一種基于fpga+dsp的apf控制器的采樣數據處理方法
【專利摘要】一種基于FPGA+DSP的APF控制器及采樣數據處理方法，該方法利用一個輸入序列計數器和一個或多個輸出序列計數器遞增，判斷計數器在時間軸上的相對位置，通過就近采樣數據前向插值算法獲得非采樣點數據，計算簡便，無需大量存儲單元，可輸出多種不同采樣率的數據序列，適用于實時性要求較高的控制系統和算法。本發明適用于APF等電力系統中的諧波檢測和電能質量管理。
【專利說明】—種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數據處理方法
[0001]【技術領域】
本發明涉及一種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數據處理方法，屬于數據處理【技術領域】。
[0002]【背景技術】
在有源電力濾波器(APF)等電力系統中的諧波檢測及電能質量治理領域，對各次諧波進行精確快速的檢測至關重要，該數據包含各信號的瞬時值，特別是需要提取負載中各次諧波的瞬時值，用于對APF的控制；同時在裝置上的人機交互界面需要實時顯示負載中及APF輸出的各次諧波的有效值，方便操作人員了解裝置運行狀態并進行干預。但無論是提取負載諧波瞬時值及其他信號的有效值都需要大量的計算和處理，因此一種針對APF的方便有效的數據處理方法對其穩定高效運行尤為重要。
[0003]
【發明內容】
本發明的目的是，公開一種基于FPGA+DSP的APF控制器的采樣數據處理方法。
[0004]本發明的技術方案是，本發明針對APF控制器提出一種利用前向插值算法實時模擬獲得非采樣點數據的方法，該方法利用一個輸入序列計數器和一個或多個輸出序列計數器遞增，判斷計數器在時間軸上的相對位置，通過就近采樣數據前向插值算法獲得非采樣點數據，計算簡便，無需大量存儲單元，可輸出多種不同采樣率的數據序列，適用于實時性要求較高的控制系統和算法。根據所需數據的精度，前向插值算法可采用線性插值、二次插值等多種算法。
[0005]由于電力濾波器(APF)控制器的數據處理量較大，包含提取負載諧波的瞬時無功功率算法及計算信號有效值的傅立葉算法，因此本方法所針對的APF采用的是FPGA+DSP的控制器硬件結構，充分結合FPGA運算速度快和DSP控制能力強的優勢。
[0006]APF控制器結構如圖1所示，主要包括模擬信號調理電路、AD芯片、FPGA數據處理器及DSP控制器，其中模擬信號調理電路主要對主電路強信號進行調理，使其能夠適合于AD芯片的量程，AD芯片將模擬信號以某一固定的采樣量轉化為數字量；FPGA對采樣數據進行一定的處理，并將這些數據通過瞬時無功功率理論ipiq算法實時計算出各次諧波瞬時值，同時通過FFT算法計算有效值。DSP讀取這些數據，對三相逆變橋和液晶面板進行控制。
[0007]APF采樣、數據處理及控制過程如圖2所示。在以上APF的控制器中，采用FPGA進行了數據的采樣和處理，DSP作為核心控制器進行直流側的穩壓控制和有源濾波器輸出電流的跟蹤控制，同時還要進行各次諧波數據的顯示，提供裝置與用戶的交互平臺。這里需要用到同一信號(如負載電流)不同格式的兩方面數據，一種是對有源濾波器進行控制的各次諧波瞬時數據，一種是對各次諧波進行顯示的有效值數據。各次諧波瞬時數據要根據控制的效果確定最優的采樣率，而有效值數據一般需要對每個電網周期信號分割為2N個數據點來進行FFT計算。實際應用中，控制采樣率很有可能并不等于2N。如果采用兩套采樣裝置對同一信號進行采樣，不僅提高了成本，而且可能因為元器件參數的不一致性造成數據失真.因此最簡便經濟的方式就是通過某種數據處理手段將任意一種采樣率的數據流實時轉換成其他采樣率的數據流以滿足同一系統或具有數據交換的不同系統對同一信號數據的需求。
