基于电力系统二次设备的采样方法
【专利摘要】本发明公开了基于电力系统二次设备的采样方法，步骤1、进行采样输入并判断信号类型，如果是模拟采样信号，则进入步骤2，否则进入步骤3；步骤2、对采样信号进行A/D转换，FPGA模块控制A/D转换采样处理，进入步骤4；步骤3、数字采样信号经SV报文解析模块解析成原始数字化采样信号队列后交给FPGA模块处理，进入步骤4；步骤4、MCU处理单元采用相同的频率跟踪采样算法分别处理数字化采样值队列1和数字化采样值队列2的数字化采样值，并计算出两个队列对应的实际频率1和实际频率2，分别作为FPGA模块的给定频率1与给定频率2控制下一次采样处理，单次采样处理结束。有效地降低了模拟采样与数字采样共存时电力系统二次设备设计的开销及开发成本。
【专利说明】
基于电力系统二次设备的采样方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种基于电力系统二次设备的采样方法。
【背景技术】
[0002]当前IEC61850标准已广泛应用于智能变电站，该标准的第9-2部分，S卩《特定通信服务映射(SCSM)通过IS0/IEC 8802-3的采样值》描述了数字化SV采样通信规范，其特点是数据采样频率固定，目前广泛采用的频率是每周波80点，即每秒等间隔4000点的采样数据，而当电网系统频率偏离额定频率时，由于数字化采样频率不变，与电网系统频率不同步，周期采样电网信号的相位在始端和终端不连续，出现频谱泄漏，从而造成了计算误差。
[0003]另外，数字信号采样在算法处理上与常规的模拟信号采样采用的频率跟踪的变频算法存在差异，在一些技改变电站，存在常规模拟信号采样与数字信号采样共存的情况，针对不同的采样输入，在同一装置内往往需要设计两套不同的采样回路及算法处理，设计开销和开发成本都较高。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提供一种基于电力系统二次设备的采样方法，针对模拟采样与数字采样共存的电力系统二次设备，实现两种采样形式算法共享和频率跟踪，有效地降低了模拟采样与数字采样共存时电力系统二次设备设计的开销及开发成本。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现:
[0006]基于电力系统二次设备的采样方法，其特征在于，包括如下步骤:
[0007]步骤1、进行采样输入并判断信号类型，如果是模拟采样信号，则进入步骤2，否则进入步骤3;
[0008]步骤2、对采样信号进行A/D转换，FPGA模块控f|jijA/D转换模块的工作频率，将模拟信号处理成数字化采样值队列I，A/D转换模块的工作频率等于给定频率I，队列I的采样周期是给定频率I的倒数，如果是首次处理采样输入，则给定频率I等于系统额定频率，否则给定频率I等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列I的实际频率I，进入步骤4;
[0009]步骤3、数字采样信号经SV报文解析模块解析成原始数字化采样信号队列后交给FPGA模块处理:FPGA模块根据给定频率2对原始数字化采样信号队列通过线性差值法，形成新的采样值队列2，队列2的采样周期是给定频率2的倒数，如果是首次处理采样输入，对原始数字化采样信号队列采用过零点测频法计算出给定频率2，否则给定频率2等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列2的实际频率2，进入步骤4;
[0010]步骤4、M⑶处理单元采用相同的频率跟踪采样算法分别处理数字化采样值队列I和数字化采样值队列2的数字化采样值，并计算出两个队列对应的实际频率I和实际频率2，分别作为FPGA模块的给定频率I与给定频率2控制下一次采样处理，单次采样处理结束。
[0011]优选，步骤2中，模拟信号经过PT/CT电压电流变换，再经过滤波电路处理后进入A/D转换。
[0012]本发明的有益效果是:
[0013]针对模拟采样与数字化采样共存的电力系统二次设备，模拟采样部分采用频率跟踪同步采样设计，定频的数字化采样部分通过算法(比如线性差值算法或样条插值法)对原始采样点序列重新抽取，达到与模拟采样部分相同的效果，最后将采样值队列交给指定的频率跟踪算法模块处理，该算法模块无需区分是模拟采样输入还是数字化采样输入，实现两种采样形式算法共享和频率跟踪，解决常规采样与数字化采样算法需单独设计的问题。
【附图说明】
[0014]图1是本发明基于电力系统二次设备的采样方法的结构框图；
[0015]图2是本发明基于电力系统二次设备的采样方法的流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和具体的实施例对本发明技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
