42 中国电机工程学报 第22卷 号中随机噪声，采样点数可能远大于128，这时传 参考文献 统方法已不能采用软件同步，否则可能由于周期误 [1]Dai Xianzhong,et al.Quasi-synchronous sampling algorithm and its 差的增大而使测量结果面目全非，此时应采用改进 applications[J].IEEE Trans on IM,1994,43(2):204-209. 的软件同步采样。 [2]Lu Zuliang.An error estimate for quasi-integer period sampling and an 如果采用异步采样，并按电网频率为50H五确 approach for improving its accuracy[J].IEEE Trans on IM,1988. 372):219-222. 定采样周期，当电网实际频率与50Hz不符时，测 [3]Andria G.Savino M,Trotta A.Windows and interpolation algorithms 量误差较大。注意，表3的仿真没有考虑由于定时 to improve electrical measurement accuracy[].IEEE Tans on IM, 器分辨时间引起的周期误差，也不计中断响应时间 1989,38(4):856-863. 4周军，李孝文，盛艳(Zhou Jun,Li Xiaowen,Sheng Yan).双速 分散性影响（在硬件、软件同步若也不考虑这两个 率同步采样法在电力系统谐波测量中的应用(Application of 因素，仿真误差均为0)。 double-speed synchronous sampling in the power system harmonic 我们曾将软件同步和硬件同步的改进方法分 measurement)[仞.计量学报(Acta Metrologica Sinica),1999,20(2): 19-23. 别应用于谐波测量和电流互感器变比测量，在不 [)盛新富，戴庆成(Sheng Xinfu,Qi Qingcheng).常用电工参数数 采用其它附加处理的情况下，达到满意的测量精度。 字化测量中的非同步采样误差(Non-synchronous sampling emor in 7结论 the digital measurement of common electrical parameter)[U.电工电 能新技术(Advancde Technology Electrical Engineering and (1)微机交流采样方式主要有硬件同步采样、 Energy).1998,171):10-14. [佝胡虔生，马宏忠(Hu Qiansheng,Ma Hongzhong).非正弦周期倍 软件同步采样和异步采样三种。本文首次全面分析 号测量同步误差研究(Research on the synchronous error in 了3种采样方式同步误差的产生原因，并提出了相 measurement of non-sinusoidal periodic signals)U.中国电机工程学 应的抑制误差的措施。 (Proceedings of the CSEE),2000,20(9):35-40. [☑马宏忠，胡虔生(Ma Hongzhong,Hu Qiansheng).软件同步采样 (2)影响硬件同步精度的主要原因是中断响 的误差分析(Analysis on error synchronous sampling by software) 应时间分散性引起的采样时间间隔不均匀，解决这 ).电工技术学报(Transactions of China Electrotechnical 一问题的方法是由硬件同步环节直接控制采样保持 Society).1996,11(1):43-47. [8谢小荣，韩英铎(Xie Xiaorong,Han Yingduo).电力系统频率测 电路。影响软件同步采样精度的主要原因是周期误 量综述(An overview onpower system frequency measurement)[U.电 差，本文提出的改进方法能最大限度地减小周期误 力系统自动化(Automation of Electric Power Systems.),1999,23(3): 差，从而可大大提高软件同步精度。异步采样不能 54-58. 满足数据分析精度要求时，可通过异步采样值估算 [9黄纯，彭建春(Huang Chun,Peng Jianchun).谐波滤波、电压、 无功综合控制装置的研制(Development of an integrated controller 电网频率，然后修正异步采样的定时值提高同步精 for harmonic filtering,voltage and reactive power contro)仍.电网 度。 (Power System Technology),2000,24(3):50-52. (3)硬件同步的精度最高，可用于高精度测 收稿日期：2001-11-18。 量，但它要求采样装置具备专用同步电路。软件同 作者简介： 步只需要电网频率跟踪测量环节，其同步精度可满 黄纯(1966-)，男，副教授，在职博士研究生。从事电力系统自 足一般测量需要，采用本文提出的改进方法后则可 动化、微机保护、谐波治理等方面的科研和教学工作： 何怡刚(1966-)，男，教授，博士导师。从事电工理论与新技术方 进行较高精度的测量。异步采样不需要任何附加同 面的科研和教学工作： 步电路，但同步误差大，一般用于微机保护或精度 江亚群(1971-)，女，讲师，在职博士研究生：主要从事电力系统 要求不高的测量场合。 自动化方面的科研和教学： (4)由中断响应时间分散性引起的采样时间 彭建春(1964)，男，博士，教授，主要从事电力系统自动化、电 力系统优化运行与智能控制等方面的科研和教学工作。 间隔的不均匀性对电参量测量结果的影响不容忽 视，在高精度测量时，应对此给与足够的重视。 (责任编辑王彦骏) (5)本文所提方法实现简单，应用范用广， 给计算机增加的工作量小，能显著提高测量精度。 仿真分析和科研实践证实了其可行性和有效性。这 些思想和方法对微机采样装置及数据采集系统的 软、硬件设计，具有借鉴和参考价值。 