双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法

1.一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，该装置包括：微处理器单元（1），微处理器单元（1）通过信号调理模数转换单元（2）从220v交流电网（3）采集电网用户侧相量信号，同时微处理器单元（1）还通过电源单元（7）与220v交流电网（3）连接；微处理器单元（1）还分别与输入控制单元（6）、显示单元（8）、双模式授时/定位单元（4）和双模式数据发送单元（5）连接，其中双模式授时/定位单元（4）为运行GPS系统与北斗导航系统的双模式授时模块；所述双模式数据发送单元（5）为3G、CDMA或GRPS无线通信模块（12）中的至少一种以及有线Internet通信模块（13）构成；
该工作方法的特征是，它的步骤为：
1）所述装置开始初始化；
2）进行数据无线通信传输时，执行步骤3）；若进行INTERNET有线传输时，执行步骤6）；
3）检测无线通信模块的网络质量；
4）判断是否找到无线通信网络；未找到则返回步骤3），如找到则转入下一步；
5）无线通信模块成功连接服务器终端；
6）有线Internet通信模块成功连接服务器终端；
7）双模式授时/定位单元接收GPS信息，若可用直接上传；若不可用，则接收北斗导航信息，若可用上传；
8）微处理器单元接收时间、地理位置信息，对时间信号进行处理得到北京时间；
9）开始模数转换，采样频率为1KHz，将采样数据顺序放在长度为100的缓冲区；每1毫秒模数转换中断一次,每次中断将采样值放到缓冲区，并判断相邻两次采样间是否存在过零点，如果过零则计算过零时间，并将过零时间保存；
10）缓冲区存储满100个采样点后，根据这100个采样点的过零信息、通过过零方法首次计算当前频率f0；
11）采用最小二乘法将100个采样点的数据拟合为正弦曲线，然后以1KHz采样频率对拟合曲线进行二次采样，计算电压相量，并第二次计算频率；
12）向双模式数据发送单元发送相量信息，双模式数据发送单元将数据发送 到服务器终端；
13）检测时间信号是否可用，不可用转入步骤7），可用转入步骤9）；
14）显示时间、经纬度、相量信息，转入步骤7）。
2.如权利要求1所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，所述过零点判断和过零时间计算方法如下：
固定采样间隔，采样频率为1KHz，对相邻的两个采样值(tk-1,Vk-1)、(tk,Vk)，判断两个电压值符号是否相同：如果符号相同则不进行计算；如果符号不同，则认为(tk-1,Vk-1)、(tk,Vk)两点之间的曲线近似为直线，计算通过两点的直线与横轴的交点对应的时间，也即过零时间，计算公式为：
k：采样点序列标记；tk：第k个采样点对应的时间；Vk：第k个采样点对应的幅值；t：过零点时间；tk-1：第k-1个采样点对应的时间；Vk-1：第k-1个采样点对应的幅值； 以上述方法进行采样、过零判断；采样满100次时，假设共有n次过零，则通过过零方法首次计算当前频率为f0，公式如下：
式中t1和tn分别是第1次和第n次过零对应的时间，f0为过零方法计算的当前频率。
3.如权利要求1所述的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，其特征是，所述计算电压相量和第二次计算频率方法如下：
以最小二乘法，对前述100个采样点进行拟合，拟合成为正弦曲线，如式（3）所示；根据f0调整采样频率，重新进行采样，得到采样点序列{Xk,k＝0,···,99}；前20个点根据式（4）、（5）计算得到第1个电压相量；
X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；φ：第一个电压相量的相角； 由FFT计算的到的基波相量； 当前电压相量形式；Xc为基波相量的实部,Xs为
基波相量虚部的负值;N为计算窗口内总的采样点数；
对上述计算窗口内的20个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式（6）、（7）递归得到当前相量，由式（5）得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值；依次类推，计算完100个数据点，共得到81个相量值；
注：XN为新增加的点，X0为摒弃的点； 是新增加点得到的基波相量实部，
是新增加点得到的基波向量虚部的负值；
根据得到的81个电压相量，由相角的变化率根据式（8）计算最终频率，作为当前相量的频率；最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值、相角；将计算得到的当前相量信息送入双模式数据发送单元和显示模块单元；
注：ψ为相量的相角，f：最终频率。

