基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，步驟1、進(jìn)行采樣輸入并判斷信號類型，如果是模擬采樣信號，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟3；步驟2、對采樣信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA模塊控制A/D轉(zhuǎn)換采樣處理，進(jìn)入步驟4；步驟3、數(shù)字采樣信號經(jīng)SV報(bào)文解析模塊解析成原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列后交給FPGA模塊處理，進(jìn)入步驟4；步驟4、MCU處理單元采用相同的頻率跟蹤采樣算法分別處理數(shù)字化采樣值隊(duì)列1和數(shù)字化采樣值隊(duì)列2的數(shù)字化采樣值，并計(jì)算出兩個(gè)隊(duì)列對應(yīng)的實(shí)際頻率1和實(shí)際頻率2，分別作為FPGA模塊的給定頻率1與給定頻率2控制下一次采樣處理，單次采樣處理結(jié)束。有效地降低了模擬采樣與數(shù)字采樣共存時(shí)電力系統(tǒng)二次設(shè)備設(shè)計(jì)的開銷及開發(fā)成本。
【專利說明】
基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前IEC61850標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于智能變電站，該標(biāo)準(zhǔn)的第9-2部分，S卩《特定通信服務(wù)映射(SCSM)通過IS0/IEC 8802-3的采樣值》描述了數(shù)字化SV采樣通信規(guī)范，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采樣頻率固定，目前廣泛采用的頻率是每周波80點(diǎn)，即每秒等間隔4000點(diǎn)的采樣數(shù)據(jù)，而當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)頻率偏離額定頻率時(shí)，由于數(shù)字化采樣頻率不變，與電網(wǎng)系統(tǒng)頻率不同步，周期采樣電網(wǎng)信號的相位在始端和終端不連續(xù)，出現(xiàn)頻譜泄漏，從而造成了計(jì)算誤差。
[0003]另外，數(shù)字信號采樣在算法處理上與常規(guī)的模擬信號采樣采用的頻率跟蹤的變頻算法存在差異，在一些技改變電站，存在常規(guī)模擬信號采樣與數(shù)字信號采樣共存的情況，針對不同的采樣輸入，在同一裝置內(nèi)往往需要設(shè)計(jì)兩套不同的采樣回路及算法處理，設(shè)計(jì)開銷和開發(fā)成本都較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，針對模擬采樣與數(shù)字采樣共存的電力系統(tǒng)二次設(shè)備，實(shí)現(xiàn)兩種采樣形式算法共享和頻率跟蹤，有效地降低了模擬采樣與數(shù)字采樣共存時(shí)電力系統(tǒng)二次設(shè)備設(shè)計(jì)的開銷及開發(fā)成本。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007]步驟1、進(jìn)行采樣輸入并判斷信號類型，如果是模擬采樣信號，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟3;
[0008]步驟2、對采樣信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA模塊控f|jijA/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率，將模擬信號處理成數(shù)字化采樣值隊(duì)列I，A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率等于給定頻率I，隊(duì)列I的采樣周期是給定頻率I的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，則給定頻率I等于系統(tǒng)額定頻率，否則給定頻率I等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列I的實(shí)際頻率I，進(jìn)入步驟4;
[0009]步驟3、數(shù)字采樣信號經(jīng)SV報(bào)文解析模塊解析成原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列后交給FPGA模塊處理:FPGA模塊根據(jù)給定頻率2對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列通過線性差值法，形成新的采樣值隊(duì)列2，隊(duì)列2的采樣周期是給定頻率2的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列采用過零點(diǎn)測頻法計(jì)算出給定頻率2，否則給定頻率2等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列2的實(shí)際頻率2，進(jìn)入步驟4;
[0010]步驟4、M⑶處理單元采用相同的頻率跟蹤采樣算法分別處理數(shù)字化采樣值隊(duì)列I和數(shù)字化采樣值隊(duì)列2的數(shù)字化采樣值，并計(jì)算出兩個(gè)隊(duì)列對應(yīng)的實(shí)際頻率I和實(shí)際頻率2，分別作為FPGA模塊的給定頻率I與給定頻率2控制下一次采樣處理，單次采樣處理結(jié)束。
[0011]優(yōu)選，步驟2中，模擬信號經(jīng)過PT/CT電壓電流變換，再經(jīng)過濾波電路處理后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]針對模擬采樣與數(shù)字化采樣共存的電力系統(tǒng)二次設(shè)備，模擬采樣部分采用頻率跟蹤同步采樣設(shè)計(jì)，定頻的數(shù)字化采樣部分通過算法(比如線性差值算法或樣條插值法)對原始采樣點(diǎn)序列重新抽取，達(dá)到與模擬采樣部分相同的效果，最后將采樣值隊(duì)列交給指定的頻率跟蹤算法模塊處理，該算法模塊無需區(qū)分是模擬采樣輸入還是數(shù)字化采樣輸入，實(shí)現(xiàn)兩種采樣形式算法共享和頻率跟蹤，解決常規(guī)采樣與數(shù)字化采樣算法需單獨(dú)設(shè)計(jì)的問題。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法的結(jié)構(gòu)框圖；
[0015]圖2是本發(fā)明基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0017]基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖，包括PT/CT轉(zhuǎn)化電路(PT是電壓互感器，CT是電流互感器)、濾波處理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、FPGA控制電路、SV報(bào)文解析模塊、采樣值隊(duì)列緩存模塊、MCU處理單元。
