本发明公开了一种变电站测控装置交流采样数据有效值及功率因数计算方法，有效值计算方法包括：以固定采样频率采集变电站各互感器输出的交流采样信号并输入至变电站测控装置；根据交流采样信号的基波频率及固定采样频率计算每周波实际采样点数，若每周波实际采样点数的计算结果存在非零小数位，则保留其小数位；提取每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位；根据每周波实际采样点数、每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位分别计算实际输入的交流采样信号的实部、虚部；根据实际输入的交流采样信号的实部、虚部计算交流采样数据有效值。本发明采取完整的傅氏算法数据窗，无频率泄漏，算法精度高。
1.变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：以固定采样频率采集变电站各互感器输出的交流采样信号并输入至变电站测控装置；
根据交流采样信号的基波频率及固定采样频率计算每周波实际采样点数，若每周波实际采样点数的计算结果存在非零小数位，则保留其小数位；
提取每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位；
根据每周波实际采样点数、每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位分别计算实际输入的交流采样信号的实部、虚部；
根据实际输入的交流采样信号的实部、虚部计算交流采样数据有效值；
式中：N.n表示每周波实际采样点数；N表示每周波实际采样点数的整数位；0.n表示每周波实际采样点数的小数位，0.n＝N.n-N；x(0)表示第0点采样值；x(i)表示第i点采样值；x(N)表示第N点采样值；k表示第k次谐波；i＝1，2，3，…，N-1；
式中：N.n表示每周波实际采样点数；N表示每周波实际采样点数的整数位；0.n表示每周波实际采样点数的小数位，0.n＝N.n-N；x(0)表示第0点采样值；x(i)表示第i点采样值；x(N)表示第N点采样值；k表示第k次谐波；i＝1，2，3，…，N-1。
2.根据权利要求1所述的变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，其特征在于，采用分时处理法分解计算实际输入的交流采样信号的实部、虚部。
3.根据权利要求1所述的变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，其特征在于，计算每周波实际采样点数的方法为：式中：N.n表示每周波实际采样点数；fgd表示固定采样频率；fjb表示基波频率。
4.根据权利要求1所述的变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，其特征在于，若每周波实际采样点数存在无限小数，则小数位至少应保留3位。
5.变电站测控装置交流采样数据功率因数计算方法，其特征在于，所述方法包括采用权利要求1～4任一项所述方法计算交流采样信号的有效值；
根据交流采样信号的有效值、相位角，计算交流采样信号各次谐波的有功功率、总有功功率、各次谐波的无功功率和总无功功率；
根据有功功率、总有功功率、无功功率和总无功功率计算功率因数。
变电站测控装置交流采样数据有效值及功率因数计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种变电站测控装置交流采样数据有效值及功率因数计算方法，属于变电站技术领域。
背景技术
[0002] 传统变电站每台测控装置独自对接入的交流电信号进行采集，一般需要测量多组不同频率的交流量。为了提高采样精度，一般选用高精度的AD转换器进行定频采样。定频采样原理是：不管交流量的频率是多少，模数转换采集单元AD转换器均以固定的频率采样，比如：采样频率为16K时，当交流量为50Hz时，每周波采样点个数为16000/50＝320点，正好为整数；当交流量为49.96Hz时，每周波采样点个数为16000/49.96≈320.2562，不为整数，如果若仍采用N＝320进行傅氏算法计算，就会产生频率泄漏，存在测量误差。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种变电站测控装置交流采样数据有效值及功率因数计算方法，能够避免频率泄漏、提高测量精度。
[0004] 为达到上述目的，本发明是采用下述方法实现的：
[0005] 第一方面，本发明提供了一种变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，所述方法包括如下步骤：
[0006] 以固定采样频率采集变电站各互感器输出的交流采样信号并输入至变电站测控装置；
[0007] 根据交流采样信号的基波频率及固定采样频率计算每周波实际采样点数，若每周波实际采样点数的计算结果存在非零小数位，则保留其小数位；
[0008] 提取每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位；
[0009] 根据每周波实际采样点数、每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位分别计算实际输入的交流采样信号的实部、虚部；
[0010] 根据实际输入的交流采样信号的实部、虚部计算交流采样数据有效值。
