CN113466552B - 一种定间隔采样下频率跟踪方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种定间隔采样下频率跟踪方法，包括如下步骤：(1)装置AD过采样；(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数；(3)提取最新两周波数据，并将提取数据前后对倒；(4)将步骤(3)中的数据，基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据，推导数据用T表示；(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒；(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到***的测量量。本发明基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法，根据***频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期，解决***频率偏差时傅里叶计算准确性问题，对于多设备采样同步或者无法进行硬件频率跟踪的场景，具有良好的表现。

Description

一种定间隔采样下频率跟踪方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其是一种定间隔采样下频率跟踪方法。
背景技术
电力***中，继电保护装置通过AD芯片将***中电压电流量转换成离散的数字信号采集到CPU中，数字量经过快速傅里叶(FFT)处理得到***电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量，其测量精度的是衡量继电保护装置性能的重要指标。当电力***频率偏离50Hz时，在固定采样间隔条件下，对被测信号采样量很难做到整周期截断，FFT算法的泄漏现象和栅栏效应将会导致测量量出现较大的测量误差。例如固定32点采样，由于***频率偏差，采样到的32点数据多于或者少于一个周波，导致傅里叶计算出现较大误差。为解决此问题，现有设备中通常会应用一种频率跟踪技术，根据检测到的电网频率实时调整AD采样间隔，保证每周波AD采样点数相同，以应对***频率飘动时傅里叶计算准确性问题。但是对于多设备(设备大于等于2)采样同步的场景中实时调整AD采样间隔将会降低装置间同步准确性或提高设备同步性能要求，同时有些设备无法实时调整AD采样间隔，例如多间隔DTU、不同间隔信号用同一AD芯片采集时。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种定间隔采样下频率跟踪方法，基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法，根据***频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期，解决***频率偏差时傅里叶计算准确性问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种，包括如下步骤：
(1)装置AD过采样；
(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数；
(3)提取最新两周波数据，并将提取数据前后对倒；
(4)将步骤(3)中的数据，基于拉格朗日插值函数推导推导FFT计算数据，推导数据用T表示；
(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒；
(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到***电压电流的基波幅值、相位、谐波含量的测量量。
优选的，步骤(1)中，装置AD过采样具体为：FFT采用32点计算时，AD采样速率采用其整数倍，倍数用M表示，选用32、64、96、128点等采样速率。理论上AD采样速率倍数越高，准确度越高。
优选的，步骤(2)中，根据装置采样频率、电网实时频率计算调整系数K具体为：
FCaiYang为装置采样频率，FXiTong为电网实时频率，通过装置频率采集回路计算得到。
优选的，步骤(3)中，提取最新2周波数据，并将提取数据前后对倒具体为：采样频率50HZ下固定128点采样，计采样间隔时间τ，提取256点数据，数据计为x1、x2、x3...x256，即计为(0，x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256)，256τ等于1/FCaiYang；
将前后对倒，即x1、x256对倒，x2、x255对倒，依次类推，计为(0，x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1)。
优选的，步骤(4)中，将步骤(3)中的数据，基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据，推导数据用T表示具体为：32点傅里叶计算，即计算推导出T1、T2、T3...T32；推导点依次为(0，T1)(Mτ，T2)(2Mτ，T3)(3Mτ，T4)...(31Mτ，T32)，31Mτ等于256τ；
推导数据第一点为提取数据第一点T1＝x1，即(0，T1)＝(0,x1)；
对于第2到32点数据通过如下公式推导，n为对应的2到32点点号：
index_f＝K*n*M，K为步骤(2)计算出调整系数，M为步骤(1)中倍数，若M等于4；
index_n＝[index_f]，对index_f取整；
将(index_n-1，x[index_n])、(index_n，x[index_n+1])、
(index_n+1，x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数，即可计算出Tn：
Tn＝x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2。
优选的，步骤(5)中，将步骤(4)中推导出的数据对倒具体为：T1与T32对倒，T2与T31对倒，以此类推，即可完成整数据窗数据推导截取即频率跟踪处理，即(0，T32)(Mτ，T31)(2Mτ，T30)...(31Mτ，T1)。
本发明的有益效果为：本发明基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法，根据***频率将采样到的数据通过拉格朗日插值算法调整到整周期，解决***频率偏差时傅里叶计算准确性问题，对于多设备采样同步、或者无法进行硬件频率跟踪的场景，具有良好的表现。
具体实施方式
本发明以***频率50Hz，装置固定每周期采样128点，间隔4点提取32点数据，经过快速傅里叶(FFT)处理得到***电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量为例，具体实施如下：
步骤1：装置AD过采样，即FFT采用32点计算，AD采样速率是其4倍128点采样；
步骤2：根据装置采样频率、电网实时频率计算系数K：
FCaiYang为装置采样频率，采样频率50HZ；
FXiTong为电网实时频率，通过装置频率采集回路计算得到。
步骤3：提取最新2周波数据，并将提取数据前后对倒。采样间隔时间τ，提取256点数据，数据计为x1、x2、x3...x256，即计为(0，x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256)，256τ等于1/50ms。
将前后数据对倒，即x1、x256对倒，x2、x255对倒，依次类推，计为(0，x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1)；
步骤4：将步骤3中数据应用本步骤中方法推导出FFT计算数据，推导数据用T表示，本发明以32点傅里叶计算为例，即计算推导出T1、T2、T3...T32；推导点依次为(0，T1)(Mτ，T2)(2Mτ，T3)(3Mτ，T4)...(31Mτ，T32)，31Mτ等于256τ。
推导数据第一点为提取数据第一点T1＝x1，即(0，T1)＝(0,x1)；
对于第2到32点数据通过如下公式推导，n为对应的2到32点数据：
index_f＝K*n*M，K为步骤2计算系数，M等于4；
index_n＝[index_f]，对index_f取整；
将(index_n-1，x[index_n])、(index_n，x[index_n+1])、
(index_n+1，x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数，求出截取点Tn：
Tn＝x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2；
步骤5：将步骤4推导出数据对倒，即T1与T32对倒，T2与T31对倒，以此类推，即可完成本发明专利整数据窗数据推导即频率跟踪处理，即(0，T32)(Mτ，T31)(2Mτ，T30)...(31Mτ，T1)；
步骤6：将步骤5提取数据进行傅里叶(FFT)处理即可得到***电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量。

