專利名稱：數(shù)字化變電站測(cè)控裝置交流采樣數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)數(shù)字化變電站的測(cè)控裝置，尤其涉及測(cè)控裝置中數(shù)字 化交流釆集的處理方法。屬于數(shù)字化變電站技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著光電子互感器技術(shù)及光纖通信技術(shù)的發(fā)展以及IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣， 變電站間隔層智能設(shè)備的交流釆集由傳統(tǒng)的通過電纜接入交流電氣信號(hào)后經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字化，變革為通過通信網(wǎng)絡(luò)直接接入由過程層數(shù)字化交流釆集設(shè)備 送出的數(shù)字化電氣信號(hào)。間隔層測(cè)控裝置通過通信方式可接收來(lái)自過程層合并 單元符合IEC61850-9-1/-9-2或IEC60044-8 ( FT3 )標(biāo)準(zhǔn)的釆樣值數(shù)據(jù)，釆集方 式的變化除了要求測(cè)控裝置能夠適應(yīng)新的輸入接口外，還要求充分考慮該變化 對(duì)測(cè)控裝置技術(shù)指標(biāo)的影響，從而形成了針對(duì)數(shù)字化的處理解決方案。
傳統(tǒng)變電站每臺(tái)測(cè)控裝置獨(dú)自對(duì)接入的交流電氣信號(hào)進(jìn)行釆樣，通過計(jì)算 交流信號(hào)的頻率來(lái)調(diào)整釆樣間隔時(shí)間即釆樣頻率，使交流信號(hào)在不同的頻率下 每個(gè)周波采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)是固定的，這種對(duì)交流信號(hào)釆樣進(jìn)行頻率跟蹤可以很好的 減少交流信號(hào)的頻譜泄漏，從而獲得較高的測(cè)量精度。數(shù)字化變電站所有的間 隔層智能設(shè)備(包括測(cè)控裝置)的交流釆集來(lái)源于同 一個(gè)過程層數(shù)字化數(shù)據(jù)釆集 設(shè)備(合并單元)，為了滿足不類型智能設(shè)備對(duì)交流釆集數(shù)據(jù)的要求，該設(shè)備通 常以固定且極高的頻率進(jìn)行釆樣(最高至10KHz),從而送出大量的釆樣值。由于
送入測(cè)控裝置的采樣值釆樣間隔時(shí)間是固定的，當(dāng)交流信號(hào)實(shí)際頻率不同時(shí)， 一個(gè)周波的釆樣點(diǎn)個(gè)數(shù)是不同的，因此可采用基于線性Lagrange插值原理，對(duì) 合并單元輸入的釆集值進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取重新采樣，其方法是先釆用數(shù)字算法計(jì)算 信號(hào)頻率，然后根據(jù)信號(hào)頻率實(shí)時(shí)調(diào)整抽取頻率，通過線性Lagrange插值方法 進(jìn)行信號(hào)抽取，實(shí)現(xiàn)插值頻率跟蹤。該方法釆用了線性Lagrange插值方法，其 原理簡(jiǎn)單，但其插值的具體實(shí)現(xiàn)過程復(fù)雜，特別采樣點(diǎn)多時(shí)，插值效率低，且 插值過程本身是一個(gè)二次再釆樣的過程，同樣會(huì)引入插值誤差。本發(fā)明針對(duì)數(shù)字化變電站測(cè)控裝置提出一種新交流釆樣處理方法，不需要 對(duì)采樣值進(jìn)行插值，直接利用現(xiàn)有釆樣值進(jìn)行計(jì)算處理，滿足測(cè)控精度要求， 降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明目的在于提供 一種針對(duì)數(shù)字化變電站
IEC61850-9-1/9-2或FT3釆樣值輸入方式的釆集處理方法，計(jì)算輸入信號(hào)頻率、 有效值，該方法思路簡(jiǎn)單清晰。試驗(yàn)證明，通過該方法可以適當(dāng)?shù)墓?jié)省CPU效 率，同時(shí)保證釆樣精度，降低軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度，提高整體效率。 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
