CN113466552B - 一种定间隔采样下频率跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定间隔采样下频率跟踪方法,包括如下步骤:(1)装置AD过采样;(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数;(3)提取最新两周波数据,并将提取数据前后对倒;(4)将步骤(3)中的数据,基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据,推导数据用T表示;(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒;(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到系统的测量量。本发明基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法,根据系统频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期,解决系统频率偏差时傅里叶计算准确性问题,对于多设备采样同步或者无法进行硬件频率跟踪的场景,具有良好的表现。

Description

一种定间隔采样下频率跟踪方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域,尤其是一种定间隔采样下频率跟踪方法。
背景技术
电力系统中,继电保护装置通过AD芯片将系统中电压电流量转换成离散的数字信号采集到CPU中,数字量经过快速傅里叶(FFT)处理得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量,其测量精度的是衡量继电保护装置性能的重要指标。当电力系统频率偏离50Hz时,在固定采样间隔条件下,对被测信号采样量很难做到整周期截断,FFT算法的泄漏现象和栅栏效应将会导致测量量出现较大的测量误差。例如固定32点采样,由于系统频率偏差,采样到的32点数据多于或者少于一个周波,导致傅里叶计算出现较大误差。为解决此问题,现有设备中通常会应用一种频率跟踪技术,根据检测到的电网频率实时调整AD采样间隔,保证每周波AD采样点数相同,以应对系统频率飘动时傅里叶计算准确性问题。但是对于多设备(设备大于等于2)采样同步的场景中实时调整AD采样间隔将会降低装置间同步准确性或提高设备同步性能要求,同时有些设备无法实时调整AD采样间隔,例如多间隔DTU、不同间隔信号用同一AD芯片采集时。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于,提供一种定间隔采样下频率跟踪方法,基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法,根据系统频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期,解决系统频率偏差时傅里叶计算准确性问题。
为解决上述技术问题,本发明提供一种,包括如下步骤:
(1)装置AD过采样;
(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数;
(3)提取最新两周波数据,并将提取数据前后对倒;
(4)将步骤(3)中的数据,基于拉格朗日插值函数推导推导FFT计算数据,推导数据用T表示;
(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒;
(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量的测量量。
优选的,步骤(1)中,装置AD过采样具体为:FFT采用32点计算时,AD采样速率采用其整数倍,倍数用M表示,选用32、64、96、128点等采样速率。理论上AD采样速率倍数越高,准确度越高。
优选的,步骤(2)中,根据装置采样频率、电网实时频率计算调整系数K具体为:
FCaiYang为装置采样频率,FXiTong为电网实时频率,通过装置频率采集回路计算得到。
优选的,步骤(3)中,提取最新2周波数据,并将提取数据前后对倒具体为:采样频率50HZ下固定128点采样,计采样间隔时间τ,提取256点数据,数据计为x1、x2、x3...x256,即计为(0,x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256),256τ等于1/FCaiYang
将前后对倒,即x1、x256对倒,x2、x255对倒,依次类推,计为(0,x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1)。
优选的,步骤(4)中,将步骤(3)中的数据,基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据,推导数据用T表示具体为:32点傅里叶计算,即计算推导出T1、T2、T3...T32;推导点依次为(0,T1)(Mτ,T2)(2Mτ,T3)(3Mτ,T4)...(31Mτ,T32),31Mτ等于256τ;
推导数据第一点为提取数据第一点T1=x1,即(0,T1)=(0,x1);
对于第2到32点数据通过如下公式推导,n为对应的2到32点点号:
index_f=K*n*M,K为步骤(2)计算出调整系数,M为步骤(1)中倍数,若M等于4;
index_n=[index_f],对index_f取整;
将(index_n-1,x[index_n])、(index_n,x[index_n+1])、
(index_n+1,x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数,即可计算出Tn:
Tn=x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2。
优选的,步骤(5)中,将步骤(4)中推导出的数据对倒具体为:T1与T32对倒,T2与T31对倒,以此类推,即可完成整数据窗数据推导截取即频率跟踪处理,即(0,T32)(Mτ,T31)(2Mτ,T30)...(31Mτ,T1)。
本发明的有益效果为:本发明基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法,根据系统频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期,解决系统频率偏差时傅里叶计算准确性问题,对于多设备采样同步、或者无法进行硬件频率跟踪的场景,具有良好的表现。
具体实施方式
本发明以系统频率50Hz,装置固定每周期采样128点,间隔4点提取32点数据,经过快速傅里叶(FFT)处理得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量为例,具体实施如下:
步骤1:装置AD过采样,即FFT采用32点计算,AD采样速率是其4倍128点采样;
步骤2:根据装置采样频率、电网实时频率计算系数K:
FCaiYang为装置采样频率,采样频率50HZ;
FXiTong为电网实时频率,通过装置频率采集回路计算得到。
步骤3:提取最新2周波数据,并将提取数据前后对倒。采样间隔时间τ,提取256点数据,数据计为x1、x2、x3...x256,即计为(0,x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256),256τ等于1/50ms。
将前后数据对倒,即x1、x256对倒,x2、x255对倒,依次类推,计为(0,x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1);
步骤4:将步骤3中数据应用本步骤中方法推导出FFT计算数据,推导数据用T表示,本发明以32点傅里叶计算为例,即计算推导出T1、T2、T3...T32;推导点依次为(0,T1)(Mτ,T2)(2Mτ,T3)(3Mτ,T4)...(31Mτ,T32),31Mτ等于256τ。
推导数据第一点为提取数据第一点T1=x1,即(0,T1)=(0,x1);
对于第2到32点数据通过如下公式推导,n为对应的2到32点数据:
index_f=K*n*M,K为步骤2计算系数,M等于4;
index_n=[index_f],对index_f取整;
将(index_n-1,x[index_n])、(index_n,x[index_n+1])、
(index_n+1,x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数,求出截取点Tn:
Tn=x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2;
步骤5:将步骤4推导出数据对倒,即T1与T32对倒,T2与T31对倒,以此类推,即可完成本发明专利整数据窗数据推导即频率跟踪处理,即(0,T32)(Mτ,T31)(2Mτ,T30)...(31Mτ,T1);
步骤6:将步骤5提取数据进行傅里叶(FFT)处理即可得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量。

