一种基于fpga+dsp的apf控制器的采样数据处理方法
【专利摘要】一种基于FPGA+DSP的APF控制器及采样数据处理方法，该方法利用一个输入序列计数器和一个或多个输出序列计数器递增，判断计数器在时间轴上的相对位置，通过就近采样数据前向插值算法获得非采样点数据，计算简便，无需大量存储单元，可输出多种不同采样率的数据序列，适用于实时性要求较高的控制系统和算法。本发明适用于APF等电力系统中的谐波检测和电能质量管理。
【专利说明】—种基于FPGA+DSP的APF控制器的采样数据处理方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种基于FPGA+DSP的APF控制器的采样数据处理方法，属于数据处理【技术领域】。
[0002]【背景技术】
在有源电力滤波器(APF)等电力系统中的谐波检测及电能质量治理领域，对各次谐波进行精确快速的检测至关重要，该数据包含各信号的瞬时值，特别是需要提取负载中各次谐波的瞬时值，用于对APF的控制；同时在装置上的人机交互界面需要实时显示负载中及APF输出的各次谐波的有效值，方便操作人员了解装置运行状态并进行干预。但无论是提取负载谐波瞬时值及其他信号的有效值都需要大量的计算和处理，因此一种针对APF的方便有效的数据处理方法对其稳定高效运行尤为重要。
[0003]
【发明内容】
本发明的目的是，公开一种基于FPGA+DSP的APF控制器的采样数据处理方法。
[0004]本发明的技术方案是，本发明针对APF控制器提出一种利用前向插值算法实时模拟获得非采样点数据的方法，该方法利用一个输入序列计数器和一个或多个输出序列计数器递增，判断计数器在时间轴上的相对位置，通过就近采样数据前向插值算法获得非采样点数据，计算简便，无需大量存储单元，可输出多种不同采样率的数据序列，适用于实时性要求较高的控制系统和算法。根据所需数据的精度，前向插值算法可采用线性插值、二次插值等多种算法。
[0005]由于电力滤波器(APF)控制器的数据处理量较大，包含提取负载谐波的瞬时无功功率算法及计算信号有效值的傅立叶算法，因此本方法所针对的APF采用的是FPGA+DSP的控制器硬件结构，充分结合FPGA运算速度快和DSP控制能力强的优势。
[0006]APF控制器结构如图1所示，主要包括模拟信号调理电路、AD芯片、FPGA数据处理器及DSP控制器，其中模拟信号调理电路主要对主电路强信号进行调理，使其能够适合于AD芯片的量程，AD芯片将模拟信号以某一固定的采样量转化为数字量；FPGA对采样数据进行一定的处理，并将这些数据通过瞬时无功功率理论ipiq算法实时计算出各次谐波瞬时值，同时通过FFT算法计算有效值。DSP读取这些数据，对三相逆变桥和液晶面板进行控制。
[0007]APF采样、数据处理及控制过程如图2所示。在以上APF的控制器中，采用FPGA进行了数据的采样和处理，DSP作为核心控制器进行直流侧的稳压控制和有源滤波器输出电流的跟踪控制，同时还要进行各次谐波数据的显示，提供装置与用户的交互平台。这里需要用到同一信号(如负载电流)不同格式的两方面数据，一种是对有源滤波器进行控制的各次谐波瞬时数据，一种是对各次谐波进行显示的有效值数据。各次谐波瞬时数据要根据控制的效果确定最优的采样率，而有效值数据一般需要对每个电网周期信号分割为2N个数据点来进行FFT计算。实际应用中，控制采样率很有可能并不等于2N。如果采用两套采样装置对同一信号进行采样，不仅提高了成本，而且可能因为元器件参数的不一致性造成数据失真.因此最简便经济的方式就是通过某种数据处理手段将任意一种采样率的数据流实时转换成其他采样率的数据流以满足同一系统或具有数据交换的不同系统对同一信号数据的需求。
[0008]本发明的有益效果是，本发明针对该APF控制器提出一种利用前向插值算法实时模拟获得非采样点数据的方法，该方法利用一个输入序列计数器和一个或多个输出序列计数器递增，判断计数器在时间轴上的相对位置，通过就近采样数据前向插值获得非采样点数据，计算简便，无需大量存储单元，可输出多种不同采样率的数据序列，适用于实时性要求较高的控制系统和算法。根据所需数据的精度，前向插值算法可采用线性插值、二次插值等多种算法。
[0009]本发明适用于APF等电力系统中的谐波检测和电能质量管理。
[0010]【专利附图】
【附图说明】
图1为APF控制器结构示意图；
图2为APF采样、数据处理及控制过程示意图；
图3为两种不同采样率的数据流插值点示意图；
图4为实施例插值计算实现步骤框图；
图5为前向线性插值算法；
图6为前向二次插值算法。
【具体实施方式】
[0011]本发明具体实旋方式如下: 对于两种不同采样率的数据流具有不同的间隔，在已知数据流的基础上插值获得另一数据流首先要确定插值点。
[0012]如图3所示，Nx (0<=Nx<S0)为实际采样点计数器，Ny (0<=Ny<Sl)为采样插值点计数器，两种数据流的间隔分别为l/so和1/S1，每个数据点在时间轴上的位置分别为Nx/SO和Ny/Sl。通过判断两个计数器在时间轴上的相对位置，即可得到最靠近插值点的实际采样点，以获得最优的数据进行插值算法。例如，要获得最接近Ny=5时的采样点数据，可通过判断Nx_l/S0〈=Ny/Sl〈=Nx/S0得知最靠近的采样点为Nx=6。根据图4所示步骤及图5所示的两种算法，可以根据Nx=6、Nx=5及Nx=4三个实际采样点数据方便得到Ny=5时的值。
[0013]图4为本发明实现步骤。
[0014]图4中，SO为实际采样率，SI为需要输出的采样率，X为实际采样计数器，y为需要输出的采样计数器。上面虚线方框内为数据点的初始化，这里考虑了 SDSO的情况，即插值数据点要多于采样点。在这种情况下，第二个插值点(即y=l)要等到至少有两个实际采样点后(即x>=l)才可以进行计算。而在S1〈S0的情况下，第二个插值点必然会在得到两个采样点之后。下面虚线方框内为后续插值点的计算步骤，计算Y(y)可采用不同的插值算法获得，且可根据需要设置多路输出。
[0015]图5为线性插值算法示意图，其中，T(X-1) ,T(x)为第x-1和第X个采样点所处时亥lJ，T(y)为第y个插值点所在时刻，Y(x-l)及Y(X)为第x_l和第x个实际采样点的采样值，Y(y)为第y个插值点需要输出采样插值，
【权利要求】
1.一种基于FPGA+DSP的APF控制器采样数据处理方法，其特征在于，所述方法利用一个输入序列计数器和一个或多个输出序列计数器递增，判断计数器在时间轴上的相对位置，通过就近采样数据前向插值算法获得非采样点数据，计算简便，无需大量存储单元，可输出多种不同采样率的数据序列，适用于实时性要求较高的控制系统和算法。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA+DSP的APF控制器采样数据处理方法，其特征在于，所述前向插值算法可采用线性插值、二次插值算法。
【文档编号】G01R23/16GK103487651SQ201310436225
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】邓才波, 范瑞祥, 潘本仁, 徐在德, 程飞 申请人:国家电网公司, 江西省电力科学研究院, 江西钱江电气有限责任公司