一種基于crio平臺的高精度相位差計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種基于CRI0平臺的高精度相位差計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Compact RIO是一款可重新配置的嵌入式控制和采集系統(tǒng)，包括內(nèi)置的嵌入式控 制器、可編程FPGA及小型、堅固且可熱插拔的工業(yè)I/O模塊，幫助科研人員快速實現(xiàn)測量與 控制系統(tǒng)的自定義設(shè)計、原型及發(fā)布。此外，其通過NI 1油VIEW圖形化編程工具接受編程， 利用1油VIEW FPGA基本的I/O功能，用戶可W直接訪問Compact RI0硬件的每個I/O模 塊的輸入輸出電路。所有I/O模塊都包含內(nèi)置的接口（如螺栓端子、BNC或DSUB連接器）、 信號調(diào)理、轉(zhuǎn)換電路（如ADC或DAC)，化及可選配的隔離屏蔽。該種設(shè)計使得低成本的構(gòu)架 具有開放性，用戶可W訪問到底層的硬件資源。正是因為良好的抗干擾能力、堅固的結(jié)構(gòu)和 穩(wěn)定的性能，Compact RI0平臺被廣泛地應(yīng)用于工程測控領(lǐng)域。
[0003] 在電氣工程應(yīng)用領(lǐng)域中，有很多方面需要測量同頻交流電壓、電流信號之間的相 位差關(guān)系，而相位差的測量又不同于傳統(tǒng)的電壓、電流信號或物位、溫度量的測量。首先，相 位差信號依附于電壓、電流信號中，如何剔除電壓、電流、頻率變化對相位差測量的影響是 相位差測量中很重要的一個方面；其次，相位差是一個比較量，測量兩路信號之間的相位差 不僅需要保證兩路信號的頻率相同，而且要排除由于兩路信號的幅值、諧波、噪聲等其它因 素不一致而對測量造成的影響。
[0004] 近年來提出了多種相位差測量的方法，主要分為兩種；W硬件電路為主的硬件測 量和基于交流采樣值處理的軟件測量法。在基于虛擬儀器的測量系統(tǒng)中，幾乎所有的功能 都能用軟件的方法來實現(xiàn)，常用的處理方法主要有；過零點法、相關(guān)法、頻譜分析法等。過 零點法的原理是：分別確定兩個同為下降趨勢（或上升趨勢）的同頻信號過零點的時刻， 計算其時間差，然后根據(jù)時間來計算相位差。相關(guān)法是利用兩同頻正弦信號在延時 °時互相關(guān)函數(shù)值與其相位差的余弦值成正比的原理獲得相位差。FFT頻譜分析法求相位 差，即通過離散傅立葉法對被檢測信號進行頻譜分析，從而獲得信號的相頻特性，然后計算 兩信號在主頻率處的相位差值。
[0005] 為了分析比較該=種常用算法的測量精度，分別使用上述=種算法對W下兩信號 進行測量兩信號相位差的仿真試驗：
【主權(quán)項】
1. 一種基于CRIO平臺的高精度相位差計方法，其特征在于：其采用的技術(shù)方案包括如 下步驟： 第一步，數(shù)據(jù)采集模塊包括數(shù)字量采集模塊和模擬量采集模塊，可以采集電壓（電流） 信號并轉(zhuǎn)換為一定格式的數(shù)字量也可以采集數(shù)字變電站中SV報文、FT3報文； 第二步，數(shù)據(jù)解析模塊將數(shù)據(jù)采集模塊采集上傳的固定格式的數(shù)字量或者SV報文、ft3 報文解析為可供數(shù)據(jù)分析模塊直接使用的數(shù)字量信號。 第三步，數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)解析模塊上傳的數(shù)據(jù)進行分析。具體分以下三個方面； (1) 對接收到的數(shù)字量信號使用4階Blackman-Harris窗加權(quán)，4階B-H窗定義為B-H 窗的4重卷積，可以得到其時域表達式如下： w4B_H (n) =wB_H (n) *wB_H (n) *wB_H (n) *wB_H (n) (1) 其中
a。： 0? 35875，a0? 48829，a2 = 0. 14128,a3= 0. 01168。按照式（1)構(gòu)造長度為N的 4 階Blackman-Harris窗，對信號x(n) 加窗，得到加窗后的信號序列x' (n) =x(n) ?w4B_H(n)； (2)FFT頻譜計算； 設(shè)欲測量相位差的兩個周期信號分別為x(t)，y(t)，為簡單起見，先不考慮信號中的諧 波分量，即假設(shè)它們均為單頻率周期信號。同時假設(shè)由數(shù)據(jù)解析環(huán)節(jié)得到的兩個信號可表 示為
式中：T為信號xJPx2的周期；AlD1，A2ni分別為x^x2幅值；約，％分別為Xpx2的初相 位；TS為采樣間隔； 令& (k)的實部為Re% (k)]，虛部為Im% (k)]，則由采樣得到的& (k)，實際系統(tǒng)中的 基波頻率所占分量最大，對應(yīng)頻譜的幅值也最大，因此可以在頻譜內(nèi)查找最大譜線所對應(yīng) 的序號km，得到基波所占頻譜為& 〇〇，其幅值為A〇〇。 則可求得到初相為：
同理，可以計算得到另一路信號X2(k)的初相為：
所測相位差為：P= 奶； (3) 利用比值校正法進行相位校正，查找第km根譜線左右兩根譜線，得到其幅值為 AG^-l)和AGvHl)，則校正系數(shù)為Ak:
根據(jù)校正系數(shù)可以求解出各個信號參量的校正值為：相位校正量~=_，則校 正后的基波相位
。按照同樣的方法可以算出x2(k)經(jīng)校正后的基波相位
最后可得經(jīng)過比值修正法修正測得的兩信號相位差為：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CRIO平臺的高精度相位差計方法。其在數(shù)據(jù)分析模塊中選用4階Blackman-Harris窗對信號進行截短處理，更好的抑制了頻譜泄漏，頻譜離散化導(dǎo)致頻率分辨率較低，而引入比值校正法對頻譜進行校正以提高頻率分辨率，當信號中含有諧波時，選用的4階Blackman-Harris窗窗函數(shù)頻譜能量集中于主瓣中，信號中基波與任意諧波分量頻率之間的間隔遠大于該窗函數(shù)頻譜主瓣的寬度，最低頻率遠大于主瓣寬度的一半，則基波受諧波成分及其自身的負頻率分量的影響極小，可以忽略不計。本發(fā)明實現(xiàn)簡單，計算量較小，精度高，對高次諧波和噪聲具有較強的抑制能力。
【IPC分類】G01R25-00
【公開號】CN104569586
【申請?zhí)枴緾N201410672339
【發(fā)明人】王鵑, 楊啟
【申請人】安徽國電京潤電力科技有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年11月22日