专利名称：一种电力网络仪表修改采样频率的方法
技术领域：
本发明涉及仪器仪表测量领域，特别是涉及使用外置独立A/D芯片进行采样计算 的电力网络仪表中一种电力网络仪表修改采样频率的方法。
技术背景随着众多电力电子设备(如变频器)在电力、钢铁、石油化工、大型机械设备等 各行各业应用越来越普遍，电网谐波的危害也越来越严重，大量企业对新型智能仪表 需求迫切，特别是带谐波分析的电力网络仪表成为治理谐波必不可少的监测设备。在现有的电力网络仪表的常规设计中， 一般采用电能计量芯片加单片机的方案， 此方案的优点是综合成本低，运行的稳定度高，缺点是计算的参数被电能计量芯片所 限制(如无法进行谐波分析)，灵活新差。将独立A/D替代掉电能计量芯片能较好的解 决灵活性差的问题同时能保证较高的精度。但独立A/D基本上都是只能粗调采样频率。 然而电网的频率是跳动的，且这种跳动是细微的跳动(如50Hz的电网一般跳动在 49.5Hz~50.5Hz)。在程序运行时这种跳动将导致周波的采样点数不固定，最终导致电 压/电流,无功、谐波等计算参数跳动较大。 发明内容发明目的本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电力网 络仪表修改采样频率的方法。技术方案本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤:步骤(1)，通过A/D采样单元获得a^aN个采样点信号，其中N为采样周期波点 数，取值范围为自然数；步骤(2)，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤(1)， 如果有则进行下一步；步骤(3)，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数L:D = (M-N)/(|M-N|)*(-1);L=N+D;其中N为步骤(1)中采样周期波点数，M为目标周期波点数； 步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束 如果IL-NI^1，表明迭代没有结束，进行步骤(5)， 如果IL-NI-1，则表明迭代结束跳至步骤(7);步骤(5)，根据以下公式计算迭代周波每个点值，即插值法计算出迭代波形；& =丄/(丄+ ￡0*(& — aw) + a^，其中k从l取到L;3步骤(6)，将b广bL赋值给a广at，其中I^L+D，即修改迭代周波长度L，准备下 一次迭代，返回步骤(4);步骤(7)，保存采样点a广aM。本发明中，优选地，所述目标周期波点数M的取值范围为50Hz稳定信号时采样 周波点数的正负20%。如设定采样频率Fs=6.4KHz,则50Hz的信号采样点数为128 点，则目标点数可选择102 153之间任意整数。此为申请人经过反复多次的实验研发 中获得的数量值，由于电网的频率波动都在正负1%以内，所以完全满足电网在波动时 实时的修正釆样点数。通过迭代的方法逐次逼近目标周期波形的点数，每次迭代的点 数与上次相比只相差1，大大降低了迭代过程中线性化正弦波形所产生的误差。有益效果本发明的有益效果是可以实时的跟踪电网频率的跳动，做到电网频率 跳动时用于内部计算的周波点数不变。采用迭代方法的好处在于由于每次迭代的长度L 变化只有l (即图中的D值只能是1或一1)，插值的点非常靠近被插值的点，大大降 低线性插值拟合正弦曲线带来的误差。有效的减少无功功率计算和快速傅立叶分析的 误差。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/ 或其他方面的优点将会变得更加清楚。 图示为本发明的流程图。
具体实施例方式如图所示，本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤步骤l，通过A/D采样单元获得a^aN个采样点信号，其中N为采样周期波点数， 取值范围为自然数；步骤2，根据釆样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤l，如果 有则进行下一步；步骤3，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数L:D = CM-N)/(|M-N|)*(-1);L=N+D;其中N为步骤1中采样周期波点数，M为目标周期波点数；所述目标周期波点数 M的取值范围为50Hz稳定信号时采样周波点数的正负20%。如设定采样频率Fs= 6.4KHz，则50Hz的信号采样点数为128点，贝ij目标点数可选择102 153之间任意整 数。步骤4，根据公式判断是否迭代结束 如果IL-Nl9tl，表明迭代没有结束，进行步骤5，如果IL-NI-1，则表明迭代结束跳至步骤7; 步骤5，根据以下公式计算迭代周波每个点值& 二丄/(丄+ Z))"fl^-aw) + "w，其中k从l取到L; 步骤6,将bH5L赋值给a广a^其中L=L+D,返回步骤4; 步骤7，保存采样点a广aM，之后进入主程序。