第22卷第9期 中国电机工程学报 Vol.22 No.9 Sep.2002 2002年9月 Proceedings of the CSEE 2002 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013(2002)09-0038-05 交流采样同步方法的分析与改进 黄纯，何怡刚，江亚群，彭建春 (湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙410082) ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF SYNCHRONIZATION TECHNIQUE FOR AC SAMPLING HUANG Chun,HE Yi-gang,JIANG Ya-qun,PENG Jian-chun (College of Electrical Engineering Information Technology,Hunan University,Changsha 410082,China) ABSTRACT:In digital measurement of period electric signals, 关键词：同步：交流采样：电参量：误差：测量 uniform and synchronous sampling is a commonly used method 中图分类号：TM714 文献标识码：A with high performance and low computational complexity. However,in practice,precisely uniform and synchronous 1 引言 sampling is not easy to realize,and consequent undesired 在周期电气信号的微机交流采样中，同步技术 effects to measurement are brought in.In this paper,the 是影响采样质量的主要因素之一。目前利用采样值 traditional synchronization methods of AC sampling are 测量、分析周期电气信号的理论和算法大多是建立 examined and the factors that cause uniformity error and synchronization error are found out.Some novel methods, 在同步采样基础上的。然而实际工程中的采样很难 designed to minish the synchronous errors and improve 实现理想的同步，存在着同步误差，使数据分析的 measurement accuracy,are whereafter proposed.They are easy 准确性和测量的精确度受到影响。例如，用DT或 to realize,can be widely applied and need less additional work. F℉T测量谐波时，同步误差会产生“频谱泄漏”。对 The results of both the simulations of harmonic measurement 于这一问题，有两种解决方法。一是，在同步误差 and the experiments show that the proposed methods are 一定的情况下，通过对采样数据的处理或测量结果 feasible and effective.All the methods are helpful for the soft- 的修正来减小测量误差。国内外在这一方面的研究 and hardware design of the instrument of electric parameter 较多，提出了准同步算法、补偿算法和特殊窗法等 measurement. 等多种方法~引。但这些方法处理过程复杂，需要数 KEY WORDS:synchronization;AC sampling;electric 倍甚至数十倍地增加测量时间和数据处理时间，因 para-meter,error;measurement 而不易被工程技术人员接受，也难以满足测量实时 摘要：在周期电气信号的微机测量中普遍采用等间隔同步 性的要求，事实上较少被采用。另一种是，可以通 交流采样。采样时间间隔不均匀或采样周期与信号周期不 过减小同步误差来减小测量误差。目前这方面的研 同步，均会导致测量误差。该文对目前常用的硬件同步采 究主要有双速率采样4、优化选择采样点数两种 样、软件同步采样和异步采样三种交流采样方式的同步方 方法。这两种方法应用范围都有局限（如一般不能 法进行分析，针对其同步误差的产生原因，提出了相应的 消除或减小同步误差的改进方法。这些方法实现简单，应 用于基2F℉T算法)，且前者需与特定的测量算法配 用范围广，给计算机增加的工作量小，能显著提高测量精度。 合使用，而后者同步精度不稳定。此外，上述研究 对谐波测量的仿真结果和科研实践证实了这些方法的可行 都忽视了采样时间间隔不均匀对测量结果的影响， 性和有效性。它们对交流电参量微机测量装置的软、硬件 因而也没有采取必要的对策。 设计，具有指导和参考价值。 本文对交流采样中常用的同步实现方法进行 基金项目：国家自然科学基金项目(59707002)：湖南省电力科技 分析，针对同步误差产生的原因，对同步方法进行 攻关项目(20003027)。 改进，使同步误差和采样间隔不均匀程度最大限度 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (59707002). 地得到减小。与前述研究方法相比，改进方法实现 C1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net第 22 卷 第 9 期 中 国 电 机 工 程 学 报 Vol.22 No.9 Sep.2002 2002 年 9 月 Proceedings of the CSEE ©2002 Chin.Soc.for Elec.Eng. 文章编号：0258-8013（2002）09-0038-05 交流采样同步方法的分析与改进 黄 纯，何怡刚，江亚群，彭建春 （湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082） ANALYSIS AND IMPROVEMENT OF SYNCHRONIZATION TECHNIQUE FOR AC SAMPLING HUANG Chun, HE Yi-gang, JIANG Ya-qun, PENG Jian-chun （College of Electrical Engineering & Information Technology, Hunan University, Changsha 410082, China） ABSTRACT: In digital measurement of period electric signals, uniform and synchronous sampling is a commonly used method with high performance and low computational complexity. However, in practice, precisely uniform and synchronous sampling is not easy to realize, and consequent undesired effects to measurement are brought in. In this paper, the traditional synchronization methods of AC sampling are examined and the factors that cause uniformity error and synchronization error are found out. Some novel methods, designed to minish the synchronous errors and improve measurement accuracy, are whereafter proposed. They are easy to realize, can be widely applied and need less additional work. The results of both the simulations of harmonic measurement and the experiments show that the proposed methods are feasible and effective. All the methods are helpful for the soft￾and hardware design of the instrument of electric parameter measurement. KEY WORDS: synchronization; AC sampling; electric para-meter; error; measurement 摘要：在周期电气信号的微机测量中普遍采用等间隔同步 交流采样。采样时间间隔不均匀或采样周期与信号周期不 同步，均会导致测量误差。该文对目前常用的硬件同步采 样、软件同步采样和异步采样三种交流采样方式的同步方 法进行分析，针对其同步误差的产生原因，提出了相应的 消除或减小同步误差的改进方法。这些方法实现简单，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。 对谐波测量的仿真结果和科研实践证实了这些方法的可行 性和有效性。它们对交流电参量微机测量装置的软、硬件 设计，具有指导和参考价值。 基金项目：国家自然科学基金项目（59707002）；湖南省电力科技 攻关项目（20003027）。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China （59707002）． 关键词：同步；交流采样；电参量；误差；测量 中图分类号：TM714 文献标识码：A 1 引言 在周期电气信号的微机交流采样中，同步技术 是影响采样质量的主要因素之一。目前利用采样值 测量、分析周期电气信号的理论和算法大多是建立 在同步采样基础上的。然而实际工程中的采样很难 实现理想的同步，存在着同步误差，使数据分析的 准确性和测量的精确度受到影响。例如，用 DFT 或 FFT 测量谐波时，同步误差会产生“频谱泄漏”。对 于这一问题，有两种解决方法。一是，在同步误差 一定的情况下，通过对采样数据的处理或测量结果 的修正来减小测量误差。国内外在这一方面的研究 较多，提出了准同步算法、补偿算法和特殊窗法等 等多种方法[1~3]。但这些方法处理过程复杂，需要数 倍甚至数十倍地增加测量时间和数据处理时间，因 而不易被工程技术人员接受，也难以满足测量实时 性的要求，事实上较少被采用。另一种是，可以通 过减小同步误差来减小测量误差。目前这方面的研 究主要有双速率采样[4]、优化选择采样点数[5]两种 方法。这两种方法应用范围都有局限（如一般不能 用于基 2 FFT 算法），且前者需与特定的测量算法配 合使用，而后者同步精度不稳定。此外，上述研究 都忽视了采样时间间隔不均匀对测量结果的影响， 因而也没有采取必要的对策。 本文对交流采样中常用的同步实现方法进行 分析，针对同步误差产生的原因，对同步方法进行 改进，使同步误差和采样间隔不均匀程度最大限度 地得到减小。与前述研究方法相比，改进方法实现