一種基于三點異步采樣的實時波形重構方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)信號處理領域，具體涉及一種基于三點異步采樣的實時波形 重構方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力電子技術的發(fā)展，大量非線性設備在電力系統(tǒng)中投入使用，導致電能質 量下降。實時波形數(shù)據(jù)的獲取，對了解電力系統(tǒng)的實際情況從而提高電能質量具有十分重 要的意義。
[0003] 獲取實時波形數(shù)據(jù)通常需要對連續(xù)波形進行采樣，將模擬信號轉換成離散的數(shù)字 序列，才能通過數(shù)字信號處理獲得相關信息。為了維持采樣的同步，現(xiàn)有技術通常根據(jù)信號 頻率的變化實時調整采樣周期的長短，主要包括軟件同步和硬件同步兩種方式。
[0004] 由于電力系統(tǒng)的頻率是實時變化的，而采樣周期是根據(jù)之前的波形數(shù)據(jù)確定的， 存在一定的滯后性。同時通過定時器中斷的方式調整采樣周期時，由于受定時器最小分辨 率的限制，實際計算的定時值不一定是整數(shù)，采樣周期存在一定的量化誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種基于三點異步采樣的實時波形重構方法，通過該 方法能夠解決實時波形數(shù)據(jù)獲取的同步誤差問題。
[0006] 本發(fā)明的技術方案如下： 一種基于三點異步采樣的實時波形重構方法，包括以下步驟： (1)以一固定頻率對信號進行等間隔采樣，將采樣點另存為原始采樣樣本。
[0007] (2)將采樣信號通過數(shù)字濾波器濾除基波以外的分量。
[0008] (3)從濾波處理后的采樣信號中取三個采樣點計算波形重構參數(shù)Λ；:。
[0009] (4)根據(jù)參數(shù)對原始的非同采樣序列進行軟件重采樣，改變時域采樣位置，得 到一個同步采樣序列，重構信號的實時波形。
[0010] 所述的方法，步驟⑵中的數(shù)字濾波器為帶通FIR濾波器。
[0011] 所述的方法，步驟（3)中波形重構參數(shù)通為信號實際頻率/與參考頻率為的比 值。
[0012] 所述的方法，步驟（3)中計算波形重構參數(shù)包括：
選取三個間隔為f的采樣值:雀_: ，其中_為一個周期的采樣點 4 數(shù)，
確定波形重構參i
[0013] 所述的方法，步驟（4)中的軟件重采樣通過三個非同步采樣點 計算每個同步采樣數(shù)據(jù)雄：！)，實現(xiàn)實時波形重構，其中
為取整算子，具體包括： 兩個采樣序列取相同的起始點，重構波形的第_個數(shù)據(jù)點與對應的第/個非同 步采樣點之間的時間間隔為#其中_為固定的非同步采樣周期，_為根據(jù)信 號實際頻率得到的同步采樣周期，該時間間隔與固定的非同步采樣周期之間的比值
[0014] 通過拋物插值的方法確定三個非同步采樣點的加權系數(shù)：
[0015] 確定重構的同步采樣數(shù)據(jù)值4(?) = /^(力+1^{：/ +〗)+乓對J + 2)。
[0016] 本發(fā)明的有益效果：避免了采樣不完全同步造成的誤差，不需要改變采樣頻率，無 需較長的采樣序列，能夠快速準確地獲得實時的同步采樣數(shù)據(jù)，便于在頻率時刻變化的電 力系統(tǒng)中對電力信號進行實時分析，從而更加準確地了解電力系統(tǒng)的實際情況。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明中實現(xiàn)基于三點異步采樣的實時波形重構方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明所述的基于三點異步采樣的實時波形重構方法包括以下步 驟： ⑴以一固定頻率￡對信號進行等間隔采樣，獲得N+2個采樣點，同時將采樣點另存為 原始采樣樣本，N為一個周期的采樣點數(shù)，取為4的整數(shù)倍。
[0019] (2)將采樣信號通過帶通FIR濾波器進行濾波處理，提取基波信號。
[0020] (3)計算波形重構參數(shù)，具體步驟如下： 從經(jīng)過濾波處理的信號中選取三個間隔為的采樣值:滿丈、
其中
[0021] 確定波形重構參數(shù)
[0022] (4)提取原始采樣樣本，通過三個連續(xù)的非同步采樣點從、化+2) 計算每個同步采樣數(shù)據(jù)(滅9?." ·; _一1 )，完成實時數(shù)據(jù)波形的重構，其中