在电力设备领域、特别是电力网络仪表技术领域，独立的A/D输出的数据基本上 是固定采样频率的，而电网中的频率是细微跳动的，这种跳动的频率会导致一个周波 的采样点数不稳定。在实际应用中，如不对这种跳动加以处理，计算的电网参数(如 无功、谐波等)都会引起较大的跳动。本发明中，所谓迭代法动态调节采样频率即对采样电网的波形进行频率计算，然 后根据计算结果调整采样点数，通过逐次逼近的方法使其最终保证在电网频率跳动时 每个周波的采样点数依然是固定。举例如下假设A/D的采样频率为6.4kHz，则理想50Hz的周波采样128点。此时由于电网 频率跳动由50Hz跳动到49.23Hz，则一个周波采样130点。则第一次迭代周波长度L 为129，然后根据公式^ =丄/(丄+ /))*(^— _1) + (^_1计算出迭代波形。第二 次迭代长度L为128，同理计算出新的波形，第三次迭代长度L=127，由于l 127-1281=1, 所以迭代结束，保存bl,…bl28,这样最终就计算出了 128点的周波。而当频率跳动到 50.79Hz时， 一个周波采样126点。则第一次迭代周波长度L=127，根据公式 & =丄/(丄+ D) * - "^) + "w计算出迭代波形。第二次迭代长度L为128， 同理计算出新的波形，第三次迭代长度L429，由于| 129-1281=1，所以迭代结束，保存 bl，…bl28,这样最终就计算出了 128点的周波。本发明的关键在于在固定采样频率的情况下通过软件迭代算法固定一个周波的采 样点数，由于每次迭代L变化为1，每次迭代的步长非常小，如从129点迭代到128 点步长调整系数为1A28，即bk与ak的间距非常小，可大大降低线性插值导致波形线性 化畸变，减少后续的计算中因周波点数不固定带来的麻烦。本发明实施中，所述的主程序，其步骤是a、采集数据；b、改变采样频率；C、 计算电压/电流、有功/无功、谐波等参数；d、通讯。在加入了步骤b.改变采样频率也 就是本发明所述的方法后，通过软件实时的动态调节采样频率，固定一个周波的采样 点数，有效的消除电网中频率跳动引起需要计算的电网参数跳动的不良影响。本发明提供了一种电力网络仪表修改采样频率的方法的思路及方法，具体实现该 技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于 本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改 进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成 部份均可用现有技术加以实现。权利要求
1、一种电力网络仪表修改采样频率的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤(1)，通过A/D采样单元获得a1～aN个采样点信号，其中N为采样周期波点数，取值范围为自然数；步骤(2)，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤(1)，如果有则进行下一步；步骤(3)，根据以下公式计算迭代周期波的采样点数LD＝(M-N)/(M-N|)*(-1)；L＝N+D；其中N为步骤(1)中采样周期波点数，M为目标周期波点数；步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束如果|L-N|≠1，表明迭代没有结束，进行步骤(5)，如果|L-N|＝1，则表明迭代结束跳至步骤(7)；步骤(5)，根据以下公式计算迭代周波每个点值bk＝L/(L+D)*(ak-ak-1)+ak-1，其中k从1取到L；步骤(6)，修改迭代周波长度L，即将b1～bL赋值给a1～aL，其中L＝L+D，返回步骤(4)；步骤(7)，保存采样点a1～aM。
2、 根据权利要求l所述的一种电力网络仪表修改采样频率的方法，其特征在于， 所述目标周期波点数M的取值范围为50Hz稳定信号时采样周波点数的正负20% 。
全文摘要
本发明公开了一种电力网络仪表修改采样频率的方法，包括以下步骤步骤(1)，通过A/D采样单元获得a<sub>1</sub>～a<sub>N</sub>个采样点信号，其中N为采样周期波点数，取值范围为自然数；步骤(2)，根据采样点信号判断是否采样了一个周期波，如果没有返回步骤(1)，如果有则进行下一步；步骤(3)，根据公式计算迭代周期波的采样点数L；步骤(4)，根据公式判断是否迭代结束；步骤(5)，根据公式计算迭代周波每个点值，即插值法计算出迭代波形；步骤(6)，修改迭代周波长度L；步骤(7)，保存采样点a<sub>1</sub>～a<sub>M</sub>。
文档编号G01R19/00GK101650385SQ20091003510
公开日2010年2月17日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者张凤雏, 洪著财, 臻 祝, 许文专 申请人:江苏斯菲尔电气有限公司