專利名稱：一種交流同步采集系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號采集領(lǐng)域，尤其涉及一種交流同步采集系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著我國電網(wǎng)綜合自動化的不斷發(fā)展，對電網(wǎng)自動化監(jiān)測系統(tǒng)的要求不再滿足于功能實現(xiàn)，還要求保證遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)的實時性、可靠性、正確性和準(zhǔn)確性。目前，采樣芯片推出時間較長，無論采樣精度還是速度都比較慢；并且采集系統(tǒng)無法實現(xiàn)多個采樣芯片的同步采集，所以，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)采樣精度低、轉(zhuǎn)換速率慢、采集量有限且實時性差，其性能遠(yuǎn)不能滿足不斷發(fā)展的自動化技術(shù)對電網(wǎng)監(jiān)測的新要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)無法實現(xiàn)多個采樣芯片同步采集的缺陷，提供一種實現(xiàn)多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步采集的交流同步采集系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，彌補了現(xiàn)有交流電參量采集系統(tǒng)的性能缺陷。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種交流同步采集系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括信號采集單元、GPS時鐘同步單元以及分別與所述信號采集單元和所述GPS時鐘同步單元連接的信號處理單元，所述信號處理單元由多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器及分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)總線連接的主控器組成，其中
所述信號采集單元，用于分別通過電壓互感器和電流互感器對待采樣的交流電參量進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并對電平轉(zhuǎn)換后的交流電參量進(jìn)行信號調(diào)理之后輸入至每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述交流電參量包括三相電壓和三相電流；
所述GPS時鐘同步單元，用于為每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供同步采集頻率；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對所述交流電參量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以生成數(shù)字量的采樣數(shù)據(jù)； 所述主控器，用于通過數(shù)據(jù)總線讀取所述采樣數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)總線為CAN總線。優(yōu)選地，所述GPS時鐘同步單元由GPS模塊、恒溫晶振以及分別與所述GPS模塊和所述恒溫晶振連接的時鐘產(chǎn)生電路組成，其中，所述時鐘產(chǎn)生電路根據(jù)所述GPS模塊所產(chǎn)生的時間基準(zhǔn)和所述恒溫晶振所產(chǎn)生的時鐘信號產(chǎn)生同步采集頻率。優(yōu)選地，所述GPS模塊通過串口與所述主控器連接。優(yōu)選地，所述時鐘產(chǎn)生電路分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述主控器連接。本發(fā)明還提供一種交流同步采集系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，所述交流同步采集系統(tǒng)為上述的交流同步采集系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟
51.根據(jù)每周波采樣點數(shù)計算采樣時間間隔；
52.將所述采樣時間間隔設(shè)置到GPS模塊中，所述GPS模塊根據(jù)所述采樣時間間隔向主控器發(fā)出脈沖信號，所述主控器控制多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所采樣的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的采樣數(shù)據(jù)；53.判斷所述采樣時間間隔是否到達(dá)，若是，則執(zhí)行步驟S4，若否，則循環(huán)步驟S3；
54.通過數(shù)據(jù)總線讀取所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的采樣數(shù)據(jù)；
55.通過數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過交流采樣算法計算所述采樣數(shù)據(jù)中各項電參量的有效值，其中，所述各項電參量的有效值包括電壓有效值、電流有效值、有功功率有效值和無功功率有效值。優(yōu)選地，所述數(shù)字濾波算法為一階低通濾波算法。優(yōu)選地，所述一階低通濾波算法的公式為 y (n) = a*x(n) + (l-a)*y (n-1)；
其中，a為濾波系數(shù)，n為當(dāng)前采樣次數(shù)，x (n)為當(dāng)前采樣值,y (n_l)為前一次濾波輸出值，y(n)為當(dāng)前濾波輸出值。優(yōu)選地，所述交流采樣算法為均方根算法。優(yōu)選地，通過所述均方根算法計算所述采樣數(shù)據(jù)中各項電參量的有效值的公式具體為
權(quán)利要求
