專利名稱：一種電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，尤其涉及一種電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法和裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的電力監(jiān)測(cè)終端設(shè)備，一般包含有模擬電壓信號(hào)、模擬電流信號(hào)的采樣電路以及相關(guān)采樣數(shù)據(jù)的處理分析。在這些處理分析算法中，DFT (Discrete FourierTransform,離散傅立葉變換)是最基本的算法，通過DFT算法能得到模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)的實(shí)部和虛部，在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步計(jì)算其幅值和相位值等等。眾所周知，DFT算法有一個(gè)基本條件，就是用于計(jì)算的數(shù)據(jù)必須滿足周期延拓的特性，否則，它的計(jì)算結(jié)果是不準(zhǔn)確的；此外，電力監(jiān)測(cè)終端設(shè)備還普遍要求能在一定頻率范圍內(nèi)滿足一定的計(jì)算精度。為了滿足以上兩點(diǎn)，現(xiàn)有的電力監(jiān)測(cè)終端設(shè)備通常都采用固定運(yùn)算點(diǎn)數(shù)下的變采樣率DFT算法，也就是通過改變采樣率，使用來計(jì)算的采樣數(shù)據(jù)滿足周期延拓的特性。 固定運(yùn)算點(diǎn)數(shù)下的變采樣率DFT算法，一般是通過硬件方法或軟件方法先求出一路模擬量(例如一相電壓)的實(shí)際工作頻率，根據(jù)該頻率來調(diào)整采樣率，這樣，在不同的模擬量頻率下，確保每個(gè)周波的采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)是固定不變的。采用該方法，在一定程度上能滿足電力監(jiān)測(cè)終端設(shè)備的要求，但存在以下幾點(diǎn)不足(I)現(xiàn)在的一個(gè)信號(hào)處理板，例如DSP、ARM芯片等等，一般需要采集多路處理信號(hào)，并且如果有兩條以上母線，其頻率不同，這時(shí)，上述方法就難以滿足設(shè)計(jì)要求；(2)如果有多個(gè)信號(hào)處理板，也存在上述類似問題，同時(shí)也會(huì)引發(fā)功率計(jì)算同步處理的問題；(3)上述方法要求采樣信號(hào)受CPU控制，如果該CPU出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備的工作異常；另外，影響采樣精度的因數(shù)也較多；有時(shí)，變采樣率本身對(duì)其它算法也有影響，所以某些情況下不宜采用變采樣率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中某些情況不宜采用變采樣率的缺陷，提供一種具有普遍性和適用性的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法和裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法，所述方法包括以下步驟
51.接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣；
52.計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N,則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置,其中，N為自然數(shù)；
53.計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。優(yōu)選地，所述步驟S3之后還包括以下步驟
54.將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)算。優(yōu)選地，所述各種基本運(yùn)算包括計(jì)算電參量的實(shí)部、虛部、幅值以及相位；其中，所述電參量包括模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)。優(yōu)選地，所述步驟S2中計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率的方法包括硬件方法和軟件方法。優(yōu)選地，所述硬件方法具體為通過對(duì)采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行整形變換，CPU通過定時(shí)器檢測(cè)整形脈沖間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率。優(yōu)選地，所述軟件方法具體為通過采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的零點(diǎn)時(shí)間間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率。優(yōu)選地，所述步驟S2中確定擬合點(diǎn)的位置具體包括以下步驟
521.確定實(shí)際采樣點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述固定采樣率的采樣間隔為l/(fO*N)，則實(shí)際采樣點(diǎn)的位置為Y[n0]=n0/(f0*N)，n0=0, 1,2, ...，N，N+1，…，其中，N為標(biāo)準(zhǔn)每周波采樣點(diǎn)數(shù)，f0為標(biāo)準(zhǔn)電力監(jiān)測(cè)信號(hào)頻率；
522.根據(jù)頻率f確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述頻率f的采樣間隔為l/(f*N)，則擬合點(diǎn)的位置為X[n]=n/(f*N)，其中，n=0, 1,2,…，N。·
優(yōu)選地，所述步驟S3具體包括以下步驟
531.根據(jù)所述擬合點(diǎn)的位置X[η]和處于實(shí)際采樣點(diǎn)的位置Υ[η0]相鄰的兩個(gè)點(diǎn)計(jì)算線性比例常數(shù)k;
532.根據(jù)線性比例常數(shù)k和實(shí)際的相鄰采樣值擬合計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。本發(fā)明還提供一種電力信號(hào)的采樣裝置，所述裝置包括依次連接的采樣單元、確定單元以及計(jì)算單元；其中
采樣單元，用于接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采
樣；
確定單元，用于計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N，則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置，其中，N為自然數(shù)；