[0008]本發明的有益效果是，本發明針對該APF控制器提出一種利用前向插值算法實時模擬獲得非采樣點數據的方法，該方法利用一個輸入序列計數器和一個或多個輸出序列計數器遞增，判斷計數器在時間軸上的相對位置，通過就近采樣數據前向插值獲得非采樣點數據，計算簡便，無需大量存儲單元，可輸出多種不同采樣率的數據序列，適用于實時性要求較高的控制系統和算法。根據所需數據的精度，前向插值算法可采用線性插值、二次插值等多種算法。
[0009]本發明適用于APF等電力系統中的諧波檢測和電能質量管理。
[0010]【專利附圖】
【附圖說明】
圖1為APF控制器結構示意圖；
圖2為APF采樣、數據處理及控制過程示意圖；
圖3為兩種不同采樣率的數據流插值點示意圖；
圖4為實施例插值計算實現步驟框圖；
圖5為前向線性插值算法；
圖6為前向二次插值算法。
【具體實施方式】
[0011]本發明具體實旋方式如下: 對于兩種不同采樣率的數據流具有不同的間隔，在已知數據流的基礎上插值獲得另一數據流首先要確定插值點。
[0012]如圖3所示，Nx (0<=Nx<S0)為實際采樣點計數器，Ny (0<=Ny<Sl)為采樣插值點計數器，兩種數據流的間隔分別為l/so和1/S1，每個數據點在時間軸上的位置分別為Nx/SO和Ny/Sl。通過判斷兩個計數器在時間軸上的相對位置，即可得到最靠近插值點的實際采樣點，以獲得最優的數據進行插值算法。例如，要獲得最接近Ny=5時的采樣點數據，可通過判斷Nx_l/S0〈=Ny/Sl〈=Nx/S0得知最靠近的采樣點為Nx=6。根據圖4所示步驟及圖5所示的兩種算法，可以根據Nx=6、Nx=5及Nx=4三個實際采樣點數據方便得到Ny=5時的值。
[0013]圖4為本發明實現步驟。
[0014]圖4中，SO為實際采樣率，SI為需要輸出的采樣率，X為實際采樣計數器，y為需要輸出的采樣計數器。上面虛線方框內為數據點的初始化，這里考慮了 SDSO的情況，即插值數據點要多于采樣點。在這種情況下，第二個插值點(即y=l)要等到至少有兩個實際采樣點后(即x>=l)才可以進行計算。而在S1〈S0的情況下，第二個插值點必然會在得到兩個采樣點之后。下面虛線方框內為后續插值點的計算步驟，計算Y(y)可采用不同的插值算法獲得，且可根據需要設置多路輸出。
[0015]圖5為線性插值算法示意圖，其中，T(X-1) ,T(x)為第x-1和第X個采樣點所處時亥lJ，T(y)為第y個插值點所在時刻，Y(x-l)及Y(X)為第x_l和第x個實際采樣點的采樣值，Y(y)為第y個插值點需要輸出采樣插值，
【權利要求】
1.一種基于FPGA+DSP的APF控制器采樣數據處理方法，其特征在于，所述方法利用一個輸入序列計數器和一個或多個輸出序列計數器遞增，判斷計數器在時間軸上的相對位置，通過就近采樣數據前向插值算法獲得非采樣點數據，計算簡便，無需大量存儲單元，可輸出多種不同采樣率的數據序列，適用于實時性要求較高的控制系統和算法。
2.根據權利要求1所述的一種基于FPGA+DSP的APF控制器采樣數據處理方法，其特征在于，所述前向插值算法可采用線性插值、二次插值算法。
【文檔編號】G01R23/16GK103487651SQ201310436225
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】鄧才波, 范瑞祥, 潘本仁, 徐在德, 程飛 申請人:國家電網公司, 江西省電力科學研究院, 江西錢江電氣有限責任公司