一種基于gps的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)測(cè)控技術(shù)領(lǐng)域，具體講就是涉及一種基于GPS的電氣量信號(hào) 自適應(yīng)采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，各種類型的電源和負(fù)荷被接入到系統(tǒng)中，使電 力系統(tǒng)的控制變得更加的復(fù)雜。為了保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對(duì)電流電壓的頻率，幅 值，諧波，相角，電能量等電氣量進(jìn)行高精度的測(cè)量。為了獲得高精度的電氣量測(cè)量值，在交 流采樣時(shí)不僅需要控制每秒內(nèi)采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)以保證采樣率的精度，而且需要提高每個(gè)采樣 點(diǎn)間隔均勻程度。在電氣量采集和計(jì)算過(guò)程中，每秒鐘的采樣數(shù)據(jù)需要順序且同等地分配 給數(shù)輪的交流采樣計(jì)算，比如，每秒鐘需要進(jìn)行50輪電壓頻率的計(jì)算，采樣率為3200Hz，則 每秒鐘的3200點(diǎn)數(shù)據(jù)需要順序地均勻分配給這50輪頻率計(jì)算，換而言之每一輪計(jì)算所需 的64個(gè)采樣點(diǎn)總采樣寬度，這里簡(jiǎn)稱采樣段的寬度也需要盡可能相同。因此為了提高每 一輪的計(jì)算結(jié)果的精度，不但需要減小3200個(gè)采樣間隔相互之間的分散，而且也需要減小 50個(gè)采樣段寬度相互之間的分散，否則就會(huì)使寬度較窄的采樣段計(jì)算獲得的交流頻率的測(cè) 量值偏大，而寬度較寬的采樣段計(jì)算獲得的交流頻率的測(cè)量值偏小。
[0003] 中國(guó)專利201410173291. 4公開(kāi)了一種基于FPGA的高精度秒脈沖倍頻出采樣脈沖 的方法，以下記為方法1。該方法將實(shí)際同步秒脈沖計(jì)數(shù)值和理想同步秒脈沖計(jì)數(shù)值進(jìn)行比 較，將偏差與采樣頻率進(jìn)行累加計(jì)算，根據(jù)累加計(jì)算結(jié)果判斷脈沖計(jì)數(shù)器是否進(jìn)行校正，從 而達(dá)到將實(shí)際同步秒脈沖的總偏差平均分布到實(shí)際采樣脈沖中，降低了采樣脈沖的誤差， 為信號(hào)采集提供了更加可靠穩(wěn)定的采樣脈沖信號(hào)。但是方法1存在幾個(gè)方面的缺陷，第一， 累加計(jì)算過(guò)程中的累加量的判斷和實(shí)際采樣脈沖輸出的判斷過(guò)程會(huì)引入時(shí)延；第二，該采 樣方法需要有一個(gè)假設(shè)的前提：晶振的頻率變化非常小，但實(shí)際上晶振的頻率會(huì)隨著環(huán)境 溫度和器件內(nèi)部狀態(tài)連續(xù)變化，方法1的效果會(huì)比實(shí)際晶振頻率產(chǎn)生的采樣效果延遲一秒 以上出現(xiàn)；第三，抗干擾的健壯性不強(qiáng)，比如當(dāng)輸入的同步秒脈沖不穩(wěn)定，比如沿偶爾出現(xiàn) 的稍早或稍晚，那就會(huì)導(dǎo)致實(shí)際采樣間隔也一同變寬變窄，導(dǎo)致實(shí)際與測(cè)量結(jié)果依然不準(zhǔn) 確；第四，該采樣方法只能適用于差值4, 8等4000的因數(shù)，且調(diào)整的差值不可能超過(guò)1個(gè)采 樣點(diǎn)的寬度計(jì)數(shù)值，使應(yīng)用范圍有局限性。
[0004] 綜上所述，現(xiàn)有的電氣量信號(hào)采樣方法適用范圍狹窄，隨著半導(dǎo)體芯片頻率達(dá)到 物理極限，而為了獲取高分辨率測(cè)量需要進(jìn)一步提高采樣率，因此會(huì)導(dǎo)致的采樣率進(jìn)一步 接近芯片的額定頻率時(shí)，采樣間隔寬度的分散和采樣段寬度的分散會(huì)迅速變大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的電氣量信號(hào)采樣方法存在適用范圍狹窄，測(cè)量數(shù)值仍 然與實(shí)際值存在較大誤差的缺陷，提供一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，擴(kuò)大 了采樣的適用范圍，在所需采樣率接近芯片的額定頻率時(shí)，有效抑制每個(gè)采樣間隔寬度的 分散和每個(gè)采樣段寬度的分散增大的程度，使在芯片的額定頻率無(wú)法提高的情況下提高采 樣率時(shí)，也減小電氣量的采集精度下降程度成為可能。
[0006] 技術(shù)方案
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方 法，其特征在于，它包括以下幾個(gè)步驟：
[0008] 第一步，接收標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，用時(shí)鐘計(jì)數(shù)器連續(xù)計(jì)數(shù)秒脈沖和秒脈沖之間的時(shí)鐘數(shù) 記為cQ;
[0009] 第二步，使用最近三次的秒脈沖實(shí)際計(jì)數(shù)值，記為C_2，預(yù)測(cè)下一秒的秒脈 沖間隔記為c1;
