適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法。高速采樣計(jì)算中，采樣頻率根據(jù)電力系統(tǒng)的自有頻率的變化而變換，從而滿足計(jì)算精度要求。在硬件采樣頻率固定的情況下，通常采用軟件鎖相來(lái)完成上述要求，但軟件鎖相計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，因而未能得到廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提出離線計(jì)算采樣插值所需參數(shù)的固化表格、軟件在線判斷查表計(jì)算的方式解決上述問(wèn)題。所提方法減輕了數(shù)字信號(hào)處理器的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，使其能高效的進(jìn)行信號(hào)處理；亦不需要增加硬件開(kāi)銷，更改硬件設(shè)計(jì)；同時(shí)，所提方法可普遍應(yīng)用于其他電力系統(tǒng)場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及對(duì)電力系統(tǒng)電量信號(hào)(電壓、電流)的高速固定采樣速率下的采樣插值技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中電量(電壓、電流)信號(hào)高速采樣在容量計(jì)算、電能質(zhì)量等方面應(yīng)用越來(lái)越廣泛。對(duì)高速采樣計(jì)算中涉及到的采樣頻率需要根據(jù)電力系統(tǒng)的自有頻率的變化而變換，從而達(dá)到滿足要求的計(jì)算精度。目前，有兩種方式來(lái)處理該問(wèn)題，一種是利用硬件鎖相環(huán)進(jìn)行硬件鎖相，在根據(jù)實(shí)際需求動(dòng)態(tài)改變采樣頻率，從而獲得正確的采樣數(shù)據(jù)；但其要求專門的硬件資源，同時(shí)在鎖相前需要配合專門的硬件測(cè)頻回路，濾波回路保證其正確性。另一種利用軟件方式實(shí)現(xiàn)鎖相，但數(shù)字信號(hào)處理器承載了大部分計(jì)算與控制工作，針對(duì)高速計(jì)算的情況由于其計(jì)算時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而得不到應(yīng)用。本發(fā)明利用軟件插值方式解決上述問(wèn)題，并利用離線計(jì)算，在線查表的方式解決該問(wèn)題，既減輕數(shù)字信號(hào)處理器的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，使數(shù)字信號(hào)處理器能高效的進(jìn)行信號(hào)處理；亦不需要增加硬件開(kāi)銷，更改硬件設(shè)計(jì)；同時(shí)，可方便將該模塊應(yīng)用于其他電力系統(tǒng)場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法。當(dāng)硬件采樣頻率固定時(shí)，在規(guī)定的電力系統(tǒng)頻率范圍內(nèi)，通過(guò)該插值計(jì)算方法可高速查表計(jì)算出插值后的采樣點(diǎn)，并保證其單周期采樣點(diǎn)數(shù)保持不變。從而防止欠采樣或過(guò)采樣的發(fā)生，保證計(jì)算精度。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
首先設(shè)定固定的頻率范圍及頻率精度:頻率范圍為^ < 巧，其中及指設(shè)定的最小頻率，^指設(shè)定的最大頻率，指當(dāng)前的電力系統(tǒng)頻率，通常取/^=45Ηζ Λ=55Ηζ ;精度范圍設(shè)定為，一般0.01Hz。根據(jù)該設(shè)定，離線計(jì)算出程序執(zhí)行中所需的插值參數(shù)表，軟件在執(zhí)行過(guò)程中根據(jù)在線判斷結(jié)果調(diào)用離線固化的插值參數(shù)表。插值參數(shù)表計(jì)算步驟如下:
(I)初始設(shè)定:設(shè)定每個(gè)周波采樣點(diǎn)數(shù)為見(jiàn)設(shè)電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為/(—般為50Hz)，其對(duì)應(yīng)的采樣周期為/；，有TsAlFJN'設(shè)定當(dāng)前的電力系統(tǒng)頻率為/^，其對(duì)應(yīng)的采樣周期為Tc,有TAIFJN'采樣周期與系統(tǒng)周期的差值為AT=Irc-^I。`
[0005](2)表數(shù)計(jì)算:根據(jù)線性插值公式= aOj<n-1)+￡CJ<b+1),其中為
需要插值的數(shù)據(jù)前一個(gè)固定時(shí)刻采樣點(diǎn)，乃為需要插值的數(shù)據(jù)后一個(gè)固定時(shí)刻采樣點(diǎn)，?隨不同的系統(tǒng)頻率及不同采樣時(shí)刻而不同，因此需要離線設(shè)計(jì)插值參數(shù)表Τ。頻率精
度如權(quán)利要求2所述，離線計(jì)算的插值參數(shù)表共計(jì)AF張。[0006](3)單表設(shè)計(jì):設(shè)定硬件固定時(shí)刻的采樣值為&到5；，判斷計(jì)算后的插值數(shù)據(jù)為D0到凡；其中O ( n<N ;采樣周期與系統(tǒng)周期差值為
【權(quán)利要求】