一種適用于數(shù)字化變電站測(cè)控裝置交流采樣的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于: 數(shù)字化變電站中的合并單元通過固定釆樣頻率釆集變電站各電子式互感器
輸出交流釆樣信號(hào)并輸入至數(shù)字化變電站測(cè)控裝置；
所述數(shù)字化變電站測(cè)控裝置基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法計(jì)算實(shí)際輸入交流釆
樣信號(hào)頻率；
根據(jù)所計(jì)算的實(shí)際交流釆樣信號(hào)頻率，固定釆樣頻率及固定釆樣頻率對(duì)應(yīng)
的采樣點(diǎn)數(shù)推算出每周波實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)；
在每周波的實(shí)際釆樣點(diǎn)數(shù)能夠滿足計(jì)算有效值精度要求時(shí)，按照每周波的 實(shí)際釆樣點(diǎn)數(shù)調(diào)整傅氏算法的數(shù)據(jù)窗，提高傅氏算法計(jì)算有效值精度。
具體步驟如下
釆用基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法的頻率測(cè)量方法，計(jì)算兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)窗間的
相角差A(yù)(J)，當(dāng)頻率變化時(shí)，可根據(jù)相角求出頻率的變化Af。設(shè)系統(tǒng)信號(hào)輸入 額定基波頻率為f。(額定釆樣周期為T。)，合并單元輸入的釆樣頻率為N。f。， Af 與相角差A(yù)4)變化關(guān)系用離散差分方程表示為Act)=27TAfT。，則系統(tǒng)實(shí)際頻 率可表示為f: fV厶f- f。 +厶4)/(2ttT。)。 二、推算每周波實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)
根據(jù)當(dāng)前實(shí)際測(cè)量的頻率f計(jì)算出實(shí)際的每周波釆樣點(diǎn)數(shù)N,每周波實(shí)際釆 樣點(diǎn)數(shù)N-N。f。/f，當(dāng)|卜"|<允許誤差*50%時(shí),可認(rèn)為頻率不變即N=N。。三、計(jì)算有效值
以采樣點(diǎn)數(shù)N為數(shù)據(jù)窗口，通過對(duì)N點(diǎn)數(shù)據(jù)窗口的釆樣值進(jìn)行傅氏算法， 求得信號(hào)的實(shí)部、虛部，然后計(jì)算出有效值。
本發(fā)明有益效果本發(fā)明針對(duì)數(shù)字化變電站測(cè)控裝置提出一種新的釆樣處 理方法，不需要對(duì)采樣值進(jìn)行線性Lagrange插值，直接利用現(xiàn)有釆用值進(jìn)行計(jì)
算處理，經(jīng)過兩次利用成熟的傅立葉變換算法，分別計(jì)算出頻率及有效值，滿 足測(cè)控精度要求，降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。


圖i數(shù)字化變電站測(cè)控裝置采集過程原理圖； 圖2釆樣處理過程簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為數(shù)字化變電站測(cè)控裝置釆集過程的原理示意圖，圖中EVTa的SC是a 相電子式電壓互感器的二次變換器，ECTa的SC是a相電子式電流互感器的二次 變換器。合并單元(MU)將多達(dá)7個(gè)電流互感器和5個(gè)電壓互感器集中組合在一 起，合并單元為二次測(cè)控裝置提供了一組時(shí)間一致的電流和電壓數(shù)據(jù)，最后通 過專用光纖通道與測(cè)控裝置連接傳送數(shù)字采樣信號(hào)。
圖2為測(cè)控裝置的交流釆樣數(shù)據(jù)處理過程示意圖。
一種適用于數(shù)字化變電站測(cè)控裝置交流釆樣的處理方法，該方法通過對(duì)輸 入數(shù)字化變電站測(cè)控裝置的交流信號(hào)釆樣值進(jìn)行固定窗傅氏算法計(jì)算出所述交 流信號(hào)頻率后，推算出該交流信號(hào)每周波實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)N，再將數(shù)據(jù)窗調(diào)整為N
通過傅氏算法計(jì)算所述交流信號(hào)的有效值。