INT[]為取整算子，具體步驟如下： 兩個采樣序列取相同的起始點，計算重構波形的第_個數(shù)據(jù)點和對應的第力個非同步 采樣點之間的時間間隔與固定非同步采樣周期之間的比值：
，其中忑表示固定的非同步采樣周期，穴表示根據(jù)信號實際頻 率得到的同步采樣周期。
[0023] 通過拋物插值的方法，確定三個非同步采樣點對應的加權系數(shù)分別為：
[0024] 拋物插值公式為：
其中，1為重 構波形數(shù)據(jù)中第戈個點與非同步采樣序列中第個采樣點之間的時間間隔，即。
[0025] 計算每一個同步采樣數(shù)據(jù)a(M)=知?(/) + +1) + + 2)，實現(xiàn)實時波形的重 構。
[0026] 本發(fā)明實施例中，步驟（3)確定波形重構參數(shù)的方法原理具體如下。
[0027] 經(jīng)過濾波得到的基波信號可描述為，其中?為信號幅 值，_為信號頻率，說為信號的相位角。采用固定頻率對連續(xù)時間信號進行采樣，獲得離散 米樣序列：
其中0,1，…，y-1為一個周期的 采樣點數(shù)，·為信號實際頻率與參考頻率的比值I，選擇工頻作為參考頻率。 :為i
[0028] 所述步驟⑴中的固定采樣頻率感:=?丨 兩個間隔為·的采樣值之和可以表示為：
[0029] 根據(jù)兩角和、差的正余弦公式，可以得到：
[0031] 將正弦函數(shù)進行麥克勞林級數(shù)展開，可以得到：
[0032] 保留級數(shù)第一項得到近似值
[0033] 本發(fā)明保留前兩項，可以得到：
[0034] 因此波形重構參數(shù):：
【主權項】
1. 一種基于三點異步采樣的實時波形重構方法，其特征在于，該方法包含以下步驟： (1) 以一固定頻率j對信號進行等間隔采樣，將采樣點另存為原始采樣樣本； (2) 將采樣信號通過數(shù)字濾波器濾除基波以外的分量； (3) 從濾波處理后的采樣信號中取三個采樣點計算波形重構參數(shù)基知； (4) 根據(jù)參數(shù)Ifc對原始的非同采樣序列進行軟件重采樣，改變時域采樣位置，得到一 個同步采樣序列，重構信號的實時波形。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（2)中的數(shù)字濾波器為帶通FIR濾波 器。3. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3)中的波形重構參數(shù)Ar為信號實 際頻率東與參考頻率乂的比值。4. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（3)中所述計算波形重構參數(shù)包括： 選取三個間隔為：的采樣值.其中3/為一個周期的采樣點 數(shù)J = ο,ι.·?~ι ; 確定波形重構參數(shù)：5. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟（4)中的軟件重采樣通過三個非同步 采樣點:丨曜);、咬+ 1、::曜::每魯::計算每個同步采樣數(shù)據(jù)這_ 形重構，其中為取整算子，具體包括： 兩個采樣序列取相同的起始點，重構波形的第_個數(shù)據(jù)點與對應的第#個非同 步采樣點之間的時間間隔為其中:?為固定的非同步采樣周期，i為根據(jù)信 號實際頻率得到的同步采樣周期，該時間間隔與固定的非同步采樣周期之間的比值通過拋物插值的方法確定非同步采樣點的加權系數(shù)：確定重構的同步采樣數(shù)據(jù)值：
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種基于三點異步采樣的實時波形重構方法，包括以下步驟：以一固定的采樣頻率對信號進行等間隔采樣；通過數(shù)字濾波器濾除基波以外的頻率分量；選取濾波處理后的三個采樣點計算波形重構參數(shù)；利用該參數(shù)對原始采樣序列進行軟件重采樣，實時改變時域采樣位置，得到一個同步采樣序列，重構信號波形。本發(fā)明方法能夠避免采樣不完全同步造成的誤差，實時性高，計算方便，易于實現(xiàn)。
【IPC分類】G01R13/00
【公開號】CN105353187
【申請?zhí)枴緾N201510782283
【發(fā)明人】蔣艷, 錢晟
【申請人】杭州佳和電氣股份有限公司
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年11月16日