[0010] 第三步，采樣率記為S，基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)記為B1=inUCi/S)，一次均攤余數(shù)，記為 G1=CS，如果匕為零，則采樣間隔皆等于Bi，直接跳轉(zhuǎn)至第六步，否則采樣率余數(shù)記為匕 =S%Gi，進(jìn)入第四步；
[0011] 第四步，如果匕為零，一次均攤的采樣點(diǎn)間隔數(shù)記為D1=inUS/GD，第一個(gè)采樣 點(diǎn)之后的[0, 3199]個(gè)的采樣點(diǎn)基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)為&，在第Di-1，2Drl，…，mDi-1個(gè)采樣間 隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，且一次分?jǐn)倲?shù)記為m= [1，int(S/DJ]，跳轉(zhuǎn)至第六步，否則進(jìn)入第 五步；
[0012] 第五步，Di=inUS/G^+l，二次均攤的采樣點(diǎn)間隔數(shù)記為02=int(S/D2)，二次余 數(shù)記為I^iGi-inUS/Di)，第一個(gè)采樣點(diǎn)之后的[0,3199]個(gè)的采樣點(diǎn)基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)為 Bi，在第D「l，2D「1，…，mDi-1個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，且m= [1，int(S/DD]，在 第02-1，202-1，…，pD2-l個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，二次分?jǐn)倲?shù)，記為p= [1，R2]，進(jìn) 入第六步。
[0013] 第六步，根據(jù)生成的采樣間隔進(jìn)行S點(diǎn)的采樣，跳轉(zhuǎn)至第二步；
[0014] 進(jìn)一步，所述第二步中當(dāng)Q，C_dPC_2初始化為0時(shí)，則需C_2被填入實(shí)際值之后， 才可以進(jìn)行采樣動(dòng)作。
[0015] 進(jìn)一步，所述第二步2中，如果外部秒脈沖不穩(wěn)定，則使用平均化法計(jì) 算C1=int((CdCLi+Cj/S);如果晶振隨著溫度經(jīng)常變化則通過(guò)斜率計(jì)算C1 = int((Q^C-i-Cj) /2)。
[0016] 有益效果
[0017] 本發(fā)明提供的一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，擴(kuò)大了采樣的適用范 圍，在所需采樣率接近芯片的額定頻率時(shí)，有效抑制每個(gè)采樣間隔寬度的分散和每個(gè)采樣 段寬度的分散增大的程度，使在芯片的額定頻率無(wú)法提高的情況下提高采樣率時(shí)，也減小 電氣量的采集精度下降程度成為可能。本發(fā)明可以根據(jù)之前的時(shí)鐘頻率的變化趨勢(shì)迅速預(yù) 測(cè)下一秒時(shí)鐘頻率，具有較強(qiáng)的抗干擾性，不會(huì)因?yàn)檩斎氲拿朊}沖不穩(wěn)定產(chǎn)生采樣頻率大 幅度的變化，特別是調(diào)整的差值允許超過(guò)1個(gè)采樣點(diǎn)的寬度，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 附圖1是本發(fā)明的操作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0020] 實(shí)施例
[0021] 如附圖1所示，以實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖的時(shí)鐘計(jì)數(shù)值CQ= 2500020,C_1= 2500014,C_2 =2500018,采樣率S= 3200點(diǎn)/秒，每輪計(jì)算需要64個(gè)采樣點(diǎn)為例，
[0022] 第一步，接收標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，用時(shí)鐘計(jì)數(shù)器連續(xù)計(jì)數(shù)秒脈沖和秒脈沖之間的時(shí)鐘數(shù) C0,c_i，c_2;
[0023] 第二步，預(yù)測(cè)下一個(gè)秒脈沖間隔的計(jì)數(shù)值C1=intUCVC^+C^)/^) = 2500017 ;
[0024] 第三步，每輪計(jì)算周期中64個(gè)采樣點(diǎn)的理論總間隔為C364/S= 50000. 34clocks;基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)&=inUC/S) = 781 ;-次均攤余數(shù)G1=S= 817 ; 因?yàn)镚i不為零，則F1=S%G1= 749,進(jìn)入第四步，
[0025] 第四步，若匕不為零，進(jìn)入第五步；
