一种双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法技术

本发明专利技术公开了一种双采样CPU在等间隔采样时实现频率跟踪的方法，通过配置信息中测频通道接入的位置确定两个CPU中哪一个作为测频CPU，哪一个作为跟随CPU；测频CPU在测频模块中计算出模拟量的频率，通过数据交互模块将计算出的频率传输给跟随CPU，在重采样模块中使用上次算出的频率得到重采样间隔，对原始采样值进行重采样；跟随CPU从数据交互模块中读取频率并计算重采样间隔，在重采样模块中对原始采样值进行重采样。本发明专利技术解决在数字化装置中采用双采样CPU等间隔采样时，两个CPU都需要接入测频通道才能实现频率跟踪的问题。

Method for realizing frequency tracking of double CPU equal interval sampling

The invention discloses a sampling frequency tracking method to realize a double sampling in CPU interval, frequency channel access through the configuration information to determine the position of two CPU in which one is the frequency CPU, which one is to follow CPU; frequency measurement CPU to calculate the analog frequency in the frequency measurement module the frequency, transmission through the data interface module will be calculated to follow CPU in re sampling module using the last calculated frequency re sampling interval, the original sampling data re sampling; follow CPU from the data exchange module reads the frequency and calculate the re sampling interval, in the re sampling module of the original sample weight sampling. The invention solves the problem that the two CPU need to be connected with the frequency measuring channel to realize frequency tracking when the double sampling CPU is used in the digital device.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统自动化
，具体涉及高压继电保护装置和智能测控装置在数据采集中的频率跟踪方法。
技术介绍
随着国内电力需求的日益增大，电力技术水平不断提高，电力保障设备的使用显得尤为重要。而高压继电保护和测控装置数据量大、要求采样精度高，尤其是在一些数据量较大的智能化装置上，通常采用多CPU分布采集。在电网频率波动时，要保证采集数据的同步以及准确性。传统保护测控装置由本身进行数据采集，一般是根据测频计算出采样间隔，调整采样中断，从而实现的频率跟踪，是不等间隔采样。数字化保护、测控装置的采样数据一般来自合并单元，采样频率高，采样间隔恒定。合并单元本身不做频率跟踪，这就要求使用采样数据的后端设备自行做频率跟踪。目前，现有保护测控装置的等间隔采样频率跟踪方法都为单CPU实现，如果有2个采样CPU的话要将测频通道同时接入2个CPU，然后各自实现频率跟踪；尚无只接入一个测频通道实现双CPU等间隔采样的频率跟踪的方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种双采样CPU在等间隔采样时实现频率跟踪的方法，用以解决在数字化装置中采用双采样CPU时，两个CPU都需要接入测频通道的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，包括：通过配置信息中测频通道接入的位置确定两个CPU中哪一个作为测频CPU，哪一个作为跟随CPU；测频CPU在测频模块中计算出本次频率和重采样间隔，在重采样模块中使用上次算出的重采样间隔对原始采样值进行重采样，通过数据交互模块将计算出的频率和重采样间隔传输给跟随CPU；跟随CPU从数据交互模块中读取重采样间隔，在重采样模块中对原始采样值进行重采样。以上所述的所有工作在一个中断中完成。重采样的值具有采样编号，用于后端同步判断。初次采样由上端控制，开始前对两个CPU的重采样编号清零，确保两个采样编号同步。所述的测频模块，具体方法如下：①根据近一周波内原始采样点数据计算出傅里叶实部值，②计算傅里叶实部值过零点的时间差，③计算本周波频率。所述步骤①中的傅里叶实部值得计算方法公式为：其中N为原始采样点每周波采样点数，i为当前采样点序号，h＝i-(N-1)为一周波前的采样点序号，Smpk为第k点的采样值；所述步骤②中计算实部过零点时间差方法，公式为计算频率条件，当满足该条件时，记录下Rei、Rei-1、Rei-2；并记录一个周波内不满足该公式条件的采样点个数M。设Rei-2时刻Ti-2＝0，则Rei-1时刻Ti-1＝TN、Rei时刻Ti＝2*TN(TN为原始采样点采样间隔时间)，利用拉格朗日二阶插值公式计算出实部值为零时对应的采样时刻：则有：Tpos＝2*TN-Tzero；Tnag＝Tzero-TN；傅里叶实部过零点的时间差：Tdelta＝M*TN+T’pos+Tnag其中，T’pos为上次计算得到的Tpos值。所述步骤②完成过零点时间差计算后将M赋为0。所述步骤③中的本周波的频率f’F＝1s/Tdelta。所述的测频模块在每收到一个原始采样点时调用一次。所述的数据交互模块：两个CPU之间的交互数据要求实时性非常高，每次采样中断都需要进行数据交换，本专利技术采用双口RAM，对两个CPU之间的数据传输提供支撑，且外部中断信号源确保两个CPU同时进入采样中断。当刚进入采样中断时，两个CPU都从双口RAM的指定地址读取本次中断中应使用的频率值，该值由上次中断结束时测频CPU写入，初次上电时该频率值默认50Hz。为确保两个CPU对双口RAM的读写操作不产生冲突，本专利技术采用了分时读写和读写控制两种措施：数据交互模块中所述的分时读写措施：测频CPU在中断结束前执行写操作，程序内部保证中断执行时间不小于50us(该时间大于写RAM的执行时间即可)；两颗CPU在刚进入中断时执行读操作。这样通过时间控制避免双口RAM的读写冲突；数据交互模块中所述的读写控制措施：写数据之前，先将写操作标志WR_BUSY置1，写结束最后将WR_BUSY清0。当读操作时判断WR_BUSY，若为0，直接读取；若为1，则等待10us后再读，若等待时间超过50us，认为写操作超时，放弃读取，采用上次中断中使用的值进行运算并告警。所述的重采样模块：根据原始采样点，通过拉格朗日二阶插值法得到新的采样值。①记录并存储原始采样点的采样值Sn和采样时刻Tn；②在数据交换模块中得到新的频率fF，算出重采样间隔TF，由上一个重采样点的时刻T’Re得到新的重采样时刻TRe；③如果TRe≤Tn，在原始采样点缓冲区找出TRe时刻之前的两个采样点(采样值S0、S1，采样时刻T0、T1)和之后的一个采样点(采样值S2，采样时刻T2)，根据拉格朗日二阶插值法得到TRe时刻的采样值SRe；④判断下一个重采样点的时刻是否在Tn之前，如果是，TRe加上TN后重复上述步骤③。⑤将重采样后的数据和本次中断重采样点数目发送给后端；重采样后的点具有采样编号，便于后端对两个CPU的重采样数据进行同步识别。所述步骤②中重采样间隔计算公式：TF＝F/fF，其中F为每周波重采样点数；新的重采样时刻计算公式为：TRe＝T′Re+TF。所述步骤③中采样值SRe的计算公式为：所述步骤④在每次进入重采样模块后只执行一次，确保每个中断最多只做两次重采样插值，保证中断执行时间不超限。所述步骤⑤中的采样编号为0～(50*F-1)循环，不受频率的变化影响。本专利技术的有益效果：当保护测控装置接收采样的数据量较大时，对CPU的处理能力要求很高，尤其是数字化装置，还要对网络接口做安全保护机制。这样，对处理器的性能要求就很高，如果使用多CPU进行采样的方案，又面临着频率跟踪中测频通道需要分别接入两个CPU的问题。本专利技术使用两个CPU，可以降低大量的处理数据对CPU的性能要求，而又顺利解决了数字化装置中两个CPU间实现频率跟综功能，测频通道不好分两接入的问题。附图说明图1是本专利技术实施例的工作流程图。图2是本专利技术实施例的测频模块的过零点时差计算示意图。图3是本专利技术实施例的重采样示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步描述。本实施例的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，两个CPU分为测频CPU和跟随CPU，其步骤如下：在程序初始化时根据配置信息中测频通道接入的位置确定哪一个作为测频CPU，哪一个作为跟随CPU。两个CPU之间的交互数据要求实时性非常高，每次采样中断都需要进行数据交换，本专利技术采用双口RAM，对两个CPU之间的数据传输提供支撑，且外部中断信号源确保两个CPU同时进入采样中断。进入中断时，两个CPU先从双口RAM中读取本次应使用重采样频率fF，该频率由测频CPU在上次中断中计算得出，并在上次中断结束前写入双口RAM；然后读取原始采样点。测频CPU根据原始采样率进入测频模块计算当前模拟量频率；然后进入重采样模块对原始数据线进行重采样，跟随CPU读取原始采样点后直接进入重采样模块。重采样前判断当前中断可以处理处几个点的重采样值，为确保中断执行时间不超限，每次最多只做两次重采样插值，多出的点由下次中断再处理，之后将本次中断计算出的重采样值和点数进行处理，发送给后端；重采样结束后测频CPU将计算出的当前频率写入双口RAM，待下次中断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：通过配置信息中测频通道接入的位置确定两个CPU中哪一个作为测频CPU，哪一个作为跟随CPU；测频CPU在测频模块中计算出本次频率，在重采样模块中使用上次算出的频率计算出重采样间隔，对原始采样值进行重采样，通过数据交互模块将计算出的频率和重采样间隔传输给跟随CPU；跟随CPU从数据交互模块中读取重采样间隔，在重采样模块中对原始采样值进行重采样。