輸入數(shù)字化變電站測(cè)控裝置的交流信號(hào)額定頻率f產(chǎn)50Hz，固定采樣點(diǎn)數(shù) N『192,釆樣頻率N。*f。=192*5—OHz，如果實(shí)際輸入數(shù)字化變電站測(cè)控裝置的的交 流信號(hào)(以下簡(jiǎn)稱實(shí)際輸入的交流信號(hào))頻率為f，實(shí)際輸入的交流信號(hào)輸入基 波分量模型表示為x(0 = JmSin(2;rft + &),Am為輸入信號(hào)最大幅值，其中，該交 流信號(hào)的頻率f與角度p關(guān)系模型表示為^W-2;rAft + A。其中Af表示實(shí)際信
5號(hào)頻率相對(duì)額定頻率的變化量。
圖2所示的釆樣值緩沖區(qū)設(shè)計(jì)為循環(huán)緩沖，輸入來(lái)源于圖1中所示的合并 單元數(shù)字量輸出，本實(shí)施方式給出的實(shí)例中合并單元數(shù)字量輸出實(shí)際輸出的采
樣頻率為N。*f。=192*50Hz，即額定50Hz時(shí)每周波為192點(diǎn)采樣，實(shí)際裝置運(yùn)算 時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)192點(diǎn)進(jìn)行可整除的等間隔抽點(diǎn)，如測(cè)控釆取了每2點(diǎn)抽 一點(diǎn)的方式參與實(shí)際計(jì)算處理運(yùn)算，實(shí)際運(yùn)算釆用了96點(diǎn)，也能滿足精度要求 及19次以下的諧波運(yùn)算要求。具體處理過程如下
首先，圖2中頻率測(cè)量處理部分通過從釆樣值緩沖區(qū)提取原始釆樣值數(shù)據(jù), 采用基于傅氏算法的頻率測(cè)量方法(頻率測(cè)量方法較多，還可釆用其他方法獲得 信號(hào)的實(shí)際頻率)。該方法計(jì)算兩個(gè)相鄰固定數(shù)據(jù)窗間的相角差dcl)及間隔時(shí)間 dt,數(shù)據(jù)窗中數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)為M，采樣間隔時(shí)間At,輸入信號(hào)的釆樣頻率為N。f。， 由離散差分方程d4)/dt = 2TiAf得出頻率變化量 △ f - d(J)/dt/2Tr= d(J)M N。f。 /2丌；
其中dt = M * At; At = 1 / N。f。 (N。為每周波額定釆樣點(diǎn)數(shù))； 實(shí)際頻率f = f。+ △。 (f。為輸入信號(hào)額定頻率)。
第二、推算每周波實(shí)際釆樣點(diǎn)數(shù)，根據(jù)當(dāng)前實(shí)際測(cè)量的頻率f計(jì)算出實(shí)際 的釆樣點(diǎn)數(shù)N，每周波實(shí)際釆樣點(diǎn)數(shù)N- N。f。/f，當(dāng)每周波實(shí)際釆樣點(diǎn)數(shù)N發(fā)生 變化時(shí)需要將第三步中求有效值的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)窗傅氏算法的數(shù)據(jù)窗大小修改為N， 同時(shí)為新的數(shù)據(jù)窗準(zhǔn)備相應(yīng)的傅氏算法變換系數(shù)。當(dāng)兩次穩(wěn)定測(cè)頻率鍵頻率差 △ f <允許誤差*50%時(shí)，認(rèn)為頻率穩(wěn)定，則不需要重新調(diào)整數(shù)據(jù)窗大小，允許誤 差在測(cè)控應(yīng)用中精度要求一般取0. OlHz。
第三、計(jì)算有效值，根據(jù)上一步確定的數(shù)據(jù)窗大小N,直接獲取N點(diǎn)釆樣值 數(shù)據(jù)，做數(shù)據(jù)窗為N點(diǎn)的傅氏算法，求得信號(hào)的實(shí)部、虛部，然后計(jì)算出有效 值。
上述實(shí)施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡釆取等同替換或等效變換的方式所 