專利名稱：電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力自動(dòng)化測控技術(shù)類，具體是一種電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集是獲取信息的重要手段，在已有應(yīng)用系統(tǒng)中，往往借助各類傳感 器，在控制器或處理器的協(xié)調(diào)下完成采樣。由于采集部件和處理部件緊密耦合， 已有系統(tǒng)的靈活性、通用性較差，不便于系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展；而基于通用數(shù) 據(jù)采集卡完成采樣與處理，雖然解決了復(fù)雜計(jì)算和系統(tǒng)升級問題，但存在以下 不足①難以滿足電力系統(tǒng)對實(shí)時(shí)性、高精度、多變的采樣頻率和采樣時(shí)間的 要求；②通用數(shù)據(jù)采集卡只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，不具備信號處理能力，或是具有一 定的信號處理能力，但控制處理算法不可配置，二次開發(fā)成本高；③軟硬件固 化設(shè)計(jì)導(dǎo)致系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展的成本直線上升；④數(shù)據(jù)分析依賴計(jì)算機(jī)，工 作環(huán)境受到限制。電力系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化的進(jìn)一步發(fā)展，要求相關(guān)監(jiān)測監(jiān)控 設(shè)備滿足測量精度、工作環(huán)境不受限制的同時(shí)，還要求在系統(tǒng)升級和功能擴(kuò)展 方面提供支持。己有的電力數(shù)據(jù)采集及處理方法，難以滿足以上要求。隨著嵌 入式技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字信號處理技術(shù)的成熟，基于高性能嵌入式處理器和實(shí)時(shí) 嵌入式操作系統(tǒng)，定制專用的同步采樣方法，配備算法調(diào)配模塊來實(shí)現(xiàn)電力數(shù) 據(jù)采集與處理的這一方法，將解決現(xiàn)有方法的諸多不足，提供系統(tǒng)升級和功能 擴(kuò)展的可靠平臺(tái)，提升電力監(jiān)測和監(jiān)控自動(dòng)化、信息化水平，并為相關(guān)新設(shè)備 的設(shè)計(jì)開發(fā)提供新的思路和解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)和方法的不足，公開一種專為電力監(jiān)測監(jiān)控儀器儀表設(shè)計(jì)、能實(shí)時(shí)采樣、快速處理的集數(shù)據(jù)采集與信號處理于一體的電力 數(shù)據(jù)的采集及處理方法。
本發(fā)明包括硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)、自適應(yīng)周期變化的同步采樣方法研制以及高可 配置軟件算法實(shí)現(xiàn)三大部分。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
本發(fā)明為電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法，其特征在于采用高性能嵌入式處
理器DSP+ARM架構(gòu)，在采集處理端和控制端分別基于DSP/BIOS和嵌入式 Linux部署軟件設(shè)施，同時(shí)采用同步采樣方法，配置算法調(diào)配模塊實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù) 的采集與處理。
本發(fā)明采用先進(jìn)的嵌入式系統(tǒng)技術(shù)，構(gòu)建基于DSP和ARM的電力數(shù)據(jù)采 集與處理的硬件平臺(tái)，其中DSP處理計(jì)算密集型任務(wù)，完成數(shù)據(jù)采集和信號處 理；而以ARM為核心的控制模塊完成實(shí)時(shí)性要求不高的系統(tǒng)任務(wù)，如系統(tǒng)配置 管理、人機(jī)交互、通信等。
本發(fā)明在高性能硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，采集處理端和控制端分別基于DSP/BIOS 和嵌入式Linux部署軟件設(shè)施，增強(qiáng)實(shí)時(shí)性，實(shí)現(xiàn)高效靈活控制。在采樣控制程 序中，采用定制自適應(yīng)周期變化的同步采樣方法，確保原始數(shù)據(jù)的采樣精度， 減少信號處理時(shí)的頻譜泄露，提高信號分析精度；設(shè)置算法調(diào)配模塊，獲得軟 件高度可配置；預(yù)留信號處理算法接口，便于算法擴(kuò)展，增強(qiáng)系統(tǒng)通用性。
本發(fā)明針對電力監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的儀器儀表專門設(shè)計(jì)，能完成多通道高精度 同步采樣，集數(shù)據(jù)釆集與信號處理于一體，控制處理算法高度可配置，適用于 以電壓電流值為原始數(shù)據(jù)的電力自動(dòng)化測控領(lǐng)域。本發(fā)明科學(xué)合理，在滿足高 精度的前提下，具有通用性，并為新型監(jiān)測監(jiān)控裝置的設(shè)計(jì)與開發(fā)提供可靠的解決方案，適應(yīng)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、信息化的發(fā)展要求。


圖l是本發(fā)明原理框圖。
圖2是數(shù)據(jù)采集模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是最佳采樣時(shí)刻計(jì)算示意圖。
圖4是同步采樣流程圖。
圖5是數(shù)據(jù)采集與處理的軟件模塊圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體方法作一詳細(xì)描述。