計(jì)算單元，用于計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。優(yōu)選地，所述裝置還包括與所述計(jì)算單元連接的用于將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)算的DFT算法單元。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下有益效果在固定采樣率的條件下，通過擬合采樣點(diǎn)的方式來產(chǎn)生可周期延拓的采樣數(shù)據(jù)，并將該采樣數(shù)據(jù)用于DFT算法中，該技術(shù)方案與固定運(yùn)算點(diǎn)數(shù)下的變采樣率DFT算法相比，更具有普遍性和適用性。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中
圖I是本發(fā)明電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法的流程 圖2是本發(fā)明所述步驟S2中確定擬合點(diǎn)的位置的具體流程 圖3是本發(fā)明步驟S3的具體流程 圖4是本發(fā)明電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請(qǐng)參閱圖1，圖I是本發(fā)明電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法的流程圖，如圖I所示，所述方法包括以下步驟
在步驟Si中，接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣率即為采樣頻率的含義，該固定采樣率的含義即為不改變采樣頻率。在步驟S2中，計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N，則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置，其中，N為自然數(shù)，應(yīng)當(dāng)說明的是，如果固定采樣率為IkHz，表示對(duì)應(yīng)于50Hz的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為20點(diǎn)，每周波的含義即為每個(gè)周期波段的，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在此不再贅述。需要說明的是，所述步驟S2中計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率的方法包括硬件方法和軟件方法。其中，所述硬件方法具體為通過對(duì)采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行整形變換，CPU通 過定時(shí)器檢測(cè)整形脈沖間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率，該硬件方法在一定程度上受限于硬件資源，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在此不再贅述。所述軟件方法具體為通過采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的零點(diǎn)時(shí)間間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率，需要指出的是，該軟件方法具有靈活通用的特點(diǎn)，但對(duì)CPU的運(yùn)算能力要求比較高，在此不再贅述。請(qǐng)結(jié)合參閱圖2，圖2是本發(fā)明所述步驟S2中確定擬合點(diǎn)的位置的具體流程圖，如圖2所示，該方法具體包括以下步驟
在步驟S21中，確定實(shí)際采樣點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述固定采樣率的采樣間隔為I/(fO*N)，則實(shí)際采樣點(diǎn)的位置為Y[n0]=n0/(f0*N)，n0=0，1，2，…，N，N+1，…，其中，N為標(biāo)準(zhǔn)每周波采樣點(diǎn)數(shù)，該方案中，標(biāo)準(zhǔn)每周波采樣點(diǎn)數(shù)與上述頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)當(dāng)保持一致，在本實(shí)施例中，N為128，f0為標(biāo)準(zhǔn)電力監(jiān)測(cè)信號(hào)頻率；一般情況下，f0為50Hz。在步驟S22中，根據(jù)頻率f確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述頻率f的采樣間隔為1/(押沁，則擬合點(diǎn)的位置為乂[11]=11/(押沁，其中，n=0，l，2，…，N。在步驟S3中，計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。請(qǐng)結(jié)合參閱圖3，圖3是本發(fā)明步驟S3的具體流程圖，如圖3所示，所述步驟S3具體包括以下步驟
在步驟S31中，根據(jù)所述擬合點(diǎn)的位置X[η]處于實(shí)際采樣點(diǎn)的位置Υ[η0]相鄰的兩個(gè)點(diǎn)計(jì)算線性比例常數(shù)k;
在步驟S32中，根據(jù)線性比例常數(shù)k和實(shí)際的相鄰采樣值擬合計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。例如，n=3時(shí)，首先，計(jì)算X[3]值，假定X[3]值的大小處于實(shí)際采樣點(diǎn)的位置Y[3]和Υ[4]的值之間，其中，η0=3，其對(duì)應(yīng)的實(shí)際采樣點(diǎn)的位置為Υ[3]，同樣地，η0=4，其對(duì)應(yīng)的實(shí)際采樣點(diǎn)的位置為Υ[4]，即Υ[3]〈= Χ[3] <= Y[4],則線性比例常數(shù)k=(Χ[3]_Υ[3])/( Y[4]- Υ[3])。然后，利用YA [3] + (YA [4] -YA [3]) *k來作為DFT運(yùn)算的擬合值XA [3]，其中，YA [3]和YA[4]為實(shí)際相鄰的兩個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)值，應(yīng)當(dāng)說明的是，YA[3]和YA[4]是通過A/D轉(zhuǎn)換器采樣得到的值.本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在此不再贅述。值得一提的是，如果固定采樣率足夠高，在計(jì)算精度滿足要求的情況下，也可用最靠近擬合點(diǎn)的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)值來作為擬合值。例如，用YA[3]作為XA[3]使用，此時(shí)，一方面YA[3]和擬合計(jì)算的XA[3]差別很小，另一方面，最后計(jì)算結(jié)果必須要滿足設(shè)計(jì)要求，在此不再贅述。在步驟S4中，將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)算。所述各種基本運(yùn)算包括計(jì)算電參量的實(shí)部、虛部、幅值以及相位；其中，所述電參量包括模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)。請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，所述裝置包括依次連接的采樣單元100、確定單元200、計(jì)算單元300以及DFT算法單元400 ；其中
