一種基于fpga+dsp的apf控制器的采樣數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】一種基于FPGA+DSP的APF控制器及采樣數(shù)據(jù)處理方法，該方法利用一個(gè)輸入序列計(jì)數(shù)器和一個(gè)或多個(gè)輸出序列計(jì)數(shù)器遞增，判斷計(jì)數(shù)器在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，通過就近采樣數(shù)據(jù)前向插值算法獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算簡(jiǎn)便，無需大量存儲(chǔ)單元，可輸出多種不同采樣率的數(shù)據(jù)序列，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)和算法。本發(fā)明適用于APF等電力系統(tǒng)中的諧波檢測(cè)和電能質(zhì)量管理。
【專利說明】—種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數(shù)據(jù)處理方法
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數(shù)據(jù)處理方法，屬于數(shù)據(jù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]【背景技術(shù)】
在有源電力濾波器(APF)等電力系統(tǒng)中的諧波檢測(cè)及電能質(zhì)量治理領(lǐng)域，對(duì)各次諧波進(jìn)行精確快速的檢測(cè)至關(guān)重要，該數(shù)據(jù)包含各信號(hào)的瞬時(shí)值，特別是需要提取負(fù)載中各次諧波的瞬時(shí)值，用于對(duì)APF的控制；同時(shí)在裝置上的人機(jī)交互界面需要實(shí)時(shí)顯示負(fù)載中及APF輸出的各次諧波的有效值，方便操作人員了解裝置運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行干預(yù)。但無論是提取負(fù)載諧波瞬時(shí)值及其他信號(hào)的有效值都需要大量的計(jì)算和處理，因此一種針對(duì)APF的方便有效的數(shù)據(jù)處理方法對(duì)其穩(wěn)定高效運(yùn)行尤為重要。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是，公開一種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數(shù)據(jù)處理方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明針對(duì)APF控制器提出一種利用前向插值算法實(shí)時(shí)模擬獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法，該方法利用一個(gè)輸入序列計(jì)數(shù)器和一個(gè)或多個(gè)輸出序列計(jì)數(shù)器遞增，判斷計(jì)數(shù)器在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，通過就近采樣數(shù)據(jù)前向插值算法獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算簡(jiǎn)便，無需大量存儲(chǔ)單元，可輸出多種不同采樣率的數(shù)據(jù)序列，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)和算法。根據(jù)所需數(shù)據(jù)的精度，前向插值算法可采用線性插值、二次插值等多種算法。
[0005]由于電力濾波器(APF)控制器的數(shù)據(jù)處理量較大，包含提取負(fù)載諧波的瞬時(shí)無功功率算法及計(jì)算信號(hào)有效值的傅立葉算法，因此本方法所針對(duì)的APF采用的是FPGA+DSP的控制器硬件結(jié)構(gòu)，充分結(jié)合FPGA運(yùn)算速度快和DSP控制能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
[0006]APF控制器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括模擬信號(hào)調(diào)理電路、AD芯片、FPGA數(shù)據(jù)處理器及DSP控制器，其中模擬信號(hào)調(diào)理電路主要對(duì)主電路強(qiáng)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，使其能夠適合于AD芯片的量程，AD芯片將模擬信號(hào)以某一固定的采樣量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量；FPGA對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，并將這些數(shù)據(jù)通過瞬時(shí)無功功率理論ipiq算法實(shí)時(shí)計(jì)算出各次諧波瞬時(shí)值，同時(shí)通過FFT算法計(jì)算有效值。DSP讀取這些數(shù)據(jù)，對(duì)三相逆變橋和液晶面板進(jìn)行控制。
[0007]APF采樣、數(shù)據(jù)處理及控制過程如圖2所示。在以上APF的控制器中，采用FPGA進(jìn)行了數(shù)據(jù)的采樣和處理，DSP作為核心控制器進(jìn)行直流側(cè)的穩(wěn)壓控制和有源濾波器輸出電流的跟蹤控制，同時(shí)還要進(jìn)行各次諧波數(shù)據(jù)的顯示，提供裝置與用戶的交互平臺(tái)。這里需要用到同一信號(hào)(如負(fù)載電流)不同格式的兩方面數(shù)據(jù)，一種是對(duì)有源濾波器進(jìn)行控制的各次諧波瞬時(shí)數(shù)據(jù)，一種是對(duì)各次諧波進(jìn)行顯示的有效值數(shù)據(jù)。各次諧波瞬時(shí)數(shù)據(jù)要根據(jù)控制的效果確定最優(yōu)的采樣率，而有效值數(shù)據(jù)一般需要對(duì)每個(gè)電網(wǎng)周期信號(hào)分割為2N個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)來進(jìn)行FFT計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用中，控制采樣率很有可能并不等于2N。如果采用兩套采樣裝置對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行采樣，不僅提高了成本，而且可能因?yàn)樵骷?shù)的不一致性造成數(shù)據(jù)失真.因此最簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)的方式就是通過某種數(shù)據(jù)處理手段將任意一種采樣率的數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成其他采樣率的數(shù)據(jù)流以滿足同一系統(tǒng)或具有數(shù)據(jù)交換的不同系統(tǒng)對(duì)同一信號(hào)數(shù)據(jù)的需求。
