本发明涉及电力系统检测技术领域，尤其涉及交流电流、电压同步采样系统及其采样方法。
背景技术：
传统的交流电流、电压采样直接为非同步采样，电压、电流通道由于元器件属性不同，存在采样不同步问题，尤其是在异地分布的电压、电流采样装置，其基本无法实现同步采样。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提出了一种交流电流、电压同步采样系统，包括处理芯片、交流取样模块、信号调理模块、交流a/d转换模块，所述处理芯片上连接有脉冲同步信号，交流取样模块与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述交流a/d转换模块信号连通。
优选的，所述处理芯片和所述交流a/d转换模块之间设有磁偶隔离芯电路。
优选的，所述处理芯片为arm芯片。
优选的，所述交流取样模块包括电压取样电路和电流取样电路。
优选的，所述电压取样电路包括第一放大器，所述第一放大器的正相输入端上连接有电阻分压电路，并连接有继电器控制量程。
优选的，所述流取样电路包括第二放大器，所述第二放大器的正相输入端和反向输入端连接有电流互感器，所述电流互感器输入端连通有电流信号。
优选的，所述信号调理模块为三阶巴特沃斯有源低通rc滤波电路。
一种交流电流、电压同步采样方法，包括以下步骤：
s1：对信号进行256个点的取样；
s2：通过fft得到的参数存进相应的数组移动平均，将计算次数加1；
s3：判断计算次数是否达到平均次数，当达到平均数后；
s4：将存好的相关参数进行移动平均，得到各相以及各次谐波的电压值以及相角；
s5：对移动平均后的相位针对1pps时延进行修改，将计算完成标志置位，上传数据。
优选的，设被测信号的周期为t，采样间隔为ts，一个周期采样点数为n，微控制器最小定时间隔为tmin，每个采样间隔的截断误差为δ，那么一个周期产生的累积误差δt＝t-n×ts＝n×δ<n×tmin，因此一个周期内的最大误差为n×tmin。
优选的，在采样的过程中，设置一个累加器s，用于累加截断误差的和，s的初值δt0为0，第i次采样的时候，s的值为δti＝δti-1+δ。在软件中每次采样前先比较累加器s与微控制器最小定时间隔tmin，当s≥tmin时，将定时器计数值加一个tmin，否则定时器计数值保持不变。
本发明提出的交流电流、电压同步采样系统及方法以下有益效果：该模块可以根据gps时钟同步采样三相交流电压、电流信号量值；并且通过算法，实现电压、电流有效值、有功功率有效值计算，从而实现对多台异地分布的采集装置，同步采集计算交流电流、电压、功率、电能等量值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明的系统示意图；
图2为本发明的电压取样原理图；
图3为本发明的电流取样原理图；
图4为本发明的三阶巴特沃斯低通滤波电路；
图5为本发明的算法流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1所示，本发明提出了一种交流电流、电压同步采样系统，包括处理芯片、交流取样模块、信号调理模块、交流a/d转换模块，所述处理芯片上连接有脉冲同步信号，交流取样模块与所述信号调理模块连接，所述信号调理模块与所述交流a/d转换模块信号连通。
电压取样有两个量程，分别为60v和100v，采用电阻分压式电路结构，由继电器控制量程，为确保采样精度，电阻采用了5ppm的高精密电阻，其电路原理图如图2所示。电流取样电路采样沈阳振兴仪器公司定制的高精度电流互感器，它的角差非线性度＜±0.3分，比差非线性度＜±0.01％。电流互感器的初级电流为0.1a、1a和5a三个量程，次级电流为10ma，系统采用继电器来控制量程的选取，其电路原理图如图3所示。运放选用ti公司的高精度运算放大器opa2277，其电源电压范围从±2v到±18v，失调电压为10μv，漂移电压为±0.1μv/℃，共模抑制比为140db，大大减小了集成运放的误差，使其达到了较高的精度。
信号调理电路是对取样信号进行放大或滤波的过程，将信号放大至a/d输入范围内并滤除信号中不需要的高次噪声。本次设计采用三阶巴特沃斯有源低通滤波rc滤波电路，电路如图4所示，其通带越平坦，过渡带越窄，总的频响特性越接近理想滤波器。
一种交流电流、电压同步采样方法，包括以下步骤：
s1：对信号进行256个点的取样；
s2：通过fft得到的参数存进相应的数组移动平均，将计算次数加1；
s3：判断计算次数是否达到平均次数，当达到平均数后；
s4：将存好的相关参数进行移动平均，得到各相以及各次谐波的电压值以及相角；
s5：对移动平均后的相位针对1pps时延进行修改，将计算完成标志置位，上传数据。
整周期采样算法误差与采样点数的关系：
电压、电流有效值、有功功率为均值型参数，其计算公式均形如：
设对积分区间等间隔采样n点，采样点为xm＝a+hm。其中
其中
(1)被测信号为正弦信号时的截断误差：
以电压有效值计算为例，设ut＝um·sint，设对电压信号每周期等间隔采样n点，则有：
其中：
则采样积分和算法计算有效值的截断误差为：
相对误差为：
若精度要求为0.5级，则采样点数n≥26；0.2级精度n≥40；0.1级精度n≥57。可见当n＝256时，eur＝0.00479％，考虑误差累积时也足以满足0.05级电量计量的设计要求。
(2)被测信号为非正弦信号(考虑谐波)时的截断误差
设含有谐波时的电压信号为：
令：
用复化矩形法计算则：
r1的截断误差
r2的截断误差
r4的截断误差
urms的绝对误差为：
urms的相对误差为：
当要求eur≤0.2％时，n≥60；eur≤0.1％时，n≥85；
当n＝256时，eur≤0.01％，所以采样点数取n＝256可满足设计要求。
本设计采样方法采用同步采样，并用均匀分配余数方法可大大减少结尾误差带来的影响，采样点为256点既可保证精度又保证其实时性要求。软件设计中，a/d采样采用了偏差累积增量同步采样法。假设被测信号的周期为t，采样间隔为ts，一个周期采样点数为n，微控制器最小定时间隔为tmin，每个采样间隔的截断误差为δ，那么一个周期产生的累积误差δt＝t-n×ts＝n×δ<n×tmin，因此一个周期内的最大误差为n×tmin。由此可以看出采样点数n越大，积累的误差δt也会越大。为了将积累误差减小到最小，偏差累积增量法就提出了将积累误差分散到采样间隔当中，使得采样误差控制在微控制器最小定时间隔内。
具体实现方法为，在采样的过程中，设置一个累加器s，用于累加截断误差的和，s的初值δt0为0，第i次采样的时候，s的值为δti＝δti-1+δ。在软件中每次采样前先比较累加器s与微控制器最小定时间隔tmin，当s≥tmin时，将定时器计数值加一个tmin，否则定时器计数值保持不变。按照这样的方法进行采样，从而将一个周期内的累积误差δt缩小至tmin以内。因此tmin越小，采样间隔就越均匀，采样精度也就越高。其流程图如图5所示。
对实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。