双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法。\n背景技术\n[0002] 中国电网正向着大电网互联方向发展，迫切需要对电网相量实施广域测量，集中分析。目前相量监测主要监视地点为变电站和发电厂，测量设备主要是PMU(同步相量测量单元)，其成本高且安装复杂；PMU等测量装置授时、定位单元为GPS(全球定位系统)，属于美国控制的资源和技术，存在美国关停GPS后系统无法授时的风险；PMU设专线传输，铺设线路成本较高，且限制了装置安装测量地点；没有融入现在先进的3G(第三代无线通信技术)无线通信技术。这些局限性限制了电力系统相量测量装置的应用范围(只能在变电站和发电厂)，目前国内并没有安装不受变电站和发电厂限制的电力系统用户侧(220V)相量测量的装置。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种结构简单、成本低，安装灵活、不局限于发电厂和变电站，信号传输可靠、覆盖面广，实现电力系统广域测量的双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置及方法。\n[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：\n[0005] 一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置，它包括微处理器单元，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从220v交流电网采集电网用户侧相量信号，同时微处理器单元通过电源单元与220v交流电网连接；微处理器单元还分别与输入控制单元、显示单元、双模式授时/定位单元和双模式数据发送单元连接，其中双模式授时/定位单元为运行GPS系统与北斗导航系统的双模式授时模块。\n[0006] 所述双模式数据发送单元为3G、CDMA或GRPS无线通信模块中的至少一种以及有线Internet通信模块构成。\n[0007] 所述信号调理模数转换单元主要由变压模块、滤波模块和模数转换模块组成，其中变压模块采用电压互感器，电压互感器与滤波模块连接，滤波模块为RC滤波电路连接，RC滤波电路与模数转换模块连接。\n[0008] 所述输入控制单元为键盘。\n[0009] 本发明中，微处理器单元通过信号调理模数转换单元从220v交流电网采集电网用户侧(220V)相量信号，微处理器单元利用两步式复合频率计算方法计算系统频率，分析出220v交流电网相量信号的幅值、频率、相位，利用双模式授时/定位单元(GPS和北斗导航一体式)得到高精度的全球统一时标的时间、地理信息，与计算出的电网低压侧相量信号的幅值、频率、相位信号整合，得到时序的电网相量，并通过双模式数据发送单元(3G、CDMA或GPRS无线通信与有线Internet通信相结合)将数据发送到服务器终端；微处理器单元还与输入控制单元、电源单元和显示单元连接。该技术方案安装方便：只要有单相\n220V电源，有Internet接口或3G、CDMA或GPRS信号的地方都可以安装，不像常规PMU一样必须安装在变电站、发电厂。\n[0010] 所述微处理器单元为基于ARM9的中央计算模块。\n[0011] 一种双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，它的步骤为：\n[0012] 1)系统开始初始化。\n[0013] 2)进行数据无线通信传输时，执行步骤3)；若进行INTERNET有线传输时，执行步骤6)。\n[0014] 3)检测无线通信单元的网络质量。\n[0015] 4)判断是否找到无线通信网络；未找到则返回步骤3)，如找到则转入下一步。\n[0016] 5)3G、CDMA或GPRS无线通信模块成功连接服务器终端。\n[0017] 6)INTERNET有线模块成功连接服务器终端。\n[0018] 7)双模式授时/定位单元接收GPS信息，若可用直接上传；若不可用，则接收北斗导航信息，若可用上传。\n[0019] 8)微处理器单元接收时间、地理位置信息，对时间信号进行处理得到北京时间。\n[0020] 9)开始模数转换，采样频率为1K，将采样数据顺序放在长度为100的缓冲区；每\n1毫秒模数转换中断一次，每次中断将采样值放到缓冲区，并判断相邻两次采样间是否存在过零点，如果过零则计算过零时间，并将过零时间保存；过零点判断和过零时刻计算方法如图9所示。\n[0021] 10)缓冲区存储满后(100个点)，根据这100个采样点的过零信息、依据式(2)首次计算当前频率f0；\n[0022] 11)采用最小二乘法将100个数据拟合为正弦曲线，然后以1KHz采样频率对拟合曲线进行二次采样，计算电压相量，并第二次计算频率，计算流程图如图10所示。\n[0023] 12)向数据发送模块发送相量信息，数据发送模块将数据发送到终端服务器。\n[0024] 13)检测时间信号是否可用，不可用转入步骤7)，可用转入步骤9)。\n[0025] 14)显示时间、经纬度、相量信息。转入步骤7)。\n[0026] 过零点判断和过零事件计算方法如图9所示，详细说明如下。\n[0027] 固定采样间隔，采样频率为1KHz。对相邻的两个采样值(tk-1，Vk-1)、(tk，Vk)，判断两个电压值符号是否相同：如果符号相同则不进行计算；如果符号不同，则认为(tk-1，Vk-1)、(tk，Vk)两点之间的曲线近似为直线，计算通过两点的直线与横轴的交点对应的时间，也即过零点的时间，计算公式为：\n[0028] \n[0029] k：采样点序列标记；tk：采样点时间；Vk：采样点幅值；t：过零点时间。\n[0030] 以上述方法进行采样、过零判断；采样满100次时，假设共有n次过零，则频率为：\n[0031] \n[0032] 式中t1和tn分别是第1次和第n次过零对应的时间，f0为过零方法计算的频率。\n[0033] 相量计算和二次频率计算流程如图10所示，其原理现详细说明如下。