1.一種適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法，其特征在于:設(shè)定固定的頻率范圍及頻率精度:頻率范圍為FL < FC< Fh，其中^指設(shè)定的最小頻率，F(xiàn)h指設(shè)定的最大頻率，F(xiàn)。指當(dāng)前的電力系統(tǒng)頻率，精度范圍設(shè)定為？?F，根據(jù)該設(shè)定，離線計(jì)算出程序執(zhí)行中所需的插值參數(shù)表，軟件在執(zhí)行過(guò)程中根據(jù)在線判斷結(jié)果調(diào)用離線固化的插值參數(shù)表；所述插值參數(shù)表計(jì)算步驟如下: 步驟SOl:初始設(shè)定:設(shè)定每個(gè)周波采樣點(diǎn)數(shù)為N，設(shè)電力系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)頻率為Fs，其對(duì)應(yīng)的采樣周期為Ts，有Ts = 1/FS/N ;設(shè)定當(dāng)前的電力系統(tǒng)頻率為F。，其對(duì)應(yīng)的采樣周期為T。，有Tc=IAVN;采樣周期與系統(tǒng)周期的差值為AT=|T「TS| ； 步驟S02:表數(shù)計(jì)算:根據(jù)線性插值公式y(tǒng) (n) = (l-a)y (n-l)+ay (n+1),其中y (n_l)為需要插值的數(shù)據(jù)前一個(gè)固定時(shí)刻采樣點(diǎn)，y(n+l)為需要插值的數(shù)據(jù)后一個(gè)固定時(shí)刻采樣點(diǎn)，a隨不同的系統(tǒng)頻率及不同采樣時(shí)刻而不同，因此需要離線設(shè)計(jì)插值參數(shù)表T ;離線計(jì)算的插值參數(shù)表共計(jì)(Fh-FJ / Λ F張； 步驟S03:單表設(shè)計(jì):設(shè)定硬件固定時(shí)刻的采樣值為Stl到Sn，判斷計(jì)算后的插值數(shù)據(jù)為D。到Dn ;其中O < η < N ;采樣周期與系統(tǒng)周期差值為？?T，a= Δ T/Ts= | Fc-Fs | /Fs ；;插值方法為=D0=S0 ^1=(1-B) XSJaXS2 ；D2=(l-2a) XS2 + 2aXS3 ；，依次計(jì)算出 N 個(gè)插值數(shù)據(jù)；由此，單表設(shè)計(jì)為T={0，a，2a，3a，4a，……(N_l)a};以此，根據(jù)不同的電力系統(tǒng)頻率設(shè)計(jì)出(Fh-Fl) /--F張表為在線程序使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法，其特征在于:所述 Fl=45Hz ；Fh=55Hz ;且？? F ≤ 0.01Hz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法，其特征在于:所述軟件在執(zhí)行過(guò)程中根據(jù)在線判斷結(jié)果調(diào)用離線固化的插值參數(shù)表的實(shí)現(xiàn)方式如下: 步驟Sll:設(shè)定采樣計(jì)數(shù)為SAM_CNT ;硬件固定時(shí)刻的采樣值為Stl到Sn，判斷計(jì)算后的插值數(shù)據(jù)為Dtl到Dn ;令所有數(shù)據(jù)初始值為O ; 步驟S12:讀取采樣值數(shù)據(jù)Stl到Sn ； 步驟S13:讀取當(dāng)前的系統(tǒng)頻率值F。，當(dāng)Fc=Fs，進(jìn)入步驟S16 ； 步驟S14:當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)前頻率F。< 45Hz或F。> 55Hz時(shí)，進(jìn)入步驟S16 ； 步驟S15:當(dāng)系統(tǒng)當(dāng)前頻率45Hz ^ Fc ^ 55Hz時(shí)，根據(jù)F。的值調(diào)用離線固化的插值參數(shù)表，采用以下插值算法 Dq=Sq ^1=(1-B) XS1 + aXS2 ;D2=(l_2a) XS2 + 2aXS3 ;，依次計(jì)算出N個(gè)插值數(shù)據(jù)，進(jìn)入步驟S17 ；
步驟 S16 =D0=S0 ^1=S1 ；D2=S2 ；……Dn=Sn ;進(jìn)入步驟 S17 ； 步驟S17:采樣計(jì)數(shù)SAM_CNT加I ;返回步驟步驟Sll ; 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于電力系統(tǒng)高速采樣計(jì)算的插值方法，其特征在于，所述采樣點(diǎn)數(shù)N、系統(tǒng)頻率范圍^ < F。< Fh及頻率精度設(shè)定？?F可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求改變，程序執(zhí)行前首先根據(jù)設(shè)定值離線計(jì)算插值參數(shù)表T，程序執(zhí)行過(guò)程中根據(jù)F。判斷結(jié)果直接調(diào)用離線固化的插值參數(shù)表即可，從而快速得到所需的插值數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103823996SQ201410098732
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】陳彬, 郭曉君, 湯奕, 魯針針 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司電力科學(xué)研究院