[0011] 第二方面，本发明提供了一种变电站测控装置交流采样数据功率因数计算方法，其特征在于，所述方法包括采用前述变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法计算交流采样信号的有效值；
[0012] 计算交流采样信号的相位角；
[0013] 根据交流采样信号的有效值、相位角，计算交流采样信号各次谐波的有功功率、总有功功率、各次谐波的无功功率和总无功功率；
[0014] 根据有功功率、总有功功率、无功功率和总无功功率计算功率因数。
[0015] 与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：采取完整的傅氏算法数据窗，无频率泄漏，算法精度高；计算中所有的采样点都是已知的，采样点不需要插值算法，算法更加简单易于实现。
附图说明
[0016] 图1是本发明方法所适用的一种硬件电路。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0018] 如图1所示，是本发明方法所适用的一种硬件电路，交流量Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic经过互感器隔离，再经RC滤波进入AD转换器转换为数字量，FPGA(M2S005)通过SPI总线读取数据，通过BLVDS总线传输给主板上FPGA(M2S005)，AM3352通过GPMC总线读取采样数据。AD转换器可采用ADS13a04，采用16K的采样速率。
[0019] 本发明提供的变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法，具体包括如下步骤：
[0020] 步骤一：以固定采样频率采集变电站各互感器输出的交流采样信号并输入至变电站测控装置；本发明中测控装置采用的1ms扫描一次逻辑。
[0021] 步骤二：根据交流采样信号的基波频率及固定采样频率计算每周波实际采样点数，若每周波实际采样点数的计算结果存在非零小数位，则保留其小数位；
[0022] 计算每周波实际采样点数的方法为：
[0023]
[0024] 式中：N.n表示每周波实际采样点数；fgd表示固定采样频率；fjb表示基波频率，基波频率可采用现有的软件或硬件测算得出。
[0025] 若每周波实际采样点数存在无限小数，则小数位至少应保留3位。
[0026] 步骤三：提取每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位；
[0027] 步骤四：根据每周波实际采样点数、每周波实际采样点数的整数位及其所保留的小数位分别计算实际输入的交流采样信号的实部、虚部；
[0028] 交流采样信号实部的计算公式为：
[0029]
[0030] 交流采样信号虚部的计算公式为：
[0031]
[0032] 式中：N.n表示每周波实际采样点数；N表示每周波实际采样点数的整数位；0.n表示每周波实际采样点数的小数位，0.n＝N.n-N；x(0)表示第0点采样值；x(i)表示第i点采样值；x(N)表示第N点采样值；k表示第k次谐波；i＝1，2，3，…，N-1。
[0033] 步骤五：根据实际输入的交流采样信号的实部、虚部计算交流采样数据有效值。
[0034] 采样频率为16K时，周期点数为N.n大约为320左右，大约有320个左右的实部和320个左右虚部需要计算，还需要对640个左右的计算结果进行加法和乘法计算，因此计算量比较大。为满足计算结果的实时性要求，本发明方法采用分时处理方法用来分解计算量。作为本发明的较佳实施例，每1ms调用下一次算法，每一次只计算一个步骤，141ms刷新一次测量值，用1.5Gmips的CPU每一步最长的计算时间为0.05ms左右，实时性较好。下面举例说明计算交流采样信号的实部、虚部的详细步骤：
[0035] 第1步：保存三相电压、三相电流的400点最新的采样值；
[0036] 第2步：用插值方法计算i＝0～79，k＝1的cos(2π*i*k/N.n)和sin(2π*i*k/N.n)值；
[0037] 第3步：用插值方法计算i＝80～159，k＝1的cos(2π*i*k/N.n)和sin(2π*i*k/N.n)值；
[0038] 第4步：用插值方法计算i＝160～239，k＝1的cos(2π*i*k/N.n)和sin(2π*i*k/N.n)值；
[0039] 第5步：用插值方法计算i＝239～N，k＝1的cos(2π*i*k/N.n)和sin(2π*i*k/N.n)值；
[0040] 第6步：利用交流采样信号实部计算公式和虚部计算公式计算k＝1时，三相电压和三相电流的实部和虚部；
[0041] 第7步：k取2～13重复第2～6步，计算出了三相电压和三相电流的1～13次谐波的实部和虚部。
[0042] 本发明还提供了一种变电站测控装置交流采样数据功率因数计算方法，包括：
[0043] 采用前述的变电站测控装置交流采样数据有效值计算方法计算交流采样信号的有效值；
[0044] 计算交流采样信号的相位角；
[0045] 根据交流采样信号的有效值、相位角，计算交流采样信号各次谐波的有功功率、总有功功率、各次谐波的无功功率和总无功功率；
[0046] 根据有功功率、总有功功率、无功功率和总无功功率计算功率因数。
[0047] 本发明采取完整的傅氏算法数据窗，无频率泄漏，算法精度高，当模拟量稳定时飘动小(例如量程为150V，可以做飘动值小于0.002V)；计算中所有的采样点都是已知的，不需要采样点插值算法，避免当模拟量中含有高次谐波时造成插值误差，算法更加简单易于实现。
[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
