一种超幅工频模拟量信号的采样方法和采样系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超幅工频模拟量信号的采样方法和采样系统，所述采样方法对所采样的工频模拟量信号的采样值按工频周期进行取样，并逐个检测各采样点的采样值是否为有效采样值，通过比较，舍弃采样值等于ADC最大值、最小值和过零点的采样点，并求取剩余有效采样点的实时幅值或有效值进行算数平均值，获得工频模拟量信号在本工频周期的幅值，当该幅值超出模数转换器的采集范围时，通过软件算法，仍能被准确获得。该采样方法不增加硬件投入，通过软件算法扩展对工频模拟量信号幅值或有效值的检测范围，在电力系统的电力监测上具有积极意义。

A Sampling Method and Sampling System for Over-Amplitude Power Frequency Analog Signal

【技术实现步骤摘要】
一种超幅工频模拟量信号的采样方法和采样系统
本专利技术涉及电力测量
，尤其涉及一种超幅工频模拟量信号的采样方法。
技术介绍
工频模拟量信号采样是电力系统自动化设备最重要的工频信号获取方式之一，工频模拟量通过模拟量采样前端电路输入模数转换器(ADC)，从而获取工频模拟量的值。但如果模拟量采样前端电路设计跟采样信号不匹配，在极端大电流情况可能会出现被采样的模拟量信号幅值超出模数转换器(ADC)的采集范围，导致电流、电压有效值等采样数据的计算不准确。采样数据不准确会给电力系统的继电保护和自动化装置带来严重影响，因此需要对采样数据超范围的情况进行辨别。现有的常用方案需要两路独立的模拟前端处理电路，其中一路前端处理电路是信号放大电路，另一路是信号衰减电路。正常情况下模拟量信号经过放大电路接入ADC转换器，当软件判断出模拟量信号超出ADC采集范围时候，经转换开关把模拟量从放大电路切换到衰减电路，防止模拟量超出ADC范围溢出的情况。但当模拟量信号在临界区间时候，会因转换开关频繁的从放大电路切换到衰减电路带来的信号跳变问题。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种超幅工频模拟量信号的采样方法，当模拟量信号幅值超出模数转换器(ADC)的采集范围时，仍能准确获得工频模拟量信号的幅值。为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：一种超幅工频模拟量信号的采样方法，包括以下步骤：步骤S1，获取工频模拟量信号的周期采样序列；步骤S2，对一个周期采样序列的采样值进行判定统计，包括以下步骤：步骤S21，初始化计数器i＝0，j＝0，初始化周期采样数N；步骤S22，读取采样点i的ADC采样值ui；步骤S23，判定采样值ui是否为有效采样值，当采样值等于ADC采样范围的最大值Umax或最小值Umin或过零点的值U0时，该采样值为无效采样值，跳转步骤S24；其余的采样值为有效采样值，跳转步骤S25；步骤S24，舍弃无效采样值，计数器j加1，进入步骤S26；步骤S25，通过采样点i和过零点的相位关系，计算采样点i的实时幅值，进入步骤S26；步骤S26，循环判定，当i>N-1时，跳转到步骤S27，跳出循环；当i<＝N-1时,跳转到步骤S21，循环；步骤S27，计算工频模拟量信号在本工频周期的幅值。进一步的，步骤S1中，在对工频模拟量信号进行采样的同时，将采样值和过零点电压进行比较，当采样值和过零点的值一致时，以该采样值为起始获得一个工频周期的采样值形成工频模拟量信号的周期采样序列，该工频采样序列包括N个采样值ui，i＝0,1,…,N-1，所述过零点电压为工频模拟量信号的直流偏置电压。进一步的，所述过零点为波形从负半波到正半波的过零点。进一步的，所述步骤S25包括以下公式：i≠0且i≠N/2其中，θ为360/N，Umi为采样点i的实时幅值，i<N。进一步的，所述步骤S27包括以下公式：其中，无效的采样点的实时幅值Umi按0计算。进一步的，所述N≥60。本专利技术的超幅工频模拟量信号的采样方法，对所采样的工频模拟量信号的采样值按工频周期进行取样，并逐个检测各采样点的采样值是否为有效采样值，通过比较，舍弃采样值等于ADC最大值、最小值和过零点的采样点，并求取剩余有效采样点的实时幅值或有效值进行算数平均值，获得工频模拟量信号在本工频周期的幅值，当该幅值超出模数转换器的采集范围时，通过软件算法仍能被准确获得。为实现本目的，本专利技术还提供了以下方案：一种超幅工频模拟量信号的采样系统，包括AD采样电路、控制器，所述控制器和所述AD采样电路连接，依采样频率周期性地获得AD采样电路对工频模拟量信号的采样值，当工频模拟量信号的幅值超出AD采样电路的采样范围时，所述控制器执行如上所述的采样方法，对工频模拟量信号的采样值进行处理，获得正确的工频模拟量信号的幅值和有效值。进一步的，所述采样频率大于等于8000Hz。该采样方法不增加硬件投入，可通过软件算法扩展对工频模拟量信号幅值或有效值的检测范围，在电力系统的电力监测上具有积极意义。附图说明图1是工频模拟量信号示意图；图2是超出ADC采集范围的工频模拟量信号示意图；图3是本专利技术一实施例的获取工频模拟量信号的周期采样序列的流程图；图4是本专利技术一实施例的超幅工频模拟量信号的判定统计流程图；图5是本专利技术一实施例的工频模拟量信号采样系统的功能框图。