1.一種交流同步采集系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括信號采集單元、GPS時鐘同步單元以及分別與所述信號采集單元和所述GPS時鐘同步單元連接的信號處理單元，所述信號處理單元由多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器及分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)總線連接的主控器組成，其中 所述信號采集單元，用于分別通過電壓互感器和電流互感器對待采樣的交流電參量進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并對電平轉(zhuǎn)換后的交流電參量進(jìn)行信號調(diào)理之后輸入至每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中，所述交流電參量包括三相電壓和三相電流； 所述GPS時鐘同步單元，用于為每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供同步采集頻率； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對所述交流電參量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以生成數(shù)字量的采樣數(shù)據(jù)； 所述主控器，用于通過數(shù)據(jù)總線讀取所述采樣數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)總線為CAN總線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS時鐘同步單元由GPS模塊、恒溫晶振以及分別與所述GPS模塊和所述恒溫晶振連接的時鐘產(chǎn)生電路組成，其中，所述時鐘產(chǎn)生電路根據(jù)所述GPS模塊所產(chǎn)生的時間基準(zhǔn)和所述恒溫晶振所產(chǎn)生的時鐘信號產(chǎn)生所述同步采集頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS模塊通過串口與所述主控器連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述時鐘產(chǎn)生電路分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器和所述主控器連接。
6.一種交流同步采集系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述交流同步采集系統(tǒng)為上述權(quán)利要求I至5任一項所述的交流同步采集系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟 51.根據(jù)每周波采樣點數(shù)計算采樣時間間隔； 52.將所述采樣時間間隔設(shè)置到GPS模塊中，所述GPS模塊根據(jù)所述采樣時間間隔向主控器發(fā)出脈沖信號，所述主控器控制多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所采樣的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的采樣數(shù)據(jù)； 53.判斷所述采樣時間間隔是否到達(dá)，若是，則執(zhí)行步驟S4，若否，則循環(huán)步驟S3； 54.通過數(shù)據(jù)總線讀取所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的采樣數(shù)據(jù)； 55.通過數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過交流采樣算法計算所述采樣數(shù)據(jù)中各項電參量的有效值，其中，所述各項電參量的有效值包括電壓有效值、電流有效值、有功功率有效值和無功功率有效值等。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字濾波算法為一階低通濾波算法。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述一階低通濾波算法的公式為y (_rO=s*x (n)+ (l -a)*y (n-1)； 其中，a為濾波系數(shù)，n為當(dāng)前采樣次數(shù)，X (n)為當(dāng)前采樣值,y (n_l)為前一次濾波輸出值，y(n)為當(dāng)前濾波輸出值。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述交流采樣算法為均方根算法。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過所述均方根算法計算所述采樣數(shù)據(jù)中各項電參量的有效值的公式具體為
全文摘要
本發(fā)明公開一種交流同步采集系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該系統(tǒng)包括信號采集單元，用于分別通過電壓互感器和電流互感器對待采樣的交流電參量進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，并對電平轉(zhuǎn)換后的交流電參量進(jìn)行信號調(diào)理之后輸入至每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器；GPS時鐘同步單元，用于為每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器提供同步采集頻率；信號采集單元，分別與信號采集單元和GPS時鐘同步單元連接，由多個模數(shù)轉(zhuǎn)換器及分別與每個模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過數(shù)據(jù)總線連接的主控器組成，其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于對所述交流電參量進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，以生成數(shù)字量的采樣數(shù)據(jù)；主控器，用于通過數(shù)據(jù)總線讀取所述采樣數(shù)據(jù)。該技術(shù)方案采樣精度高、轉(zhuǎn)換速率快、采集量多且實時性好，另外，提高了系統(tǒng)的通信速率和數(shù)據(jù)容量。
文檔編號G01R19/25GK103033675SQ20121052985
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者吳立軍, 甘婷婷, 劉海濤, 謝國清, 辛勇軍 申請人:航天科工深圳(集團(tuán))有限公司