[0026] 第五步，Di=int(S/GJ+1 = 4,D2=int(S/D2) = 188,R2=Gfint(S/DJ= 17 ; 第一個(gè)采樣點(diǎn)之后的〇?3199個(gè)的采樣點(diǎn)基礎(chǔ)間隔都為781個(gè)時(shí)鐘；因?yàn)镈1= 4,所以在 第3,7，一，4111-1，3199個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，且111=1?11^(5/1)1) ;因?yàn)?2 = 188,所以在第187, 375,…，188p-l，3195個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，p= 1?R2。
[0027] 第六步，根據(jù)生成的采樣間隔進(jìn)行3200點(diǎn)采樣，跳轉(zhuǎn)第二步。
[0028] 以每輪計(jì)算周期中64個(gè)采樣點(diǎn)，在3200點(diǎn)中有50輪計(jì)算，每輪實(shí)際總間隔和理 論值平均誤差為〇. 0009%，具體計(jì)算數(shù)值如下表：
[0029]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，其特征在于，它包括以下幾個(gè)步驟： (I)接收標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖，用時(shí)鐘計(jì)數(shù)器連續(xù)計(jì)數(shù)秒脈沖和秒脈沖之間的時(shí)鐘數(shù)，記為CQ; (ii)使用最近三次的秒脈沖實(shí)際計(jì)數(shù)值，記為，預(yù)測(cè)下一秒的秒脈沖間隔， 記為c1; (III) 采樣率記為S，基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)記為B1= inUC/S)，一次均攤余數(shù)，記為G1 = Ci%S，如果匕為零，則采樣間隔皆等于I，直接跳轉(zhuǎn)至步驟（VI)，否則采樣率余數(shù)記為F1 = S% Gi，進(jìn)入步驟（IV); (IV) 如果Fi為零，一次均攤的采樣點(diǎn)間隔數(shù)記為D1=inUS/Gj，第一個(gè)采樣點(diǎn)之后的 [0, 3199]個(gè)的采樣點(diǎn)基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)為&，在第Di-1，2D「1，…，mDi-1個(gè)采樣間隔里加1個(gè) 時(shí)鐘的延遲，且一次分?jǐn)倲?shù)記為m= [ljnUS/Di)]，跳轉(zhuǎn)至步驟（VI)，否則進(jìn)入步驟（V); (AODf int(S/G ^+1，二次均攤的采樣點(diǎn)間隔數(shù)記為D2= int(S/D 2)，二次余數(shù)記 為馬=Gi-inUS/Di)，第一個(gè)采樣點(diǎn)之后的[0,3199]個(gè)的采樣點(diǎn)基礎(chǔ)間隔時(shí)鐘數(shù)為&， 在第DflJDi-l，…，mDi-1個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，且m = [1，inUS/DD]，在第 D2-1，2D2-1，…，pD2-l個(gè)采樣間隔里加1個(gè)時(shí)鐘的延遲，二次分?jǐn)倲?shù)，記為p = [1，R2]，進(jìn)入 步驟（VI)。 (VI)根據(jù)生成的采樣間隔進(jìn)行S點(diǎn)的采樣，跳轉(zhuǎn)至步驟（II)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，其特征在于：所 述步驟（II)中當(dāng)Q，CjP C_2初始化為0時(shí)，則需C_2被填入實(shí)際值之后，才可以進(jìn)行采樣 動(dòng)作。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，其特征在于：所 述步驟（II)中，如果外部秒脈沖不穩(wěn)定，則使用平均化法計(jì)算(^= ;如 果晶振隨著溫度經(jīng)常變化則通過(guò)斜率計(jì)算C1= intUCfZq-C^)/^)。
【專利摘要】一種基于GPS的電氣量信號(hào)自適應(yīng)采樣方法，在所需采樣率接近芯片的額定頻率時(shí)，有效抑制每個(gè)采樣間隔寬度的分散和每個(gè)采樣段寬度的分散增大的程度，使在芯片的額定頻率無(wú)法提高的情況下提高采樣率時(shí)，也減小電氣量的采集精度下降程度成為可能。本發(fā)明可以根據(jù)之前的時(shí)鐘頻率的變化趨勢(shì)迅速預(yù)測(cè)下一秒時(shí)鐘頻率，具有較強(qiáng)的抗干擾性，不會(huì)因?yàn)檩斎氲拿朊}沖不穩(wěn)定產(chǎn)生采樣頻率大幅度的變化，特別是調(diào)整的差值允許超過(guò)1個(gè)采樣點(diǎn)的寬度，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。
【IPC分類】G01R23-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104614586
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510016798
【發(fā)明人】蔣文駿, 褚文捷, 劉亞捷, 吳穎, 王英翔
【申請(qǐng)人】上?；莅蚕到y(tǒng)控制有限公司
【公開(kāi)日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年1月13日