[0018]具體的采樣流程如圖2所示，包括如下步驟:
[0019]步驟1、進(jìn)行采樣輸入并判斷信號類型，如果是模擬采樣信號，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟3 ；
[0020]步驟2、對采樣信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA模塊控f|jijA/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率，將模擬信號處理成數(shù)字化采樣值隊(duì)列I，A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率等于給定頻率1(A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出是由FPGA模塊給予信號觸發(fā)的，F(xiàn)PGA每給出一個(gè)觸發(fā)信號，A/D模塊就進(jìn)行一次模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)數(shù)字化采樣值，所以給定頻率I也就是A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率)，隊(duì)列I的采樣周期是給定頻率I的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，則給定頻率I等于系統(tǒng)額定頻率，否則給定頻率I等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列I的實(shí)際頻率I，進(jìn)入步驟4;
[0021]步驟3、數(shù)字采樣信號經(jīng)SV報(bào)文解析模塊解析成原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列后交給FPGA模塊處理:FPGA模塊根據(jù)給定頻率2對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列通過線性差值法，形成新的采樣值隊(duì)列2，隊(duì)列2的采樣周期是給定頻率2的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列采用過零點(diǎn)測頻法計(jì)算出給定頻率2，否則給定頻率2等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列2的實(shí)際頻率2，進(jìn)入步驟4;
[0022]此步驟中，若SV報(bào)文解析模塊解析失敗則直接結(jié)束。
[0023]步驟4、M⑶處理單元采用相同的頻率跟蹤采樣算法(比如基于頻率跟蹤的傅氏算法)分別處理數(shù)字化采樣值隊(duì)列I和數(shù)字化采樣值隊(duì)列2的數(shù)字化采樣值，并計(jì)算出兩個(gè)隊(duì)列對應(yīng)的單次計(jì)算頻率I和單次計(jì)算頻率2，利用滑動(dòng)平均法分別處理兩個(gè)單次計(jì)算頻率，得到實(shí)際頻率I和實(shí)際頻率2，分別作為FPGA模塊的給定頻率I與給定頻率2控制下一次采樣處理，單次采樣處理結(jié)束。
[0024]優(yōu)選，步驟2中，模擬信號先經(jīng)過PT/CT電壓電流變換，再經(jīng)過濾波電路處理后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換。
[0025]針對模擬采樣與數(shù)字化采樣共存的電力系統(tǒng)二次設(shè)備，模擬采樣部分采用頻率跟蹤同步采樣設(shè)計(jì)，定頻的數(shù)字化采樣部分通過算法對原始采樣點(diǎn)序列重新抽取，達(dá)到與模擬采樣部分相同的效果，最后將采樣值隊(duì)列交給指定的頻率跟蹤算法模塊處理，該算法模塊無需區(qū)分是模擬采樣輸入還是數(shù)字化采樣輸入，實(shí)現(xiàn)兩種采樣形式算法共享和頻率跟蹤，解決常規(guī)采樣與數(shù)字化采樣算法需單獨(dú)設(shè)計(jì)的問題。
[0026]以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或者等效流程變換，或者直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1、進(jìn)行采樣輸入并判斷信號類型，如果是模擬采樣信號，則進(jìn)入步驟2，否則進(jìn)入步驟3; 步驟2、對采樣信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA模塊控制A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率，將模擬信號處理成數(shù)字化采樣值隊(duì)列I，A/D轉(zhuǎn)換模塊的工作頻率等于給定頻率I，隊(duì)列I的采樣周期是給定頻率I的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，則給定頻率I等于系統(tǒng)額定頻率，否則給定頻率I等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列I的實(shí)際頻率I，進(jìn)入步驟4; 步驟3、數(shù)字采樣信號經(jīng)SV報(bào)文解析模塊解析成原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列后交給FPGA模塊處理:FPGA模塊根據(jù)給定頻率2對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列通過線性差值法，形成新的采樣值隊(duì)列2，隊(duì)列2的采樣周期是給定頻率2的倒數(shù)，如果是首次處理采樣輸入，對原始數(shù)字化采樣信號隊(duì)列采用過零點(diǎn)測頻法計(jì)算出給定頻率2，否則給定頻率2等于上一次采樣處理中MCU處理單元計(jì)算的隊(duì)列2的實(shí)際頻率2，進(jìn)入步驟4; 步驟4、MCU處理單元采用相同的頻率跟蹤采樣算法分別處理數(shù)字化采樣值隊(duì)列I和數(shù)字化采樣值隊(duì)列2的數(shù)字化采樣值，并計(jì)算出兩個(gè)隊(duì)列對應(yīng)的實(shí)際頻率I和實(shí)際頻率2，分別作為FPGA模塊的給定頻率I與給定頻率2控制下一次采樣處理，單次采樣處理結(jié)束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電力系統(tǒng)二次設(shè)備的采樣方法，其特征在于，步驟2中，模擬信號經(jīng)過PT/CT電壓電流變換，再經(jīng)過濾波電路處理后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換。
【文檔編號】H03M1/12GK105871379SQ201610179828
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】商巍, 龔世敏, 唐斌, 洪瑩, 張 林
【申請人】南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司