具体实施方式为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。现结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。图1所示的是一个工频模拟量信号，该工频模拟量信号的幅值在ADC的采样范围之内，AD采样电路按固定采样周期对工频模拟量信号进行采样，精确获取每个采样值，控制器从ADC模块读取采样值，并形成离散采样序列。控制器可以获取离散采样序列的某一工频周期的周波采样序列，通过查找获取每个工频周期的最大值和最小值，当该最大值和最小值均在ADC的采样范围之内，则可获得工频模拟量信号的峰-峰值Up-p，并通过公式：进而获得工频模拟量信号的幅值Um，该方式运算量小，但精度较差。图2是本专利技术示例性的超出ADC采集范围的工频模拟量信号示意图，当工频模拟信号的幅值超出ADC的幅度限制，则超出部分的数据被限幅至ADC的最大值或最小值，被限幅的采样值失去了有效性，现有技术的方案是增加信号衰减电路，正常情况下，模拟量信号经过放大电路接入ADC转换器，当软件判断出模拟量信号超出ADC采集范围时候，经转换开关把模拟量从放大电路切换到衰减电路，防止模拟量超出ADC范围而发生限幅的情况。但当模拟量信号在临界区间时候，会因转换开关频繁的从放大电路切换到衰减电路带来的信号跳变问题。实施例一本专利技术的公开了一种超幅工频模拟量信号的采样方法，采用现有的工频模拟量信号采样电路，不通过衰减电路来扩大工频模拟量信号的可检测范围，通过软件算法方式获得精确的幅值。即能有效监测如图2所示的超幅工频模拟量信号。对于本实施例中所示出的工频模拟量信号采样系统相关的
技术实现思路
，在此做简要说明：本实施例中，工频模拟量信号采样系统包括ADC电路，由于ADC为单电源供电，工频模拟量信号以交流耦合方式输入ADC，ADC取其中值电压为参考点，对工频模拟量信号的采样值进行模数转换，此时，ADC的中值电压对应工频模拟量信号的过零点，一个工频周期有两个过零点，该点对应的模数转换的电压值为已知，因此在截取一个工频周期的采样值时，可以以过零点为参考点进行取值，选取过零点及过零点之后的N的采样值。当输入的工频模拟量信号的采样值超出ADC的采样范围(即工频模拟量信号的正半周超出ADC允许输入的最大值或工频模拟量信号的负半周超出ADC允许输入的最小值)，ADC则按其采样范围的最大值或最小值进行输出，如图2所示。通常ADC的采样范围的最大值为其电源电压值Vcc，最小值为电源地。在本实施例中，ADC的供电电压为3.3V，其采样的最大值为3.3V，最小值为0V，因此其中值点为1.65V，该中值点即为工频模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超幅工频模拟量信号的采样方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，获取工频模拟量信号的周期采样序列；步骤S2，对一个周期采样序列的采样值进行判定统计，包括以下步骤：步骤S21，初始化计数器i＝0，j＝0，初始化周期采样数N；步骤S22，读取采样点i的ADC采样值ui；步骤S23，判定采样值ui是否为有效采样值，当采样值等于ADC采样范围的最大值Umax或最小值Umin或过零点U0时，该采样值为无效采样值，跳转步骤S24；其余的采样值为有效采样值，跳转步骤S25；步骤S24，舍弃无效采样值，计数器j加1，进入步骤S26；步骤S25，通过采样点i和过零点U0的相位关系，计算采样点i的实时幅值，进入步骤S26；步骤S26，循环判定，当i>N‑1时，跳转到步骤S27，跳出循环；当i<＝N‑1时,跳转到步骤S21，循环；步骤S27，计算工频模拟量信号在本工频周期的幅值。

【技术特征摘要】
1.一种超幅工频模拟量信号的采样方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，获取工频模拟量信号的周期采样序列；步骤S2，对一个周期采样序列的采样值进行判定统计，包括以下步骤：步骤S21，初始化计数器i＝0，j＝0，初始化周期采样数N；步骤S22，读取采样点i的ADC采样值ui；步骤S23，判定采样值ui是否为有效采样值，当采样值等于ADC采样范围的最大值Umax或最小值Umin或过零点U0时，该采样值为无效采样值，跳转步骤S24；其余的采样值为有效采样值，跳转步骤S25；步骤S24，舍弃无效采样值，计数器j加1，进入步骤S26；步骤S25，通过采样点i和过零点U0的相位关系，计算采样点i的实时幅值，进入步骤S26；步骤S26，循环判定，当i>N-1时，跳转到步骤S27，跳出循环；当i<＝N-1时,跳转到步骤S21，循环；步骤S27，计算工频模拟量信号在本工频周期的幅值。2.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈茂芳，马祖富，
申请(专利权)人：厦门高瑞特电气自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35