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net42 中 国 电 机 工 程 学 报 第 22 卷 号中随机噪声，采样点数可能远大于 128，这时传 统方法已不能采用软件同步，否则可能由于周期误 差的增大而使测量结果面目全非，此时应采用改进 的软件同步采样。 如果采用异步采样，并按电网频率为 50Hz 确 定采样周期，当电网实际频率与 50Hz 不符时，测 量误差较大。注意，表 3 的仿真没有考虑由于定时 器分辨时间引起的周期误差，也不计中断响应时间 分散性影响（在硬件、软件同步若也不考虑这两个 因素，仿真误差均为 0）。 我们曾将软件同步和硬件同步的改进方法分 别应用于谐波测量[9]和电流互感器变比测量，在不 采用其它附加处理的情况下，达到满意的测量精度。 7 结论 （1）微机交流采样方式主要有硬件同步采样、 软件同步采样和异步采样三种。本文首次全面分析 了 3 种采样方式同步误差的产生原因，并提出了相 应的抑制误差的措施。 （2）影响硬件同步精度的主要原因是中断响 应时间分散性引起的采样时间间隔不均匀，解决这 一问题的方法是由硬件同步环节直接控制采样保持 电路。影响软件同步采样精度的主要原因是周期误 差，本文提出的改进方法能最大限度地减小周期误 差，从而可大大提高软件同步精度。异步采样不能 满足数据分析精度要求时，可通过异步采样值估算 电网频率，然后修正异步采样的定时值提高同步精 度。 （3）硬件同步的精度最高，可用于高精度测 量，但它要求采样装置具备专用同步电路。软件同 步只需要电网频率跟踪测量环节，其同步精度可满 足一般测量需要，采用本文提出的改进方法后则可 进行较高精度的测量。异步采样不需要任何附加同 步电路，但同步误差大，一般用于微机保护或精度 要求不高的测量场合。 （4）由中断响应时间分散性引起的采样时间 间隔的不均匀性对电参量测量结果的影响不容忽 视，在高精度测量时，应对此给与足够的重视。 （5）本文所提方法实现简单，应用范围广， 给计算机增加的工作量小，能显著提高测量精度。 仿真分析和科研实践证实了其可行性和有效性。这 些思想和方法对微机采样装置及数据采集系统的 软、硬件设计，具有借鉴和参考价值。 参考文献 [1] Dai Xianzhong，et al．Quasi-synchronous sampling algorithm and its applications[J]．IEEE Trans on IM，1994，43(2)：204-209． [2] Lu Zuliang．An error estimate for quasi-integer period sampling and an approach for improving its accuracy[J]．IEEE Trans on IM，1988， 37(2)：219-222． [3] Andria G，Savino M，Trotta A．Windows and interpolation algorithms to improve electrical measurement accuracy[J]．IEEE Tans on IM， 1989，38(4)：856-863． [4] 周军，李孝文，盛艳（Zhou Jun，Li Xiaowen，Sheng Yan）．双速 率同步采样法在电力系统谐波测量中的应用（Application of double-speed synchronous sampling in the power system harmonic measurement）[J]．计量学报（Acta Metrologica Sinica），1999，20(2)： 19-23． [5] 盛新富，戚庆成（Sheng Xinfu，Qi Qingcheng）．常用电工参数数 字化测量中的非同步采样误差（Non-synchronous sampling error in the digital measurement of common electrical parameter）[J]．电工电 能新技术 （ Advancde Technology Electrical Engineering and Energy）．1998，17(1)：10-14． [6] 胡虔生，马宏忠（Hu Qiansheng，Ma Hongzhong）．非正弦周期信 号测量同步误差研究 （Research on the synchronous error in measurement of non-sinusoidal periodic signals）[J]．中国电机工程学 报（Proceedings of the CSEE），2000，20(9)：35-40． [7] 马宏忠，胡虔生（Ma Hongzhong，Hu Qiansheng）．软件同步采样 的误差分析（Analysis on error synchronous sampling by software） [J] ． 电工技术学报 （Transactions of China Electrotechnical Society）．1996，11(1)：43-47． [8] 谢小荣，韩英铎（Xie Xiaorong，Han Yingduo）．电力系统频率测 量综述（An overview on power system frequency measurement）[J]．电 力系统自动化（Automation of Electric Power Systems），1999，23(3)： 54-58． [9] 黄纯，彭建春（Huang Chun，Peng Jianchun）．谐波滤波、电压、 无功综合控制装置的研制（Development of an integrated controller for harmonic filtering，voltage and reactive power control）[J]．电网 技术（Power System Technology），2000，24(3)：50-52． 收稿日期：2001-11-18。 作者简介： 黄 纯（1966-），男，副教授，在职博士研究生。从事电力系统自 动化、微机保护、谐波治理等方面的科研和教学工作； 何怡刚（1966-），男，教授，博士导师。从事电工理论与新技术方 面的科研和教学工作； 江亚群（1971-），女，讲师，在职博士研究生；主要从事电力系统 自动化方面的科研和教学； 彭建春（1964-），男，博士，教授，主要从事电力系统自动化、电 力系统优化运行与智能控制等方面的科研和教学工作。 （责任编辑 王彦骏）