一种交流采样快速计算有效值的算法的制作方法

1.本发明涉及有效值算法领域，具体为一种交流采样快速计算有效值的算法。


背景技术：

2.交流采样技术是按一定规律对被测信号的瞬时值进行采样，再按一定算法进行数值处理，从而获得被测量的测量方法。在数据采集和自动化系统的很多场合都需要用到交流采样技术。典型的场合如电力系统，将高电压大电流的强电信号，经过电压传感器或电流传感器，变换成a/d转换器所能接受的电信号，输入至a/d转换器的是与电力系统的一次电流和一次电压同频率、大小成比例的电信号，再通过各种算法得到实际电网的电压、电流、功率等参数。
3.如今电网容量不断增大，结构形式也变得复杂，对电力系统进行监测和控制，是保障电网安全运行、实现电力自动化的必要手段。而交流采样的实时性和准确性是监测和控制的关键，尤其对于保护系统，如剩余电流保护系统、短路和瞬时保护系统更为重要；
4.现有技术存在以下缺点：交流采样技术的的理论基础是采样定理，即要求采样频率为被测信号频谱中最高频率的2倍以上。按一定的规律对被测量的瞬时值进行采样，然后按一定的算法可求出被测量，目前常用的交流采样算法有：最大值法、积分法、傅里叶变换法等。最大值法，是通过一个周期内多次对电压信号采样，取所有采样值的最大值um，然后通过公式得出有效值u。积分法，是通过一个周期连续采样n个点数据u(1)....u(n)，然后通过公式傅里叶变换法，是通过一定的频率在一个周期内采样n个点数据，将这些数据通过傅里叶变换得到直流分量、基波和各次谐波的含量，从而得到需要的基波数据。
5.上述几种计算方法都需要连续至少采样一个周期的数据才能计算出实际的信号有效值，如我们国家的电网频率为50hz，那么一个周期的时间是20ms，即上述方法计算出的有效值实际是20ms之前的数据。由于标准的交流信号是完全对称的，因此可以通过硬件整流的方法将负半轴信号翻转，在一个周期内能够得到两个相同的信号，这样只需10ms采样时间就能通过上述算法得到实际的有效值。
6.10ms的时间得出实际有效值在测量系统中能够很好的满足实时性的要求。但对于保护系统，保护时间越快系统越安全，因此快速得出交流采样有效值对于保护系统至关重要。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种交流采样快速计算有效值的算法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种交流采样快速计算有效值的算法，包括以下步骤：
9.步骤一：对正弦交流信号进行连续2个点的采样；
10.步骤二：通过步骤一中得到2个点的数据值；
11.步骤三：通过步骤二中两个点的数据值得到该信号峰值的表达式；
12.步骤四：对步骤一中的该正弦交流信号进行周期的限定，求出该信号峰值的有效值。
13.作为优选，所述步骤一中的正弦交流信号表达式为y＝a*sin(t)，以频率为f的速率对信号进行连续2个点的采样。
14.作为优选，所述步骤二中数据值分别为y1＝a*sin(φ)、y2＝a*sin(φ+w)；
15.其中在这两个等式中，y1、y2为已知的实际测量值，w为已知的固定采样时间。
16.作为优选，所述步骤三中表达式具体方法为：
17.根据y1＝a*sin(φ)得到φ的具体表达式为：
18.φ＝arcsin(y1/a)
19.根据y2＝a*sin(φ+w)，将φ的表达式φ＝arcsin(y1/a)带入，得到y2＝a*sin(arcsin(y1/a)+w)；
20.因此得到a与y1、y2、w关系式：
[0021][0022]
作为优选，所述步骤四中正弦交流信号的限定周期为t，得出w的具体表达式为w＝(2π/t)*(1/f)。
[0023]
作为优选，将上述w的表达式带入到上述a的表达式中，即可求出a的值，即有效值为a/√2。
[0024]
综上所述，本发明有益效果是：
[0025]
1、本发明只需采样2个点数据即可得出交流信号的有效值，实际得出有效值的时间只跟采样频率有关，与实际被测交流信号的周期没有关系，本方法可以广泛应用于对实时性要求苛刻的场合，如各种保护系统。
[0026]
2、本发明算法可以在极短的时间内(时间与被测信号无关)得出采样的有效值，为保护系统实现多种保护策略提供有效的数据支撑。
附图说明
[0027]
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0028]
图1为本发明一种交流采样快速计算有效值的算法整体流程示意图；
[0029]
图2为本发明一种交流采样快速计算有效值的算法正弦交流信号图。
具体实施方式
[0030]
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥
的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0031]
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0032]
下面结合图1-2对本发明进行详细说明，其中，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1视图方向的前后左右上下的方向一致，图1为本发明装置的正视图，图1所示方向与本发明装置正视方向的前后左右上下方向一致。
[0033]
请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种交流采样快速计算有效值的算法，包括以下步骤：
[0034]
步骤一：对正弦交流信号进行连续2个点的采样；
[0035]
步骤二：通过步骤一中得到2个点的数据值；
[0036]
步骤三：通过步骤二中两个点的数据值得到该信号峰值的表达式；
[0037]
步骤四：对步骤一中的该正弦交流信号进行周期的限定，求出该信号峰值的有效值。
[0038]
另外，在一个实施例中，所述步骤一中的正弦交流信号表达式为y＝a*sin(t)，以频率为f的速率对信号进行连续2个点的采样。
[0039]
另外，在一个实施例中，所述步骤二中数据值分别为y1＝a*sin(φ)、y2＝a*sin(φ+w)；
[0040]
其中在这两个等式中，y1、y2为已知的实际测量值，w为已知的固定采样时间。
[0041]
另外，在一个实施例中，所述步骤三中表达式具体方法为：
[0042]
根据y1＝a*sin(φ)得到φ的具体表达式为：
[0043]
φ＝arcsin(y1/a)
[0044]
根据y2＝a*sin(φ+w)，将φ的表达式φ＝arcsin(y1/a)带入，得到y2＝a*sin(arcsin(y1/a)+w)；
[0045]
因此得到a与y1、y2、w关系式：
[0046][0047]
另外，在一个实施例中，所述步骤四中正弦交流信号的限定周期为t，得出w的具体表达式为w＝(2π/t)*(1/f)。
[0048]
另外，在一个实施例中，将上述w的表达式带入到上述a的表达式中，即可求出a的值，即有效值为a/√2。
[0049]
实施例1，假设以2khz的速率采样一个50hz的交流电压信号，实际采样2个点的时间为(1/2000)*2＝0.001s即1ms，通过上述计算方法，2khz的采样速率可以在1ms内得出信号的有效值，实际得出有效值的时间只跟采样频率有关，与实际被测交流信号的周期没有关系，本方法可以广泛应用于对实时性要求苛刻的场合，如各种保护系统。
[0050]
以上所述，仅为发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。因此，发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。