[0017]基于电力系统二次设备的采样方法，图1是本发明的结构框图，包括PT/CT转化电路(PT是电压互感器，CT是电流互感器)、滤波处理电路、A/D转换电路、FPGA控制电路、SV报文解析模块、采样值队列缓存模块、MCU处理单元。
[0018]具体的采样流程如图2所示，包括如下步骤:
[0019]步骤1、进行采样输入并判断信号类型，如果是模拟采样信号，则进入步骤2，否则进入步骤3 ；
[0020]步骤2、对采样信号进行A/D转换，FPGA模块控f|jijA/D转换模块的工作频率，将模拟信号处理成数字化采样值队列I，A/D转换模块的工作频率等于给定频率1(A/D转换模块的输出是由FPGA模块给予信号触发的，FPGA每给出一个触发信号，A/D模块就进行一次模数转换，得到一个数字化采样值，所以给定频率I也就是A/D转换模块的工作频率)，队列I的采样周期是给定频率I的倒数，如果是首次处理采样输入，则给定频率I等于系统额定频率，否则给定频率I等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列I的实际频率I，进入步骤4;
[0021]步骤3、数字采样信号经SV报文解析模块解析成原始数字化采样信号队列后交给FPGA模块处理:FPGA模块根据给定频率2对原始数字化采样信号队列通过线性差值法，形成新的采样值队列2，队列2的采样周期是给定频率2的倒数，如果是首次处理采样输入，对原始数字化采样信号队列采用过零点测频法计算出给定频率2，否则给定频率2等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列2的实际频率2，进入步骤4;
[0022]此步骤中，若SV报文解析模块解析失败则直接结束。
[0023]步骤4、M⑶处理单元采用相同的频率跟踪采样算法(比如基于频率跟踪的傅氏算法)分别处理数字化采样值队列I和数字化采样值队列2的数字化采样值，并计算出两个队列对应的单次计算频率I和单次计算频率2，利用滑动平均法分别处理两个单次计算频率，得到实际频率I和实际频率2，分别作为FPGA模块的给定频率I与给定频率2控制下一次采样处理，单次采样处理结束。
[0024]优选，步骤2中，模拟信号先经过PT/CT电压电流变换，再经过滤波电路处理后进入A/D转换。
[0025]针对模拟采样与数字化采样共存的电力系统二次设备，模拟采样部分采用频率跟踪同步采样设计，定频的数字化采样部分通过算法对原始采样点序列重新抽取，达到与模拟采样部分相同的效果，最后将采样值队列交给指定的频率跟踪算法模块处理，该算法模块无需区分是模拟采样输入还是数字化采样输入，实现两种采样形式算法共享和频率跟踪，解决常规采样与数字化采样算法需单独设计的问题。
[0026]以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.基于电力系统二次设备的采样方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1、进行采样输入并判断信号类型，如果是模拟采样信号，则进入步骤2，否则进入步骤3; 步骤2、对采样信号进行A/D转换，FPGA模块控制A/D转换模块的工作频率，将模拟信号处理成数字化采样值队列I，A/D转换模块的工作频率等于给定频率I，队列I的采样周期是给定频率I的倒数，如果是首次处理采样输入，则给定频率I等于系统额定频率，否则给定频率I等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列I的实际频率I，进入步骤4; 步骤3、数字采样信号经SV报文解析模块解析成原始数字化采样信号队列后交给FPGA模块处理:FPGA模块根据给定频率2对原始数字化采样信号队列通过线性差值法，形成新的采样值队列2，队列2的采样周期是给定频率2的倒数，如果是首次处理采样输入，对原始数字化采样信号队列采用过零点测频法计算出给定频率2，否则给定频率2等于上一次采样处理中MCU处理单元计算的队列2的实际频率2，进入步骤4; 步骤4、MCU处理单元采用相同的频率跟踪采样算法分别处理数字化采样值队列I和数字化采样值队列2的数字化采样值，并计算出两个队列对应的实际频率I和实际频率2，分别作为FPGA模块的给定频率I与给定频率2控制下一次采样处理，单次采样处理结束。2.根据权利要求1所述的基于电力系统二次设备的采样方法，其特征在于，步骤2中，模拟信号经过PT/CT电压电流变换，再经过滤波电路处理后进入A/D转换。
【文档编号】H03M1/12GK105871379SQ201610179828
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月25日
【发明人】商巍, 龚世敏, 唐斌, 洪莹, 张 林
【申请人】南京国电南自电网自动化有限公司