适用于电力系统高速采样计算的插值方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于电力系统高速采样计算的插值方法。高速采样计算中，采样频率根据电力系统的自有频率的变化而变换，从而满足计算精度要求。在硬件采样频率固定的情况下，通常采用软件锁相来完成上述要求，但软件锁相计算时间过长，因而未能得到广泛应用。本发明提出离线计算采样插值所需参数的固化表格、软件在线判断查表计算的方式解决上述问题。所提方法减轻了数字信号处理器的运行负担，使其能高效的进行信号处理；亦不需要增加硬件开销，更改硬件设计；同时，所提方法可普遍应用于其他电力系统场合。
【专利说明】适用于电力系统高速采样计算的插值方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统自动化领域，涉及对电力系统电量信号(电压、电流)的高速固定采样速率下的采样插值技术。
【背景技术】
[0002]电力系统中电量(电压、电流)信号高速采样在容量计算、电能质量等方面应用越来越广泛。对高速采样计算中涉及到的采样频率需要根据电力系统的自有频率的变化而变换，从而达到满足要求的计算精度。目前，有两种方式来处理该问题，一种是利用硬件锁相环进行硬件锁相，在根据实际需求动态改变采样频率，从而获得正确的采样数据；但其要求专门的硬件资源，同时在锁相前需要配合专门的硬件测频回路，滤波回路保证其正确性。另一种利用软件方式实现锁相，但数字信号处理器承载了大部分计算与控制工作，针对高速计算的情况由于其计算时间过长而得不到应用。本发明利用软件插值方式解决上述问题，并利用离线计算，在线查表的方式解决该问题，既减轻数字信号处理器的运行负担，使数字信号处理器能高效的进行信号处理；亦不需要增加硬件开销，更改硬件设计；同时，可方便将该模块应用于其他电力系统场合。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提出一种适用于电力系统高速采样计算的插值方法。当硬件采样频率固定时，在规定的电力系统频率范围内，通过该插值计算方法可高速查表计算出插值后的采样点，并保证其单周期采样点数保持不变。从而防止欠采样或过采样的发生，保证计算精度。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的技术方案为:
首先设定固定的频率范围及频率精度:频率范围为^ < 巧，其中及指设定的最小频率，^指设定的最大频率，指当前的电力系统频率，通常取/^=45Ηζ Λ=55Ηζ ;精度范围设定为，一般0.01Hz。根据该设定，离线计算出程序执行中所需的插值参数表，软件在执行过程中根据在线判断结果调用离线固化的插值参数表。插值参数表计算步骤如下:
(I)初始设定:设定每个周波采样点数为见设电力系统标准频率为/(—般为50Hz)，其对应的采样周期为/；，有TsAlFJN'设定当前的电力系统频率为/^，其对应的采样周期为Tc,有TAIFJN'采样周期与系统周期的差值为AT=Irc-^I。`
[0005](2)表数计算:根据线性插值公式= aOj<n-1)+￡CJ<b+1),其中为
需要插值的数据前一个固定时刻采样点，乃为需要插值的数据后一个固定时刻采样点，?随不同的系统频率及不同采样时刻而不同，因此需要离线设计插值参数表Τ。频率精
度如权利要求2所述，离线计算的插值参数表共计AF张。[0006](3)单表设计:设定硬件固定时刻的采样值为&到5；，判断计算后的插值数据为D0到凡；其中O ( n<N ;采样周期与系统周期差值为
【权利要求】
1.一种适用于电力系统高速采样计算的插值方法，其特征在于:设定固定的频率范围及频率精度:频率范围为FL < FC< Fh，其中^指设定的最小频率，Fh指设定的最大频率，F。指当前的电力系统频率，精度范围设定为？?F，根据该设定，离线计算出程序执行中所需的插值参数表，软件在执行过程中根据在线判断结果调用离线固化的插值参数表；所述插值参数表计算步骤如下: 步骤SOl:初始设定:设定每个周波采样点数为N，设电力系统标准频率为Fs，其对应的采样周期为Ts，有Ts = 1/FS/N ;设定当前的电力系统频率为F。，其对应的采样周期为T。，有Tc=IAVN;采样周期与系统周期的差值为AT=|T「TS| ； 步骤S02:表数计算:根据线性插值公式y (n) = (l-a)y (n-l)+ay (n+1),其中y (n_l)为需要插值的数据前一个固定时刻采样点，y(n+l)为需要插值的数据后一个固定时刻采样点，a随不同的系统频率及不同采样时刻而不同，因此需要离线设计插值参数表T ;离线计算的插值参数表共计(Fh-FJ / Λ F张； 步骤S03:单表设计:设定硬件固定时刻的采样值为Stl到Sn，判断计算后的插值数据为D。到Dn ;其中O < η < N ;采样周期与系统周期差值为？?T，a= Δ T/Ts= | Fc-Fs | /Fs ；;插值方法为=D0=S0 ^1=(1-B) XSJaXS2 ；D2=(l-2a) XS2 + 2aXS3 ；，依次计算出 N 个插值数据；由此，单表设计为T={0，a，2a，3a，4a，……(N_l)a};以此，根据不同的电力系统频率设计出(Fh-Fl) /--F张表为在线程序使用。
2.根据权利要求1所述的适用于电力系统高速采样计算的插值方法，其特征在于:所述 Fl=45Hz ；Fh=55Hz ;且？? F ≤ 0.01Hz。
3.根据权利要求1所述的适用于电力系统高速采样计算的插值方法，其特征在于:所述软件在执行过程中根据在线判断结果调用离线固化的插值参数表的实现方式如下: 步骤Sll:设定采样计数为SAM_CNT ;硬件固定时刻的采样值为Stl到Sn，判断计算后的插值数据为Dtl到Dn ;令所有数据初始值为O ; 步骤S12:读取采样值数据Stl到Sn ； 步骤S13:读取当前的系统频率值F。，当Fc=Fs，进入步骤S16 ； 步骤S14:当系统当前频率F。< 45Hz或F。> 55Hz时，进入步骤S16 ； 步骤S15:当系统当前频率45Hz ^ Fc ^ 55Hz时，根据F。的值调用离线固化的插值参数表，采用以下插值算法 Dq=Sq ^1=(1-B) XS1 + aXS2 ;D2=(l_2a) XS2 + 2aXS3 ;，依次计算出N个插值数据，进入步骤S17 ；
步骤 S16 =D0=S0 ^1=S1 ；D2=S2 ；……Dn=Sn ;进入步骤 S17 ； 步骤S17:采样计数SAM_CNT加I ;返回步骤步骤Sll ; 根据权利要求1所述的适用于电力系统高速采样计算的插值方法，其特征在于，所述采样点数N、系统频率范围^ < F。< Fh及频率精度设定？?F可根据实际应用要求改变，程序执行前首先根据设定值离线计算插值参数表T，程序执行过程中根据F。判断结果直接调用离线固化的插值参数表即可，从而快速得到所需的插值数据。
【文档编号】G06F19/00GK103823996SQ201410098732
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】陈彬, 郭晓君, 汤奕, 鲁针针 申请人:国家电网公司, 国网福建省电力有限公司, 国网福建省电力有限公司电力科学研究院