阅读说明：本技术 一种定间隔采样下频率跟踪方法 (Frequency tracking method under constant-interval sampling ) 是由 郝立鹏 李小青 曹祥祥 韩超 赵国平 于 2021-07-14 设计创作，主要内容包括：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处理即可得到系统的测量量。本发明基于拉格朗日插值算法的采样值调整方法,根据系统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,解决系统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。(The invention discloses a frequency tracking method under constant-interval sampling, which comprises the following steps: (1) device AD oversampling; (2) calculating an adjustment coefficient according to the AD sampling frequency of the device and the real-time frequency of the power grid; (3) extracting the latest two-cycle data, and inverting the extracted data front and back; (4) deducing FFT calculation data from the data in the step (3) based on a Lagrange interpolation function, wherein the deduced data is represented by T; (5) inverting the data deduced in the step (4); (6) and (5) carrying out Fourier FFT processing on the data extracted in the step (5) to obtain the measurement quantity of the system. According to the sampling value adjusting method based on the Lagrange interpolation algorithm, the sampled data are adjusted to the whole period through the Lagrange interpolation algorithm according to the system frequency, the problem of Fourier calculation accuracy in system frequency deviation is solved, and the method has good performance for scenes in which multiple devices are synchronously sampled or hardware frequency tracking cannot be carried out.)

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

电力系统中，继电保护装置通过AD芯片将系统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)处理得到系统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。当电力系统频率偏离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，由于系统频率偏差，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，以应对系统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，根据系统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，解决系统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处理即可得到系统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：

F_CaiYang为装置采样频率，F_XiTong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/F_CaiYang；

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：

T_n＝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，根据系统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，解决系统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

本发明以系统频率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)处理得到系统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：

F_CaiYang为装置采样频率，采样频率50HZ；

F_XiTong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：

T_n＝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)处理即可得到系统电压电流的基波幅值、相位、谐波含量等测量量。