定采样频率fs，采集频率一般取UPS内DSP(数字信号处理器)的中断频率，本实施例中fs设定为8KHz，在此采样频率fs下连续采集UPS母线电压的总共400个采样信号值并保存。其中，UPS母线电压采样直接使用UPS采样电路采集后得到的电压量，将其送入到DSP的AD采样引脚，中断发生时调用内部采样处理程序直接转换为真实电压值。如图2所示，其为本实施例在设定采样频率为8KHz的参数下未经过滤波方法处理采集得到的波形图，由于各种因素的干扰，UPS母线电压值通常会在额定值上下发生抖动，本实施例中采样信号值个数N1设定为6，由于采样频率fs＝8KHz，从而采样时间t＝N1/fs,即t为750μs，然而由于上述步骤采集的UPS母线电压采样值中包含的干扰因素较多，如果不经过滤波处理，则存在很多毛刺，由图2可知，其为本实施例在设定采样频率为8KHz时未经过滤波方法处理采集得到的波形图，存在很多毛刺。
本实施中再对采样后得到的N1个采样信号值从小到大排序，然后取排序后值的大小处于中间的N2＝2个采样信号值的平均值avg_pre并保存。然后重复上述步骤，再次在采样频率fs＝8KHz下采集N1＝6个采样信号值并保存，然后将再次采集的N1个UPS母线电压的采样信号值从小到大排序，计算其经过排序处理后得到的采样信号值处于中间的N2＝2个数的平均值，并将此平均值标记为avg_cur。
然后设定UPS母线电压限幅幅度，在设定UPS母线电压限幅幅度时，其与UPS母线电压采样需要的动态刷新速度有关系，比如说，在3ms内能检测到UPS母线电压100V的变化，在采样频率fs设定为8KHz情况下，每个采样信号值间隔周期为125us，也就是说3ms内要想达到100V变化每次变化的限幅幅度值最少要达到100/(3000/125)＝4.167V,其中，动态刷新速度与UPS母线电容容量配置有关系，可以根据母线电容容量，按照UPS最大负载功率计算出对应母线电压跌落至一定值的时间，该值应能保证UPS仍然能正常逆变，对应时间所对应的频率就可以作为设定该UPS母线电压采样频率的依据。当前母线电压刷新时间为3ms，也就是动态刷新频率在333Hz左右，可以根据当前UPS母线电压扰动的程度选择不同的UPS母线电压限幅幅度值，如果选择大的限幅幅值，可以提升母线的刷新速率，但是也表示可以接受与最大限幅值一样的扰动。具体到本实施例，将Limit设定为4V。如果所述avg_cur的值大于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之和，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之和作为最终的UPS母线电压Udc，即Udc＝avg_pre+Limit；如果所述avg_cur的值小于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之差，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之差作为最终的UPS母线电压Udc，即Udc＝avg_pre-Limit；否则取所述avg_cur作为最终的UPS母线电压Udc。
需要说明的是，在上文对本发明的滤波方法进行阐述后，在实际工程中应用本发明的UPS母线电压采样的滤波方法时，由于系统在持续采集UPS母线电压信号，每采集N1个数据并对这N1个数据进行排序并求得值的大小处于中间的两个值的平均值后，就可以将此平均值和上一次采集的UPS母线电压信号值经过排序后的中间两个值的平均值进行比较。从而在实际工程中应用此滤波方法时每采集N1个UPS母线电压信号就可以快速地输出经过本发明滤波方法处理后的输出值。
图3为针对图2采集得到的N1＝400个原始采样信号值经过本发明滤波算法处理后得到的波形图，从中可以看出，经过本发明的滤波算法处理后得到的波形图有效地消除各种干扰因素引起的采样毛刺从而滤除干扰信号，同时由于本实施例滤波方法只需采集少数UPS母线电压信号值就可以进行后续处理，可以尽量减小对CPU的运算开销从而满足参与控制运算的实时性要求。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种应用于UPS母线电压采样的滤波方法，其特征在于：所述方法如下：
UPS母线电压信号值采样：设定采样频率fs，按照所述采样频率fs连续采集UPS母线电压的N1个采样信号值并保存，所述N1大于等于6，对保存的所述N1个采样信号值排序，计算排序后数值大小处于中间的N2个采样信号值的平均值avg_pre并保存；
再次对UPS母线电压信号进行采样：重复UPS母线电压信号值采样步骤，得到采样得到的UPS母线电压信号值经过排序处理后数值大小处于中间的值的平均值avg_cur并保存；
设定UPS母线电压限幅幅度Limit，如果所述avg_cur的值大于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之和，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之和作为最终的UPS母线电压Udc；如果所述avg_cur的值小于所述avg_pre与所述电压限幅幅度Limit之差，则将所述avg_pre和所述电压限幅幅度Limit之差作为最终的UPS母线电压Udc；否则取所述avg_cur作为最终的UPS母线电压Udc。
2.根据权利要求1所述的应用于UPS母线电压采样的滤波方法，其特征在于：在对所述N1个采样信号值进行排序时采用从小到大的排序方式或从大到小的排序方式。
3.根据权利要求1所述的应用于UPS母线电压采样的滤波方法，其特征在于：依据对所述UPS母线电压的刷新频率来对所述UPS母线电压限幅幅度Limit进行配置。
4.根据权利要求3所述的应用于UPS母线电压采样的滤波方法，其特征在于：所述UPS母线电压限幅幅度Limit值在2～10V之间。
5.根据权利要求1所述的应用于UPS母线电压采样的滤波方法，其特征在于：依据所述N1值的大小设定所述N2值的大小，所述N2和所述N1比值大小在30％～40％之间。
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