2002年3月10日 Mar10,2002 71 电力参数微机测量中采样周期的优化校正方法 潘华，黄纯2，王联群 (1.湖南省超高压输变电公司，湖南省长沙市410002,2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市410082) 摘要：在电力参数微机高精度测量中，同步误差是导致测量误差的主要因素之一，而采样周期校正 是减小同步误差的重要手段。文中对交流采样时采样周期的校正方法进行研究，提出了采样周期优 化取值、分段调整和动态调整等优化校正方法。这些方法易于实现，实用性强，与传统方法相比，能 更有效地减小同步误差，提高测量精度。仿真研究和科研实践均证实了其可行性和有效性。 关键词交流采样；同步；采样周期电力参数，测量 中图分类号：TM930.12 0引言 限制，不可能无限小，而微机的采样周期T:必须以 定时器计数周期的整数倍数来表示，从而微机实际 在电力参数的测量中，已普遍采用由微处理器 采样周期T,与理想计算值TN之间会出现误差。 控制的数字式测量方法。用微机测量交流信号时要 这个由量化原因引起的误差，是软件同步误差的根 求在一个工频周期内使采样次数N与采样周期T, 本原因。 的乘积等于被测信号的周期T(即NT,=T)引。 设微机定时器计数周期为τ，则定时器时间常 当被测信号频率变化时，必须相应校正采样周期。但 在实际测量中，由于种种原因，要使被测信号周期刚 数为ound子 这里round(·)为四舍五入取整函 好是采样周期的整数倍并不容易，往往存在同步误 数。实际采样周期为T 差△T(△T=NT,·T),从而影响测量精度。 Ts'=round 本文对传统的采样周期校正方法及其同步误差 于是，同步误差△T为： 产生的原因进行了分析，在此基础上研究和论述了 3种能使同步误差最小的采样周期优化校正方法。 △T=NT'-T=N round T- 这些方法易于实现，可显著提高测量精度。 N round N t 7- 1常用的采样周期校正方法及其同步误差 T N T round 工] (1) N U 采样周期校正主要有硬件同步和软件同步2种 设round T 方式。硬件同步采样由硬件同步电路实现采样周期 A,round N-NT=B,则： 的校正。常见的硬件同步电路为锁相环同步电路，它 △T=NBT (2) 由频率跟踪测量和锁相环组成。此方法的同步误差 式中，B为定时器量化误差。显然，B≤05，因此 小，测量精度高。软件同步不需要硬件同步电路，可 最大同步误差△T为： 使装置结构简化。本文主要讨论软件同步采样时采 l△Ths=Nt/2 (3) 样周期的校正和优化方法。 设某实际测量系统其T=2μs,N=50,当信号 用软件校正采样周期的一般实现方法是：首先 频率f在495H505Hz之间变化时，△T的变 测取被测电气信号的周期T,根据每周期采样点数 化情况如图1所示，这时△Tx=50μs,与式(3) 计算采样周期T,(T=TN),然后确定定时器的计 是一致的。 数值，用定时中断方式实现采样。在实际测量系统 2采样周期的优化 中，微机定时器计数周期受定时器最大计数频率的 由式(2)可知，减小T可以减小△T。因此，在设 计微机测量系统硬件时，应尽量选用计数周期较小 收稿日期2001-10-21。 的定时器。不过，这一努力是有限度的。 湖南省电力科技攻关资助项目(20003007及20003027)。 由式(2)还可以看出，当N较小时，△T一般也 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 电力参数微机测量中采样周期的优化校正方法 潘 华1 , 黄 纯2 , 王联群1 (11 湖南省超高压输变电公司, 湖南省长沙市 410002; 21 湖南大学电气与信息工程学院, 湖南省长沙市 410082) 摘要: 在电力参数微机高精度测量中, 同步误差是导致测量误差的主要因素之一, 而采样周期校正 是减小同步误差的重要手段。文中对交流采样时采样周期的校正方法进行研究, 提出了采样周期优 化取值、分段调整和动态调整等优化校正方法。这些方法易于实现, 实用性强, 与传统方法相比, 能 更有效地减小同步误差, 提高测量精度。仿真研究和科研实践均证实了其可行性和有效性。 关键词: 交流采样; 同步; 采样周期; 电力参数; 测量 中图分类号: TM 930112 收稿日期: 2001210221。 湖南省电力科技攻关资助项目(20003007 及 20003027)。 0 引言 在电力参数的测量中, 已普遍采用由微处理器 控制的数字式测量方法。用微机测量交流信号时要 求在一个工频周期内使采样次数N 与采样周期 T s 的乘积等于被测信号的周期 T (即N T s = T ) [1～ 3 ]。 当被测信号频率变化时, 必须相应校正采样周期。但 在实际测量中, 由于种种原因, 要使被测信号周期刚 好是采样周期的整数倍并不容易, 往往存在同步误 差 ∃T (∃T = N T s - T ) , 从而影响测量精度[4～ 6 ]。 本文对传统的采样周期校正方法及其同步误差 产生的原因进行了分析, 在此基础上研究和论述了 3 种能使同步误差最小的采样周期优化校正方法。 这些方法易于实现, 可显著提高测量精度。 1 常用的采样周期校正方法及其同步误差 采样周期校正主要有硬件同步和软件同步 2 种 方式。硬件同步采样由硬件同步电路实现采样周期 的校正。常见的硬件同步电路为锁相环同步电路, 它 由频率跟踪测量和锁相环组成。此方法的同步误差 小, 测量精度高。软件同步不需要硬件同步电路, 可 使装置结构简化。本文主要讨论软件同步采样时采 样周期的校正和优化方法。 用软件校正采样周期的一般实现方法是: 首先 测取被测电气信号的周期 T , 根据每周期采样点数 计算采样周期 T s (T s= T öN ) , 然后确定定时器的计 数值, 用定时中断方式实现采样。在实际测量系统 中, 微机定时器计数周期受定时器最大计数频率的 限制, 不可能无限小, 而微机的采样周期 T s 必须以 定时器计数周期的整数倍数来表示, 从而微机实际 采样周期 T s 与理想计算值 T öN 之间会出现误差。 这个由量化原因引起的误差, 是软件同步误差的根 本原因。 设微机定时器计数周期为 Σ, 则定时器时间常 数为 round T N Σ 。这里 round (·) 为四舍五入取整函 数。实际采样周期为 T s′: T s′= round T N Σ Σ 于是, 同步误差 ∃T 为: ∃T = N T s′- T = N round T N Σ Σ - T = N round T N Σ Σ - T N Σ N Σ= N Σ round T N Σ - T N Σ (1) 设 round T N Σ = A , round T N Σ - T N Σ = B , 则: ∃T = N B Σ (2) 式中,B 为定时器量化误差。显然, ûB û≤0. 5, 因此 最大同步误差û∃3 ûmax为: û∃3 ûm ax = N Σö2 (3) 设某实际测量系统其 Σ= 2 Λs, N = 50, 当信号 频率 f 在 49. 5 H z～ 50. 5 H z 之间变化时, ∃3 的变 化情况如图 1 所示, 这时û ∃3 ûmax= 50 Λs, 与式 (3) 是一致的。 2 采样周期的优化 由式(2) 可知, 减小 Σ, 可以减小 ∃3。因此, 在设 计微机测量系统硬件时, 应尽量选用计数周期较小 的定时器。不过, 这一努力是有限度的。 由式(2) 还可以看出, 当N 较小时, ∃3 一般也 71 第 26 卷 第 5 期 2002 年 3 月 10 日 Vo l. 26 No. 5 M ar. 10, 2002