[0008]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明針對(duì)該APF控制器提出一種利用前向插值算法實(shí)時(shí)模擬獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的方法，該方法利用一個(gè)輸入序列計(jì)數(shù)器和一個(gè)或多個(gè)輸出序列計(jì)數(shù)器遞增，判斷計(jì)數(shù)器在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，通過就近采樣數(shù)據(jù)前向插值獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算簡(jiǎn)便，無需大量存儲(chǔ)單元，可輸出多種不同采樣率的數(shù)據(jù)序列，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)和算法。根據(jù)所需數(shù)據(jù)的精度，前向插值算法可采用線性插值、二次插值等多種算法。
[0009]本發(fā)明適用于APF等電力系統(tǒng)中的諧波檢測(cè)和電能質(zhì)量管理。
[0010]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1為APF控制器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為APF采樣、數(shù)據(jù)處理及控制過程示意圖；
圖3為兩種不同采樣率的數(shù)據(jù)流插值點(diǎn)示意圖；
圖4為實(shí)施例插值計(jì)算實(shí)現(xiàn)步驟框圖；
圖5為前向線性插值算法；
圖6為前向二次插值算法。
【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明具體實(shí)旋方式如下: 對(duì)于兩種不同采樣率的數(shù)據(jù)流具有不同的間隔，在已知數(shù)據(jù)流的基礎(chǔ)上插值獲得另一數(shù)據(jù)流首先要確定插值點(diǎn)。
[0012]如圖3所示，Nx (0<=Nx<S0)為實(shí)際采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)器，Ny (0<=Ny<Sl)為采樣插值點(diǎn)計(jì)數(shù)器，兩種數(shù)據(jù)流的間隔分別為l/so和1/S1，每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在時(shí)間軸上的位置分別為Nx/SO和Ny/Sl。通過判斷兩個(gè)計(jì)數(shù)器在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，即可得到最靠近插值點(diǎn)的實(shí)際采樣點(diǎn)，以獲得最優(yōu)的數(shù)據(jù)進(jìn)行插值算法。例如，要獲得最接近Ny=5時(shí)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，可通過判斷Nx_l/S0〈=Ny/Sl〈=Nx/S0得知最靠近的采樣點(diǎn)為Nx=6。根據(jù)圖4所示步驟及圖5所示的兩種算法，可以根據(jù)Nx=6、Nx=5及Nx=4三個(gè)實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)方便得到Ny=5時(shí)的值。
[0013]圖4為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)步驟。
[0014]圖4中，SO為實(shí)際采樣率，SI為需要輸出的采樣率，X為實(shí)際采樣計(jì)數(shù)器，y為需要輸出的采樣計(jì)數(shù)器。上面虛線方框內(nèi)為數(shù)據(jù)點(diǎn)的初始化，這里考慮了 SDSO的情況，即插值數(shù)據(jù)點(diǎn)要多于采樣點(diǎn)。在這種情況下，第二個(gè)插值點(diǎn)(即y=l)要等到至少有兩個(gè)實(shí)際采樣點(diǎn)后(即x>=l)才可以進(jìn)行計(jì)算。而在S1〈S0的情況下，第二個(gè)插值點(diǎn)必然會(huì)在得到兩個(gè)采樣點(diǎn)之后。下面虛線方框內(nèi)為后續(xù)插值點(diǎn)的計(jì)算步驟，計(jì)算Y(y)可采用不同的插值算法獲得，且可根據(jù)需要設(shè)置多路輸出。
[0015]圖5為線性插值算法示意圖，其中，T(X-1) ,T(x)為第x-1和第X個(gè)采樣點(diǎn)所處時(shí)亥lJ，T(y)為第y個(gè)插值點(diǎn)所在時(shí)刻，Y(x-l)及Y(X)為第x_l和第x個(gè)實(shí)際采樣點(diǎn)的采樣值，Y(y)為第y個(gè)插值點(diǎn)需要輸出采樣插值，
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA+DSP的APF控制器采樣數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述方法利用一個(gè)輸入序列計(jì)數(shù)器和一個(gè)或多個(gè)輸出序列計(jì)數(shù)器遞增，判斷計(jì)數(shù)器在時(shí)間軸上的相對(duì)位置，通過就近采樣數(shù)據(jù)前向插值算法獲得非采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，計(jì)算簡(jiǎn)便，無需大量存儲(chǔ)單元，可輸出多種不同采樣率的數(shù)據(jù)序列，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的控制系統(tǒng)和算法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于FPGA+DSP的APF控制器采樣數(shù)據(jù)處理方法，其特征在于，所述前向插值算法可采用線性插值、二次插值算法。
【文檔編號(hào)】G01R23/16GK103487651SQ201310436225
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】鄧才波, 范瑞祥, 潘本仁, 徐在德, 程飛 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 江西省電力科學(xué)研究院, 江西錢江電氣有限責(zé)任公司