一种基于gps的电气量信号自适应采样方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统测控技术领域，具体讲就是涉及一种基于GPS的电气量信号 自适应采样方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统规模的进一步扩大，各种类型的电源和负荷被接入到系统中，使电 力系统的控制变得更加的复杂。为了保证系统的安全稳定运行，需要对电流电压的频率，幅 值，谐波，相角，电能量等电气量进行高精度的测量。为了获得高精度的电气量测量值，在交 流采样时不仅需要控制每秒内采样点的个数以保证采样率的精度，而且需要提高每个采样 点间隔均匀程度。在电气量采集和计算过程中，每秒钟的采样数据需要顺序且同等地分配 给数轮的交流采样计算，比如，每秒钟需要进行50轮电压频率的计算，采样率为3200Hz，则 每秒钟的3200点数据需要顺序地均匀分配给这50轮频率计算，换而言之每一轮计算所需 的64个采样点总采样宽度，这里简称采样段的宽度也需要尽可能相同。因此为了提高每 一轮的计算结果的精度，不但需要减小3200个采样间隔相互之间的分散，而且也需要减小 50个采样段宽度相互之间的分散，否则就会使宽度较窄的采样段计算获得的交流频率的测 量值偏大，而宽度较宽的采样段计算获得的交流频率的测量值偏小。
[0003] 中国专利201410173291. 4公开了一种基于FPGA的高精度秒脉冲倍频出采样脉冲 的方法，以下记为方法1。该方法将实际同步秒脉冲计数值和理想同步秒脉冲计数值进行比 较，将偏差与采样频率进行累加计算，根据累加计算结果判断脉冲计数器是否进行校正，从 而达到将实际同步秒脉冲的总偏差平均分布到实际采样脉冲中，降低了采样脉冲的误差， 为信号采集提供了更加可靠稳定的采样脉冲信号。但是方法1存在几个方面的缺陷，第一， 累加计算过程中的累加量的判断和实际采样脉冲输出的判断过程会引入时延；第二，该采 样方法需要有一个假设的前提：晶振的频率变化非常小，但实际上晶振的频率会随着环境 温度和器件内部状态连续变化，方法1的效果会比实际晶振频率产生的采样效果延迟一秒 以上出现；第三，抗干扰的健壮性不强，比如当输入的同步秒脉冲不稳定，比如沿偶尔出现 的稍早或稍晚，那就会导致实际采样间隔也一同变宽变窄，导致实际与测量结果依然不准 确；第四，该采样方法只能适用于差值4, 8等4000的因数，且调整的差值不可能超过1个采 样点的宽度计数值，使应用范围有局限性。
[0004] 综上所述，现有的电气量信号采样方法适用范围狭窄，随着半导体芯片频率达到 物理极限，而为了获取高分辨率测量需要进一步提高采样率，因此会导致的采样率进一步 接近芯片的额定频率时，采样间隔宽度的分散和采样段宽度的分散会迅速变大。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有的电气量信号采样方法存在适用范围狭窄，测量数值仍 然与实际值存在较大误差的缺陷，提供一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，扩大 了采样的适用范围，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的 分散和每个采样段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采 样率时，也减小电气量的采集精度下降程度成为可能。
[0006] 技术方案
[0007] 为了实现上述技术目的，本发明设计一种基于GPS的电气量信号自适应采样方 法，其特征在于，它包括以下几个步骤：
[0008] 第一步，接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数 记为cQ;
[0009] 第二步，使用最近三次的秒脉冲实际计数值，记为C_2，预测下一秒的秒脉 冲间隔记为c1;
[0010] 第三步，采样率记为S，基础间隔时钟数记为B1=inUCi/S)，一次均摊余数，记为 G1=CS，如果匕为零，则采样间隔皆等于Bi，直接跳转至第六步，否则采样率余数记为匕 =S%Gi，进入第四步；
[0011] 第四步，如果匕为零，一次均摊的采样点间隔数记为D1=inUS/GD，第一个采样 点之后的[0, 3199]个的采样点基础间隔时钟数为&，在第Di-1，2Drl，…，mDi-1个采样间 隔里加1个时钟的延迟，且一次分摊数记为m= [1，int(S/DJ]，跳转至第六步，否则进入第 五步；
[0012] 第五步，Di=inUS/G^+l，二次均摊的采样点间隔数记为02=int(S/D2)，二次余 数记为I^iGi-inUS/Di)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为 Bi，在第D「l，2D「1，…，mDi-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且m= [1，int(S/DD]，在 第02-1，202-1，…，pD2-l个采样间隔里加1个时钟的延迟，二次分摊数，记为p= [1，R2]，进 入第六步。
[0013] 第六步，根据生成的采样间隔进行S点的采样，跳转至第二步；
[0014] 进一步，所述第二步中当Q，C_dPC_2初始化为0时，则需C_2被填入实际值之后， 才可以进行采样动作。
[0015] 进一步，所述第二步2中，如果外部秒脉冲不稳定，则使用平均化法计 算C1=int((CdCLi+Cj/S);如果晶振随着温度经常变化则通过斜率计算C1 = int((Q^C-i-Cj) /2)。
[0016] 有益效果