【技术特征摘要】
1.一种双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：通过配置信息中测频通道接入的位置确定两个CPU中哪一个作为测频CPU，哪一个作为跟随CPU；测频CPU在测频模块中计算出本次频率，在重采样模块中使用上次算出的频率计算出重采样间隔，对原始采样值进行重采样，通过数据交互模块将计算出的频率和重采样间隔传输给跟随CPU；跟随CPU从数据交互模块中读取重采样间隔，在重采样模块中对原始采样值进行重采样。2.根据权利要求1所述的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：数据采集、测频、数据交互、重采样、数据传输在一个等间隔中断中完成。3.根据权利要求2所述的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：两个CPU的中断进入时刻和中断间隔时间相同。4.根据权利要求1所述的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：所述测频模块，计算出原始采样点的变换值，通过本发明提供的算法找出变换值的过零点时间差，得到所测频率，具有较高的精确度和抗干扰能力；所述数据交互模块，两个CPU通过双口RAM进行数据交换，实现数据迅速及时的传输；通过对数据操作的分时处理和互斥机制确保了数据交换的准确性；所述的重采样模块，实现在一次中断中得到最多两个重采样结果，每个重采样结果都有重采样编号。5.根据权利要求4所述的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：所述测频模块，每收到一个原始采样点时调用一次。6.根据权利要求4所述的双CPU等间隔采样的频率跟踪实现方法，其特征在于：所述测频模块，原始采样点的变换值计算方法为：其中N为原始采样点每周波采样点数，i为当前采样点序号，h＝i-(N-1)为一周波前的采样点序号，Smpk为第k点的采样值。7.根据权利要求4所述的双CP...

【专利技术属性】
技术研发人员：张杭，陈国富，张燕，
申请(专利权)人：南京因泰莱电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32