采樣單元100，用于接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采
樣； 確定單元200，用于計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N，則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置，其中，N為自然數(shù)；
計(jì)算單元300，用于計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值；
DFT算法單元400，用于將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)
笪
ο相較于現(xiàn)有技術(shù)，在固定采樣率的條件下，通過擬合采樣點(diǎn)的方式來產(chǎn)生可周期延拓的采樣數(shù)據(jù)，并將該采樣數(shù)據(jù)用于DFT算法中，該技術(shù)方案與固定運(yùn)算點(diǎn)數(shù)下的變采樣率DFT算法相比，更具有普遍性和適用性。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 s1.接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣； s2.計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N,則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置,其中，N為自然數(shù)； s3.計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟S3之后還包括以下步驟 s4.將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述各種基本運(yùn)算包括計(jì)算電參量的實(shí)部、虛部、幅值以及相位；其中，所述電參量包括模擬電壓信號(hào)和模擬電流信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率的方法包括硬件方法和軟件方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述硬件方法具體為通過對(duì)采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行整形變換，CPU通過定時(shí)器檢測(cè)整形脈沖間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述軟件方法具體為通過采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的零點(diǎn)時(shí)間間隔來計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中確定擬合點(diǎn)的位置具體包括以下步驟 s21.確定實(shí)際采樣點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述固定采樣率的采樣間隔為l/(fO*N)，則實(shí)際采樣點(diǎn)的位置為Y[nO]=nO/(fO*N)，n0=0, 1,2, ...，N，N+1，…，其中，N為標(biāo)準(zhǔn)每周波采樣點(diǎn)數(shù)，fO為標(biāo)準(zhǔn)電力監(jiān)測(cè)信號(hào)頻率； s22.根據(jù)頻率f確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)對(duì)應(yīng)于所述頻率f的采樣間隔為l/(f*N)，則擬合點(diǎn)的位置為X[n]=n/(f*N)，其中，n=0, 1,2,…，N。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括以下步驟 s31.根據(jù)所述擬合點(diǎn)的位置X[n]和處于實(shí)際采樣點(diǎn)的位置Y[nO]相鄰的兩個(gè)點(diǎn)計(jì)算線性比例常數(shù)k; s32.根據(jù)線性比例常數(shù)k和實(shí)際的相鄰采樣值擬合計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。
9.一種電力信號(hào)的采樣裝置，其特征在于，所述裝置包括依次連接的采樣單元、確定單元以及計(jì)算單元；其中 采樣單元，用于接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣； 確定單元，用于計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N，則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置，其中，N為自然數(shù)； 計(jì)算單元，用于計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括與所述計(jì)算單元連接的用于將所述N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值應(yīng)用于DFT算法中進(jìn)行各種基本運(yùn)算的DFT算法單元。
全文摘要
本發(fā)明公開一種電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的采樣方法和裝置，該方法包括以下步驟S1.接收電力監(jiān)測(cè)信號(hào)，并采用固定采樣率對(duì)所述電力監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣；S2.計(jì)算采樣后的電力監(jiān)測(cè)信號(hào)的頻率f，并確定擬合點(diǎn)的位置，假設(shè)該頻率f每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)為N，則確定N個(gè)擬合點(diǎn)的位置，其中，N為自然數(shù)；S3.計(jì)算N個(gè)擬合點(diǎn)的數(shù)值。在固定采樣率的條件下，通過擬合采樣點(diǎn)的方式來產(chǎn)生可周期延拓的采樣數(shù)據(jù)，并將該采樣數(shù)據(jù)用于DFT算法中，該技術(shù)方案與固定運(yùn)算點(diǎn)數(shù)下的變采樣率DFT算法相比，更具有普遍性和適用性。
文檔編號(hào)G01R23/00GK102809679SQ201210279219
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月8日
發(fā)明者徐飛 申請(qǐng)人:航天科工深圳(集團(tuán))有限公司