獲得的技術(shù)設(shè)計(jì)方法，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于數(shù)字化變電站測(cè)控裝置交流采樣的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于數(shù)字化變電站中的合并單元通過固定采樣頻率采集變電站各電子式互感器輸出交流采樣信號(hào)并輸入至數(shù)字化變電站測(cè)控裝置；所述數(shù)字化變電站測(cè)控裝置基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法計(jì)算實(shí)際輸入交流采樣信號(hào)頻率；根據(jù)所計(jì)算的實(shí)際交流采樣信號(hào)頻率，固定采樣頻率及固定采樣頻率對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)推算出每周波實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)；在每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)能夠滿足計(jì)算有效值精度要求時(shí)，按照每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)調(diào)整傅氏算法的數(shù)據(jù)窗，提高傅氏算法計(jì)算有效值精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的交流采樣的數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于 采用基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法的頻率測(cè)量方法，計(jì)算實(shí)際輸入的交流采樣在兩個(gè)相鄰數(shù)據(jù)窗間的相角差A(yù)(J)，當(dāng)頻率變化時(shí)，根據(jù)相角求出頻率的變化 Af，設(shè)信號(hào)輸入額定基波頻率為f。,則對(duì)應(yīng)額定釆樣周期為T。，所述合并單元 輸入的釆樣頻率為N。f。，厶f與Acl)變化關(guān)系用離散差分方程表示為A巾-2xr △ fT。，則系統(tǒng)實(shí)際頻率可表示為f= f。+Af= f。 + A4)/(2ttT。)；根據(jù)當(dāng)前實(shí)際測(cè)量的頻率f計(jì)算出實(shí)際的每周波釆樣點(diǎn)數(shù)N，每周波實(shí)際采 樣點(diǎn)數(shù)N-N。f。/f，當(dāng)lf-"|<允許誤差*50%時(shí)，可認(rèn)為所述交流信號(hào)的頻率不變 即N-N。;以釆樣點(diǎn)數(shù)N為數(shù)據(jù)窗口，通過對(duì)N點(diǎn)數(shù)據(jù)窗口的采樣值進(jìn)行傅氏算法， 求得實(shí)際輸入的交流釆樣信號(hào)的實(shí)部、虛部，然后計(jì)算出有效值。
全文摘要
一種適用于數(shù)字化變電站測(cè)控裝置交流采樣的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)窗傅氏算法，是針對(duì)數(shù)字化變電站測(cè)控裝置提出一種新交流采樣處理方法，不需要對(duì)采樣值進(jìn)行插值，直接利用現(xiàn)有采用值進(jìn)行計(jì)算處理，滿足測(cè)控精度要求，降低實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。通過固定采樣頻率輸入的采樣值基于固定數(shù)據(jù)窗傅氏算法計(jì)算信號(hào)頻率，然后根據(jù)信號(hào)頻率，固定采樣頻率及固定采樣頻率對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)推算出每周波實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)，在每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)能夠滿足計(jì)算有效值精度要求時(shí)，按照每周波的實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)調(diào)整傅氏算法的數(shù)據(jù)窗，從而盡可能的減少頻率的泄露，提高傅氏算法計(jì)算有效值精度。
文檔編號(hào)G01R19/25GK101655519SQ20091003502
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2009年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者劉朝輝, 斌 唐, 凱 李, 龔世敏 申請(qǐng)人:國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司