一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法技术

一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的分散和每个采样段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采样率时，也减小电气量的采集精度下降程度成为可能。本发明专利技术可以根据之前的时钟频率的变化趋势迅速预测下一秒时钟频率，具有较强的抗干扰性，不会因为输入的秒脉冲不稳定产生采样频率大幅度的变化，特别是调整的差值允许超过1个采样点的宽度，扩大了应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法
本专利技术属于电力系统测控
，具体讲就是涉及一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法。
技术介绍
随着电力系统规模的进一步扩大，各种类型的电源和负荷被接入到系统中，使电力系统的控制变得更加的复杂。为了保证系统的安全稳定运行，需要对电流电压的频率，幅值，谐波，相角，电能量等电气量进行高精度的测量。为了获得高精度的电气量测量值，在交流采样时不仅需要控制每秒内采样点的个数以保证采样率的精度，而且需要提高每个采样点间隔均匀程度。在电气量采集和计算过程中，每秒钟的采样数据需要顺序且同等地分配给数轮的交流采样计算，比如，每秒钟需要进行50轮电压频率的计算，采样率为3200Hz，则每秒钟的3200点数据需要顺序地均匀分配给这50轮频率计算，换而言之每一轮计算所需的64个采样点总采样宽度,这里简称采样段的宽度也需要尽可能相同。因此为了提高每一轮的计算结果的精度，不但需要减小3200个采样间隔相互之间的分散，而且也需要减小50个采样段宽度相互之间的分散，否则就会使宽度较窄的采样段计算获得的交流频率的测量值偏大，而宽度较宽的采样段计算获得的交流频率的测量值偏小。中国专利201410173291.4公开了一种基于FPGA的高精度秒脉冲倍频出采样脉冲的方法，以下记为方法1。该方法将实际同步秒脉冲计数值和理想同步秒脉冲计数值进行比较，将偏差与采样频率进行累加计算，根据累加计算结果判断脉冲计数器是否进行校正，从而达到将实际同步秒脉冲的总偏差平均分布到实际采样脉冲中，降低了采样脉冲的误差，为信号采集提供了更加可靠稳定的采样脉冲信号。但是方法1存在几个方面的缺陷，第一，累加计算过程中的累加量的判断和实际采样脉冲输出的判断过程会引入时延；第二，该采样方法需要有一个假设的前提：晶振的频率变化非常小，但实际上晶振的频率会随着环境温度和器件内部状态连续变化，方法1的效果会比实际晶振频率产生的采样效果延迟一秒以上出现；第三，抗干扰的健壮性不强，比如当输入的同步秒脉冲不稳定，比如沿偶尔出现的稍早或稍晚，那就会导致实际采样间隔也一同变宽变窄，导致实际与测量结果依然不准确；第四，该采样方法只能适用于差值4,8等4000的因数，且调整的差值不可能超过1个采样点的宽度计数值，使应用范围有局限性。综上所述，现有的电气量信号采样方法适用范围狭窄，随着半导体芯片频率达到物理极限，而为了获取高分辨率测量需要进一步提高采样率，因此会导致的采样率进一步接近芯片的额定频率时，采样间隔宽度的分散和采样段宽度的分散会迅速变大。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的电气量信号采样方法存在适用范围狭窄，测量数值仍然与实际值存在较大误差的缺陷，提供一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，扩大了采样的适用范围，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的分散和每个采样段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采样率时，也减小电气量的采集精度下降程度成为可能。技术方案为了实现上述技术目的，本专利技术设计一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：第一步，接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数记为C0；第二步，使用最近三次的秒脉冲之间的时钟数，记为C0，C-1和C-2，预测下一次的秒脉冲之间的时钟数，记为C1；第三步，采样率记为S＝3200点/秒，基础间隔时钟数记为B1＝int(C1/S)，一次均摊余数，记为G1＝C1％S，如果G1为零，则采样间隔皆等于B1，直接跳转至第六步，否则采样率余数记为F1＝S％G1，进入第四步；第四步，如果F1为零，一次均摊的采样点间隔数记为D1＝int(S/G1)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为B1，在第D1-1,2D1-1,…,mD1-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且一次分摊数记为m＝[1,int(S/D1)]，跳转至第六步；如果F1不为零则进入第五步；第五步，D1＝int(S/G1)+1，二次均摊的采样点间隔数记为D2＝int(S/R2)，二次余数记为R2＝G1-int(S/D1)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为B1，在第D1-1,2D1-1,…,mD1-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且m＝[1,int(S/D1)]，在第D2-1,2D2-1,…,pD2-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，二次分摊数，记为p＝[1,R2]，进入第六步；第六步，根据生成的采样间隔按照采样率S进行采样，跳转至第二步。