Claims (2)

1.一种定间隔采样下频率跟踪方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)装置AD过采样;
(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数;根据装置采样频率、电网实时频率计算调整系数K具体为:
FCaiYang为装置AD采样频率,FXiTong为电网实时频率,通过装置频率采集回路计算得到;
(3)提取最新两周波数据,并将提取数据前后对倒;具体为:采样频率50HZ下固定128点采样,计采样间隔时间τ,提取256点数据,数据计为x1、x2、x3...x256,即计为(0,x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256),256τ等于1/FCaiYang
将前后对倒,即x1、x256对倒,x2、x255对倒,依次类推,计为(0,x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1);
(4)将步骤(3)中的数据,基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据,推导数据用T表示;具体为:32点傅里叶计算,即计算推导出T1、T2、T3...T32;推导点依次为(0,T1)(Mτ,T2)(2Mτ,T3)(3Mτ,T4)...(31Mτ,T32),31Mτ等于256τ;
推导数据第一点为提取数据第一点T1=x1,即(0,T1)=(0,x1);
对于第2到32点数据通过如下公式推导,n为对应的2到32点点号:
index_f=K*n*M,K为步骤(2)计算出调整系数,M为步骤(1)中倍数,
若M等于4;
index_n=[index_f],对index_f取整;
将(index_n-1,x[index_n])、(index_n,x[index_n+1])、
(index_n+1,x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数,即可计算出Tn:
Tn=x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2
+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)
-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2;
(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒;具体为:T1与T32对倒,T2与T31对倒,以此类推,即可完成整数据窗数据推截取即频率跟踪处理,即(0,T32)(Mτ,T31)(2Mτ,T30)...(31Mτ,T1);
(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量的测量量。
2.如权利要求1所述的定间隔采样下频率跟踪方法,其特征在于,步骤(1)中,装置AD过采样具体为:FFT采用32点计算时,AD采样速率采用其整数倍,倍数用M表示,选用32、64、96、128点采样速率。
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