摘要:随着电力系统的飞速发展,数据采集是电网容量实现自动化的最关键环节。而交流采样在全国已经普遍使用,它时实性能好、电能的相位所产生的失真小、资金投入少、维护方便。通过交流采样方法采集数据,获得的电流、电压、功率、功率因数等电力参数更加稳定和准确。当今社会,计算机以及集成电路技术不断的发展,原有的交流进行采样的困难如计算方法的复杂、计算精度很难提高、要求对A/D的转换速度高等都一步一步的解决,所以交流采样逐渐的取代了原有的直流采样。因此,对交流采中常见的算法,分析它多具有的特点,以便对其正确使用。
关键词:电力 交流采样 方法
当今电力网的容量不断增高,结构形式也变得复杂,对电力系统进行监控、就凸现出调度职能的自动化就十分重要,并且对数据的采集是自动化实现的一个重要环节,尤其对数据的准确、迅速对系统中的模拟电量进行采集,到现在都是电力员工的工作重点。
1、交流采样法定义
放法是按着一般的规律对被测信号值采样,再通过对数值的算法进而求的得被测量,交流采样和直流采样的区别在于用软件功能替换硬件功能。能否用交流采样法主要决定两个条件:测量数值的准确度以及测量速度。
不同信号的进行采样,可以把它分成直流采样以及交流采样。直流采样就通过交流中的电压以及信号中的电流转变成0～5V直流电压,这种做法的优点在于算法比较简单,便于进行滤波,但资金投入比较大,维护起来比较复杂,最终对信号无法采集,所以对于电力系统中应对其限制。交流采样就是通过交流量转变为±5V或者是0～5V交流电压时对其进行采集,其优点在于时实性能好、电能的相位所产生的失真小、资金投入少、维护方便;他的缺点在于算法比较复杂,计算精度很难提高,从而要求A/D转换速度也比较高。随着当今社会的微型计算机的技术不断发展,所以交流采样逐渐的取代了原有的直流采样。
2、交流采样的具体方法
2.1 同步采样
同步采样方法是指通过对采样时间的间隔和交流信号的周期性以及在一段时间内对采样点数N满足的关系式为T=N·Ts。式中N取值越大,就越接近适当的波形,但是他的实时性比较差,计算量比较大。也被叫做等间隔整个周期性所采样的周期性均匀。实现同步进行采样主要有两种方式:第一、硬件同步的采样方法;第二、软件同步的采样方法。
2.1.1 硬件同步的采样方法
此种采样方法在初期的计算方法进行采样时被广泛使用。只需满足T=N·Ts并且N＞2M,用硬件同步的采样方法的好处在于不会有多大的误差。但事实的情况下对采样周期以及被测信号周期要想实现以很困难的。
2.1.2 软件同步的采样方法
要想使软件同步进行采样的方法是:第一我们要测试出被测信号在存在的周期T,并且用所测出的周期除以在一周期内进行的采样点数N,进而得到采样之间的间隔,并却确定又使用的定时器的所表现出的值,并且使用用定时器进行中断最终要呈现同步采样。这种结构及简单又方便。
2.2 准同步的采样法
在现实进行采样测量过程中,采样周期不可能严格的实现对被测信号的周期,所以N次的采样并不能落在2π所在的区间上,进而落在了[2π+Δ]所在的区间上,在这个时候测量结果将会出现提升测量的准确度。采样周期性和同信号周期不太严格要求同步,第一次进行采样时对起点没有任何要求,从而使测量简单化。
2.3 累积增量偏差法
由于定时器产生量化的误差,随着采样点越多错产生的误差就越大,所以就产生了减弱积累效应一种方法—累积增量偏差法从此得出。累积增量偏差法是通过对累加器SUM设置时,从而对采样时间进行改正,达到消除累积偏差产生的效应。对于0次的采样,SLIM的初定值就为0,对于N次的采样,SUM所产生的值就为△L=△T+。所以△T为n-1次所进行采样得出的SUM值,在进行采样时都得考察SUM值,若SUM<1,那么这次所采用的定时器所产的的计数值不变;若SUM>l,那么这次的采样和进行下一次采样所得的计数值为原有的计数值都加上T,z并且通过SUM-1。继续执行上面过程直到采样一个周期的完成,所以,偏差就不会产生累积,进而保证在一个周期内所进行的采样最大周期误差△T 3、微机交流采样算法 此种方法是在提前知道被测的周期信号产生的频率大致范围之内的前提下,假设一个被测频率数值,并且与被测频率非常的接近,当电网正常的运行时,实际基波的频率与额定工的频偏差会很小,所以这种方法非常适用于电网基波频率所进行的测量。 (1)解析法:对观测信号的模型实施数学变换,将等待测量的f或△f进行样本值函数来估计。它总体具有的特点是:涉及高等数学演变推导,所得的精度不高。 (2)最小化的误差原理类算法:最小化的误差原理类算法所具有的最大优点就是能够很好的抑制白噪声进行的干扰,算法中不断的复杂数学公式的运算是要借助于系统软件进行的编程来实现的,实时性并不太好。这种算法主要包括最小二乘算法的方法、绝对值最小的近似以及牛顿类算法等。 (3)DFT(FFT)的类算法:DFT(FFT)是一种非常典型的运用数字滤波等技术,在通过采样率以及数据窗的进行合适的选择情况下,滤波算法能很快并且非常正确的计算出模型参数,但要考虑到现实中测量偏离的理想条件,我们通过对前后窗的DFT(FFT)结果进行估计系统基频,使得DFT(FFT)算法从而具有的不敏感于谐波分量所产生滞大的特性。 (4)正交去调制法:该方法将采样采集到的信号X(T)进行乘以一个具有去调制复载波得到X(t),并且在信号上X(t)的基础上进行测量原有信号的频率。但是由于X(t)包含非常丰富的谐波分量以及噪声,所以就需要非常精细的滤波技术,去调制所进行的测频算法快速的响应特性从而使得它在基于频率所处在动态的实时对控制系统中不断的得到广泛的适用。 以硬件为主所具有的方法与以软件为主多具有的方法之间主要不同就是硬件的方法的适用是通过对硬件电路来具体实现的,软件方法的使用是通过软件系统的编程以及频率估计所进行的方法实现的,它们之间各有各的优点以及缺点,以硬件为主的测量方法所得到的结果来说能够很好地反应出频率变化出现的真实情况,缺点在于它急需需要硬件额电路,操作起来要比软件方法要难得多以及复杂的多,软件法的好处在于它节省对硬件资源的需求,进而能对CPU进行充分的应用,具有非常好的抗干扰性,他的缺点在于计算是一件比较复杂事情,它的精度就是在于随算法而异。 3.5 最佳同步的采样法 在工作的实际中,电网中的电压以及电流所产生的信号周期都是比较缓慢漂移的,因此认定为信号周期是固定不变的那是非常不合理的,对谐波分析的矩阵级数法对实时性来说是非常强的的一种方法,它最主要的就是针对周期信号所产生的缓慢漂移。但是实时性主要表现在以下几个方面: (1)信号测量的周期实时;(2)采样所选的时刻是依据信号周期不断的变化实现的实时调整;(3)只需要进行采集一个周期所得出的数据就能很快并且非常精确的计算出就能谐波系数。 假设一个正在进行采样信号的周期是第t个周期时,所定的周期就应该为,频率应为,所以前面的一个信号周期就应该是第k—1个周期,使其的周期为,频率也为．与同时不相等但差别也不会太大—这符合大部分的工程的实际。 正在进行一个周期信号的采样在该周期内没有对采样进行尚未测量结束前是不可能得到的,但是前一个周期信号是已经测量并且得到了的,这样我们可以通过第K个周期信号将第N个采样的时刻进行规定为: 其中,如Int(．)是将(．)按通过定时器中的最小分辨率进行取整,是进行舍去尾数。显然,当与差别不是很大,公式中所确定的N个采样点对同步采样点离得非常近。 4、前几种采样方法的实用性 我们在前面一一介绍了几种算法所个有的特点,在实际的应用中根据对准确或实时性不同来进行选择。 累积增量偏差法具有简单而快速的优点,他们都具有在半周期内完成对数据的采集,但是对信号的输入的进行要求极为严格,对输入的正弦信号以及具备预滤波的装置的场合极为适合。 所以,以上这几种采样的方法,所进行的采集速度非常快,实时性非常强,对继电保护系统和实时监控系统极为适用。 最小二乘的递推方法的影响,并且随着没进行一周采样点不断增多,随时提高采集精度,但是由于的采样点不断增加从而降低了采集速度,并且也增加大量的运算,所以要求我们在精度与快速之间选择最合适的。 5、结语 针对进行的交流测量时系统所出现的实际情况,进行恰当的选择采样及相关的算法是提升通信电源进行的监控系统确保数字的准确度所具有的重要环节。交流进行的采样的算法不仅精度高、而且实时性好,随着当今社会中的微机技术的不断的飞速发展以及对采样算法中的奥秘进行深入研究,从而达到其的广泛的使用,并且大大增大了通信电源所进行的监控系统,最终实现其智能化以及自动化。 参考文献 [1] 张艳萍,李益华.电力系统微机监控的交流采样算法研究[J].长沙电力学院学报,2008(3). [2] 许大宇,李先允,王芳,毛晓桦.电力系统运行参数交流同步采样算法研究[J].南京工程学院学报,2009(6). [3] 程佩青.数字信号处理[M丁北京:清华大学出版社,2008(8). [4] 张艳平,李益华.电力系统微机监控的交流采样方法研究[J]长沙电力学院学报(自然科学版),2011(12).