进一步，所述第二步中当C0，C-1和C-2初始化为0时，则需C-2被填入实际值之后，才可以进行采样动作。进一步，所述第二步2中，如果外部秒脉冲不稳定，则使用平均化法计算C1＝int((C0+C-1+C-2)/3)；如果晶振随着温度经常变化则通过斜率计算C1＝int((C0+2C-1-C-2)/2)。有益效果本专利技术提供的一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，扩大了采样的适用范围，在所需采样率接近芯片的额定频率时，有效抑制每个采样间隔宽度的分散和每个采样段宽度的分散增大的程度，使在芯片的额定频率无法提高的情况下提高采样率时，也减小电气量的采集精度下降程度成为可能。本专利技术可以根据之前的时钟频率的变化趋势迅速预测下一秒时钟频率，具有较强的抗干扰性，不会因为输入的秒脉冲不稳定产生采样频率大幅度的变化，特别是调整的差值允许超过1个采样点的宽度，扩大了应用范围。附图说明附图1是本专利技术的操作流程图。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说明。实施例如附图1所示，以实际标准秒脉冲的时钟计数值C0＝2500020，C-1＝2500014，C-2＝2500018,采样率S＝3200点/秒，每轮计算需要64个采样点为例，第一步，接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数C0，C-1，C-2；第二步，预测下一个秒脉冲间隔的计数值C1＝int((C0+C-1+C-2)/3)＝2500017；第三步，每轮计算周期中64个采样点的理论总间隔为C1*64/S＝50000.34clocks；基础间隔时钟数B1＝int(C1/S)＝781；一次均摊余数G1＝C1％S＝817；因为G1不为零，则F1＝S％G1＝749，进入第四步，第四步，若F1不为零，进入第五步；第五步，D1＝int(S/G1)+1＝4，D2＝int(S/R2)＝188，R2＝G1-int(S/D1)＝17；第一个采样点之后的0～3199个的采样点基础间隔都为781个时钟；因为D1＝4，所以在第3,7,…,4m-1,3199个采样间隔里加1个时钟的延迟，且m＝1～int(S/D1)；因为D2＝188，所以在第187,375,…,188p-1,3195个采样间隔里加1个时钟的延迟，p＝1～R2。第六步，根据生成的采样间隔进行3200点采样，跳转第二步。以每轮计算周期中64个采样点，在3200点中有50轮计算，每轮实际总间隔和理论值平均误差为0.0009％，具体计算数值如下表：本专利技术所要保护的范围不仅限于上述实施例涉及的技术方案，任何受本专利技术的技术方案的启示，都应落入本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：(I)接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数，记为C0；(II)使用最近三次的秒脉冲实际计数值，记为C0，C‑1和C‑2，预测下一秒的秒脉冲间隔，记为C1；(III)采样率记为S，基础间隔时钟数记为B1＝int(C1/S)，一次均摊余数，记为G1＝C1％S，如果G1为零，则采样间隔皆等于B1，直接跳转至步骤(VI)，否则采样率余数记为F1＝S％G1，进入步骤(IV)；(IV)如果F1为零，一次均摊的采样点间隔数记为D1＝int(S/G1)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为B1，在第D1‑1,2D1‑1,…,mD1‑1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且一次分摊数记为m＝[1,int(S/D1)]，跳转至步骤(VI)，否则进入步骤(V)；(V)D1＝int(S/G1)+1，二次均摊的采样点间隔数记为D2＝int(S/D2)，二次余数记为R2＝G1‑int(S/D1)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为B1，在第D1‑1,2D1‑1,…,mD1‑1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且m＝[1,int(S/D1)]，在第D2‑1,2D2‑1,…,pD2‑1个采样间隔里加1个时钟的延迟，二次分摊数，记为p＝[1,R2]，进入步骤(VI)。(VI)根据生成的采样间隔进行S点的采样，跳转至步骤(II)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于GPS的电气量信号自适应采样方法，其特征在于，它包括以下几个步骤：(I)接收标准秒脉冲，用时钟计数器连续计数秒脉冲和秒脉冲之间的时钟数记为C0；(II)使用最近三次的秒脉冲之间的时钟数，记为C0，C-1和C-2，预测下一次的秒脉冲之间的时钟数，记为C1；(III)采样率记为S＝3200点/秒，基础间隔时钟数记为B1＝int(C1/S)，一次均摊余数，记为G1＝C1％S，如果G1为零，则采样间隔皆等于B1，直接跳转至步骤(VI)，否则采样率余数记为F1＝S％G1，进入步骤(IV)；(IV)如果F1为零，一次均摊的采样点间隔数记为D1＝int(S/G1)，第一个采样点之后的[0,3199]个的采样点基础间隔时钟数为B1，在第D1-1,2D1-1,…,mD1-1个采样间隔里加1个时钟的延迟，且一次分摊数记为m＝[1,int(S/D1)]，跳转至步骤(VI)；如果F1不为零，进入步骤(V)；(V)D1＝int(S/G1)+1，二次均摊的采样点间隔数记为D2...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋文骏，褚文捷，刘亚捷，吴颖，王英翔，
申请(专利权)人：上海惠安系统控制有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31