Claims (2)

1.一种定间隔采样下频率跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)装置AD过采样；
(2)根据装置AD采样频率、电网实时频率计算调整系数；根据装置采样频率、电网实时频率计算调整系数K具体为：
FCaiYang为装置AD采样频率，FXiTong为电网实时频率，通过装置频率采集回路计算得到；
(3)提取最新两周波数据，并将提取数据前后对倒；具体为：采样频率50HZ下固定128点采样，计采样间隔时间τ，提取256点数据，数据计为x1、x2、x3...x256，即计为(0，x1)(τ,x2)(2τ,x3)...(255τ,x256)，256τ等于1/FCaiYang；
将前后对倒，即x1、x256对倒，x2、x255对倒，依次类推，计为(0，x256)(τ,x255)(2τ,x254)...(255τ,x1)；
(4)将步骤(3)中的数据，基于拉格朗日插值函数推导FFT计算数据，推导数据用T表示；具体为：32点傅里叶计算，即计算推导出T1、T2、T3...T32；推导点依次为(0，T1)(Mτ，T2)(2Mτ，T3)(3Mτ，T4)...(31Mτ，T32)，31Mτ等于256τ；
推导数据第一点为提取数据第一点T1＝x1，即(0，T1)＝(0,x1)；
对于第2到32点数据通过如下公式推导，n为对应的2到32点点号：
index_f＝K*n*M，K为步骤(2)计算出调整系数，M为步骤(1)中倍数，
若M等于4；
index_n＝[index_f]，对index_f取整；
将(index_n-1，x[index_n])、(index_n，x[index_n+1])、
(index_n+1，x[index_n+2])三点建立拉格朗日插值函数，即可计算出Tn：
Tn＝x[index_n]*(index_n+1-index_f)*(index_n+2-index_f)/2
+x[index_n+1]*(index_n-index_f)*(index_n+2-index_f)
-x[index_n+2]*(index_n-index_f)*(index_n+1-index_f)/2；
(5)将步骤(4)中推导出的数据对倒；具体为：T1与T32对倒，T2与T31对倒，以此类推，即可完成整数据窗数据推截取即频率跟踪处理，即(0，T32)(Mτ，T31)(2Mτ，T30)...(31Mτ，T1)；
(6)将步骤(5)中提取的数据进行傅里叶FFT处理即可得到***电压电流的基波幅值、相位、谐波含量的测量量。
2.如权利要求1所述的定间隔采样下频率跟踪方法，其特征在于，步骤(1)中，装置AD过采样具体为：FFT采用32点计算时，AD采样速率采用其整数倍，倍数用M表示，选用32、64、96、128点采样速率。
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