专利名称：电力数据的采集及处理方法
技术领域：
本发明属于电力自动化测控技术类，具体是一种电力数据的采集及处理方法。
背景技术：
数据采集是获取信息的重要手段，在已有应用系统中，往往借助各类传感 器，在控制器或处理器的协调下完成采样。由于采集部件和处理部件紧密耦合， 已有系统的灵活性、通用性较差，不便于系统升级和功能扩展；而基于通用数 据采集卡完成采样与处理，虽然解决了复杂计算和系统升级问题，但存在以下 不足①难以满足电力系统对实时性、高精度、多变的采样频率和采样时间的 要求；②通用数据采集卡只负责数据采集，不具备信号处理能力，或是具有一 定的信号处理能力，但控制处理算法不可配置，二次开发成本高；③软硬件固 化设计导致系统升级和功能扩展的成本直线上升；④数据分析依赖计算机，工 作环境受到限制。电力系统自动化、信息化的进一步发展，要求相关监测监控 设备满足测量精度、工作环境不受限制的同时，还要求在系统升级和功能扩展 方面提供支持。己有的电力数据采集及处理方法，难以满足以上要求。随着嵌 入式技术的发展和数字信号处理技术的成熟，基于高性能嵌入式处理器和实时 嵌入式操作系统，定制专用的同步采样方法，配备算法调配模块来实现电力数 据采集与处理的这一方法，将解决现有方法的诸多不足，提供系统升级和功能 扩展的可靠平台，提升电力监测和监控自动化、信息化水平，并为相关新设备 的设计开发提供新的思路和解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术和方法的不足，公开一种专为电力监测监控仪器仪表设计、能实时采样、快速处理的集数据采集与信号处理于一体的电力 数据的采集及处理方法。
本发明包括硬件平台设计、自适应周期变化的同步采样方法研制以及高可 配置软件算法实现三大部分。
本发明的技术方案如下
本发明为电力数据的采集及处理方法，其特征在于采用高性能嵌入式处
理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式 Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据 的采集与处理。
本发明采用先进的嵌入式系统技术，构建基于DSP和ARM的电力数据采 集与处理的硬件平台，其中DSP处理计算密集型任务，完成数据采集和信号处 理；而以ARM为核心的控制模块完成实时性要求不高的系统任务，如系统配置 管理、人机交互、通信等。
本发明在高性能硬件平台基础上，采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS 和嵌入式Linux部署软件设施，增强实时性，实现高效灵活控制。在采样控制程 序中，采用定制自适应周期变化的同步采样方法，确保原始数据的采样精度， 减少信号处理时的频谱泄露，提高信号分析精度；设置算法调配模块，获得软 件高度可配置；预留信号处理算法接口，便于算法扩展，增强系统通用性。
本发明针对电力监测监控系统的仪器仪表专门设计，能完成多通道高精度 同步采样，集数据釆集与信号处理于一体，控制处理算法高度可配置，适用于 以电压电流值为原始数据的电力自动化测控领域。本发明科学合理，在满足高 精度的前提下，具有通用性，并为新型监测监控装置的设计与开发提供可靠的解决方案，适应电力系统自动化、信息化的发展要求。
图l是本发明原理框图。
图2是数据采集模块硬件结构图。
图3是最佳采样时刻计算示意图。
图4是同步采样流程图。
图5是数据采集与处理的软件模块图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明具体方法作一详细描述。
通用的电力数据的采集及处理方法，包括信号变送、数据采集与处理、信号 分析与诊断三个部分，其中数据采集与处理是核心。如图1所示，本发明电压 电流信号在同步算法的控制下，经过高精灵敏传感器1 (包括电流传感器、电压 传感器)、调理电路2将信号变送到基于DSP的数据采集与处理模块3，调用FFT、 小波变换等算法模块4、数字滤波、误差修补和标度变换模块5中合适的算法分 析计算并存储相关结果，等待基于ARM和嵌入式操作系统的控制模块6调用。 该控制模块选用ARM9为处理器， 一方面提供足够的计算能力，完成数据分析 处理模块9;另一方面利用其丰富的外围接口，实现友好的人机接口，实现显示 模块7、键盘输入模块8、远程通讯模块10、数据存储模块11、声光报警模块 12等功能。
本发明对电力系统进行监测监控时，往往需要采集多路信号，如图2所示， 电压电流模拟信号经过隔离变换13、通道选择14、限幅电路15，接入模数转换 器16，实现模拟信号到数字信号的转变，最后将得到的数字信号交给DSP处理模块17。同时经过同步方波变换电路18和DSP处理模块17内置的捕获功能， 实现频率测量。其中，模数转换器16选用两片高速高精模数转换器AD7656， 实现多达十二路信号同时采样，DSP处理模块17选用TMS320F2812，满足信号处理要求。如图3所示过程为信号频率的实时测量，首先由测频电路测得一路信号周 期19，根据经过修正的实测周期20加权计算得到待测周期21， 一路信号周期 19、待测周期21继续加权计算得到实际指导采样的周期22，对采样数据处理计 算得到的周期23并用于修正待测周期21，重复这一过程，直到采样结束。图4为同步采样的流程图。采样过程中增加累加器SUM，设初值为0，每采 样一次执行SUM=SUM+ S ( S为由于定时器分辨率不可能无限小而产生的尾数)， 比较SUM与定时器最小分辨率Td的大小。若SUM小于Td，采样间隔保持不变； 否则本次和下次采样间隔增加一个Td并执行SUM-Td,重复这一过程直到采样 结束。该同步采样方法累积偏差控制在一个Td (定时器最小计时单位)内，随 着定时器分辨率的进一步提高，Td能足够小，因而由它产生的误差很小，再结 合实时测量的信号周期，最终确保同步采样顺利进行。图5为数据采集与处理的软件模块图，本部分实现软件算法高可配置性。 在同步采样模块24的控制下，采用乒乓缓存技术实现数据存储25并进行信号 处理26，算法调配模块27依据系统参数设置28，调用算法库29中合适的算法 进行信号处理，得到处理结果并存储。算法调配模块27预留算法扩展接口，实 现算法更新以提高通用性和灵活性，整个软件基于DSP/BI0S设计。本发明首先构建了以DSP和ARM为核心的硬件平台，DSP完成密集计算， ARM实现控制与交互，两则相得益彰。其次定制了自适应周期变化的软件同步 采样方法，设计了算法模块，提高了精度、增强了通用性。
权利要求
1、一种电力数据的采集及处理方法，其特征在于采用高性能嵌入式处理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据的采集与处理。
2、 根据权利要求1中所述电力数据的采集及处理方法，其特征在于所述 的同步采样方法采用自适应周期变化的软件，信号周期实时测量，累计偏差控 制在一个定时器最小计时单位之内。
全文摘要
本发明属于电力自动化测控技术类，具体是一种电力数据的采集及处理方法，其特征在于采用高性能嵌入式处理器DSP+ARM架构，在采集处理端和控制端分别基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署软件设施，同时采用同步采样方法，配置算法调配模块实现电力数据的采集与处理，其中同步采样方法采用自适应周期变化的软件，信号周期实时测量，累计偏差控制在一个定时器最小计时单位之内。本发明针对电力系统检测监控仪器仪表专门设计，能完成多通道同步采样，并集采集与采样于一体，科学合理，能实现电力数据的同步采样，从而满足电力数据多通道、高精度、强实时、自动化的要求。
文档编号G06F17/40GK101295324SQ20081006198
公开日2008年10月29日 申请日期2008年6月3日 优先权日2008年6月3日
发明者潘竹生, 钟发荣 申请人:浙江师范大学