通用的電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法，包括信號變送、數(shù)據(jù)采集與處理、信號 分析與診斷三個(gè)部分，其中數(shù)據(jù)采集與處理是核心。如圖1所示，本發(fā)明電壓 電流信號在同步算法的控制下，經(jīng)過高精靈敏傳感器1 (包括電流傳感器、電壓 傳感器)、調(diào)理電路2將信號變送到基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理模塊3，調(diào)用FFT、 小波變換等算法模塊4、數(shù)字濾波、誤差修補(bǔ)和標(biāo)度變換模塊5中合適的算法分 析計(jì)算并存儲(chǔ)相關(guān)結(jié)果，等待基于ARM和嵌入式操作系統(tǒng)的控制模塊6調(diào)用。 該控制模塊選用ARM9為處理器， 一方面提供足夠的計(jì)算能力，完成數(shù)據(jù)分析 處理模塊9;另一方面利用其豐富的外圍接口，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)顯示 模塊7、鍵盤輸入模塊8、遠(yuǎn)程通訊模塊10、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊11、聲光報(bào)警模塊 12等功能。
本發(fā)明對電力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測監(jiān)控時(shí)，往往需要采集多路信號，如圖2所示， 電壓電流模擬信號經(jīng)過隔離變換13、通道選擇14、限幅電路15，接入模數(shù)轉(zhuǎn)換 器16，實(shí)現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，最后將得到的數(shù)字信號交給DSP處理模塊17。同時(shí)經(jīng)過同步方波變換電路18和DSP處理模塊17內(nèi)置的捕獲功能， 實(shí)現(xiàn)頻率測量。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器16選用兩片高速高精模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7656， 實(shí)現(xiàn)多達(dá)十二路信號同時(shí)采樣，DSP處理模塊17選用TMS320F2812，滿足信號處理要求。如圖3所示過程為信號頻率的實(shí)時(shí)測量，首先由測頻電路測得一路信號周 期19，根據(jù)經(jīng)過修正的實(shí)測周期20加權(quán)計(jì)算得到待測周期21， 一路信號周期 19、待測周期21繼續(xù)加權(quán)計(jì)算得到實(shí)際指導(dǎo)采樣的周期22，對采樣數(shù)據(jù)處理計(jì) 算得到的周期23并用于修正待測周期21，重復(fù)這一過程，直到采樣結(jié)束。圖4為同步采樣的流程圖。采樣過程中增加累加器SUM，設(shè)初值為0，每采 樣一次執(zhí)行SUM=SUM+ S ( S為由于定時(shí)器分辨率不可能無限小而產(chǎn)生的尾數(shù))， 比較SUM與定時(shí)器最小分辨率Td的大小。若SUM小于Td，采樣間隔保持不變； 否則本次和下次采樣間隔增加一個(gè)Td并執(zhí)行SUM-Td,重復(fù)這一過程直到采樣 結(jié)束。該同步采樣方法累積偏差控制在一個(gè)Td (定時(shí)器最小計(jì)時(shí)單位)內(nèi)，隨 著定時(shí)器分辨率的進(jìn)一步提高，Td能足夠小，因而由它產(chǎn)生的誤差很小，再結(jié) 合實(shí)時(shí)測量的信號周期，最終確保同步采樣順利進(jìn)行。圖5為數(shù)據(jù)采集與處理的軟件模塊圖，本部分實(shí)現(xiàn)軟件算法高可配置性。 在同步采樣模塊24的控制下，采用乒乓緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)25并進(jìn)行信號 處理26，算法調(diào)配模塊27依據(jù)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置28，調(diào)用算法庫29中合適的算法 進(jìn)行信號處理，得到處理結(jié)果并存儲(chǔ)。算法調(diào)配模塊27預(yù)留算法擴(kuò)展接口，實(shí) 現(xiàn)算法更新以提高通用性和靈活性，整個(gè)軟件基于DSP/BI0S設(shè)計(jì)。本發(fā)明首先構(gòu)建了以DSP和ARM為核心的硬件平臺(tái)，DSP完成密集計(jì)算， ARM實(shí)現(xiàn)控制與交互，兩則相得益彰。其次定制了自適應(yīng)周期變化的軟件同步 采樣方法，設(shè)計(jì)了算法模塊，提高了精度、增強(qiáng)了通用性。
權(quán)利要求
1、一種電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法，其特征在于采用高性能嵌入式處理器DSP+ARM架構(gòu)，在采集處理端和控制端分別基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署軟件設(shè)施，同時(shí)采用同步采樣方法，配置算法調(diào)配模塊實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的采集與處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1中所述電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法，其特征在于所述 的同步采樣方法采用自適應(yīng)周期變化的軟件，信號周期實(shí)時(shí)測量，累計(jì)偏差控 制在一個(gè)定時(shí)器最小計(jì)時(shí)單位之內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力自動(dòng)化測控技術(shù)類，具體是一種電力數(shù)據(jù)的采集及處理方法，其特征在于采用高性能嵌入式處理器DSP+ARM架構(gòu)，在采集處理端和控制端分別基于DSP/BIOS和嵌入式Linux部署軟件設(shè)施，同時(shí)采用同步采樣方法，配置算法調(diào)配模塊實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的采集與處理，其中同步采樣方法采用自適應(yīng)周期變化的軟件，信號周期實(shí)時(shí)測量，累計(jì)偏差控制在一個(gè)定時(shí)器最小計(jì)時(shí)單位之內(nèi)。本發(fā)明針對電力系統(tǒng)檢測監(jiān)控儀器儀表專門設(shè)計(jì)，能完成多通道同步采樣，并集采集與采樣于一體，科學(xué)合理，能實(shí)現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的同步采樣，從而滿足電力數(shù)據(jù)多通道、高精度、強(qiáng)實(shí)時(shí)、自動(dòng)化的要求。
文檔編號G06F17/40GK101295324SQ20081006198
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月3日
發(fā)明者潘竹生, 鐘發(fā)榮 申請人:浙江師范大學(xué)