[0017] 本发明提供的一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，扩大了采样的适用范 围，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的分散和每个采样 段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采样率时，也减小 电气量的采集精度下降程度成为可能。本发明可以根据之前的时钟频率的变化趋势迅速预 测下一秒时钟频率，具有较强的抗干扰性，不会因为输入的秒脉冲不稳定产生采样频率大 幅度的变化，特别是调整的差值允许超过1个采样点的宽度，扩大了应用范围。
【附图说明】
[0018] 附图1是本发明的操作流程图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
[0020] 实施例
[0021] 如附图1所示，以实际标准秒脉冲的时钟计数值CQ= 2500020,C_1= 2500014,C_2 =2500018,采样率S= 3200点/秒，每轮计算需要64个采样点为例，
[0022] 第一步，接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数 C0,c_i，c_2;
[0023] 第二步，预测下一个秒脉冲间隔的计数值C1=intUCVC^+C^)/^) = 2500017 ;
[0024] 第三步，每轮计算周期中64个采样点的理论总间隔为C364/S= 50000. 34clocks;基础间隔时钟数&=inUC/S) = 781 ;-次均摊余数G1=S= 817 ; 因为Gi不为零，则F1=S%G1= 749,进入第四步，
[0025] 第四步，若匕不为零，进入第五步；
[0026] 第五步，Di=int(S/GJ+1 = 4,D2=int(S/D2) = 188,R2=Gfint(S/DJ= 17 ; 第一个采样点之后的〇?3199个的采样点基础间隔都为781个时钟；因为D1= 4,所以在 第3,7，一，4111-1，3199个采样间隔里加1个时钟的延迟，且111=1?11^(5/1)1) ;因为02 = 188,所以在第187, 375,…，188p-l，3195个采样间隔里加1个时钟的延迟，p= 1?R2。
[0027] 第六步，根据生成的采样间隔进行3200点采样，跳转第二步。
[0028] 以每轮计算周期中64个采样点，在3200点中有50轮计算，每轮实际总间隔和理 论值平均误差为〇. 0009%，具体计算数值如下表：
[0029]
【主权项】
1. 一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于，它包括以下几个步骤： (I)接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数，记为CQ; (ii)使用最近三次的秒脉冲实际计数值，记为，预测下一秒的秒脉冲间隔， 记为c1; (III) 采样率记为S，基础间隔时钟数记为B1= inUC/S)，一次均摊余数，记为G1 = Ci%S，如果匕为零，则采样间隔皆等于I，直接跳转至步骤（VI)，否则采样率余数记为F1 = S% Gi，进入步骤（IV); (IV) 如果Fi为零，一次均摊的采样点间隔数记为D1=inUS/Gj，第一个采样点之后的 [0, 3199]个的采样点基础间隔时钟数为&，在第Di-1，2D「1，…，mDi-1个采样间隔里加1个 时钟的延迟，且一次分摊数记为m= [ljnUS/Di)]，跳转至步骤（VI)，否则进入步骤（V); (AODf int(S/G ^+1，二次均摊的采样点间隔数记为D2= int(S/D 2)，二次余数记 为馬=Gi-inUS/Di)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为&， 在第DflJDi-l，…，mDi-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且m = [1，inUS/DD]，在第 D2-1，2D2-1，…，pD2-l个采样间隔里加1个时钟的延迟，二次分摊数，记为p = [1，R2]，进入 步骤（VI)。 (VI)根据生成的采样间隔进行S点的采样，跳转至步骤（II)。
2. 如权利要求1所述的一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于：所 述步骤（II)中当Q，CjP C_2初始化为0时，则需C_2被填入实际值之后，才可以进行采样 动作。
3. 如权利要求1所述的一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于：所 述步骤（II)中，如果外部秒脉冲不稳定，则使用平均化法计算(^= ;如 果晶振随着温度经常变化则通过斜率计算C1= intUCfZq-C^)/^)。
【专利摘要】一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的分散和每个采样段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采样率时，也减小电气量的采集精度下降程度成为可能。本发明可以根据之前的时钟频率的变化趋势迅速预测下一秒时钟频率，具有较强的抗干扰性，不会因为输入的秒脉冲不稳定产生采样频率大幅度的变化，特别是调整的差值允许超过1个采样点的宽度，扩大了应用范围。
【IPC分类】G01R23-02
【公开号】CN104614586
【申请号】CN201510016798
【发明人】蒋文骏, 褚文捷, 刘亚捷, 吴颖, 王英翔
【申请人】上海惠安系统控制有限公司
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月13日