\n[0034] 以最小二乘法，对前述100个采样点进行拟合，拟合成为正弦曲线，如式(3)所示。\n根据f0调整采样频率，重新进行采样，得到采样点序列{Xk，k＝0，…，99}。前20个点根据式(4)、(5)计算得到第1个电压相量。\n[0035] \n[0036] X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；φ：相角。\n[0037] \n[0038] \n[0039] \n[0040] \n[0041] 由FFT计算的到的基波相量； 当前电压相量形式；Xc和Xs分别为基波相量的实部和虚部的负值。N为计算窗口内总的采样点数。\n[0042] 对上述计算窗口内的20个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式(6)、(7)递归得到当前相量，由式(5)得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值。依次类推，计算完100个数据点，共得到81个相量值。\n[0043] \n[0044] \n[0045] XN：新增加的点；X0：摒弃的点；Xc(new)和Xs(new)分别是新增加点得到的基波相量实部和虚部负值。N为计算窗口内总的采样点数。\n[0046] 根据得到的81个电压相量，由相角的变化率根据式(8)计算频率，作为当前相量的频率；最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值相角。将计算得到的当前相量信息送入数据发送和显示模块。\n[0047] \n[0048] ψ：相量的相角；f：最终频率。\n[0049] 本发明的基本功能为：\n[0050] a)实时测量电网用户侧(220V)相量：电压幅值、频率、相位。\n[0051] b)实时采集精确的GPS或北斗导航信号，得到带有经纬度信息和精确时间信息，并将时间标签赋予采集数据，从而得到带精确时标的同步相量。\n[0052] c)通过数据发送单元(3G无线通信或有线Internet通信)实时发送低压侧相量数据到服务器，便于系统分析。\n[0053] 本发明的有益效果是：\n[0054] a)对电力系统低压相量进行实时的采集分析，发送。\n[0055] b)采用两步式复合频率计算方法计算系统频率，先用改进过零检测估算系统频率后，对采样点拟合，重新采样，用递推快速傅里叶变换算法计算相角、幅值，由相角的变化率得到当前频率。\n[0056] c)模数转换、授时/定位、数据分析、数据发送、显示等功能模块化，便于各个模块的功能升级，维护。\n[0057] d)优先通过GPS系统卫星定位、授时，时间信号精度高，在GPS失准时自动切换到北斗导航系统，时间、地理位置信号可靠性高，实现不同装置之间的时间同步，便于服务器对电力系统不同地点的相量进行分析。\n[0058] e)数据发送单元可选根据装置的具体安装地点选择通信方式，3G通信或是有线Internet通信，两种通信方式互为补充，扩大了相量测量的广度，便于服务器收集不同装置的信息，集中分析电力系统低压侧相量。实现电力系统广域测量，集中分析。\n附图说明\n[0059] 图1为本发明的系统结构图；\n[0060] 图2为信号调理模数转换单元结构图；\n[0061] 图3为调理单元电路原理图；\n[0062] 图4为数模转换电路及其外围电路图；\n[0063] 图5为授时、定位单元引脚连接；\n[0064] 图6为数据发送单元连接图；\n[0065] 图7为键盘控制及显式模块电路；\n[0066] 图8为微处理器工作流程图；\n[0067] 图9过零检测频率算法示意图；\n[0068] 图10为两步式复合频率算法流程图。\n[0069] 其中，1.微处理器单元，2.信号调理模数转换单元，3.220v交流电网，4.双模式授时/定位单元，5.双模式数据发送单元，6.输入控制单元，7.电源单元，8.显示单元，9.变压模块，10.滤波模块，11.模数转换模块，12.无线通信模块，13.有线Internet通信模块。\n具体实施方式\n[0070] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。\n[0071] 图1中，它包括嵌入式的微处理器单元1，其通过信号调理模数转换单元2从220V交流电网3采集电网相量信号，并分析出电网低压侧相量信号的幅值、频率、相位，利用双模式授时/定位单元4采集GPS或北斗导航信号得到时间/地理信息，与计算出的电网低压侧相量信号的幅值、频率、相位信号整合，得到时序的电网相量，并通过双模式数据发送单元5将数据发送到服务器终端；微处理器单元1还与输入控制单元6、电源单元7和显示单元8连接。\n[0072] 电力系统低压侧电压信号，被调理、滤波后转换为模拟信号。模数转换模块11在微处理器单元1的控制下完成模数转换，并将数字信号(电压瞬时值)传递给微处理器单元1。微处理器单元1分析出电网的幅值、频率、相位，采集授时、定位单元的信号得到时间、地理信息，与计算出的相量整合，得到时序的电网相量，并控制数据发送单元将数据发送到服务器终端。\n[0073] 键盘用于控制装置的启动，显示内容等，显示单元8显示当前工作的状态、当前时间、地理位置信息、电网相量等。\n[0074] 图2、图3、图4中，信号调理模数转换单元2将220v交流电网3的强电信号转换为微处理器单元1可分析的数字信号。其中，信号调理电路包括变压模块9，它将220V强电信号转变成150mV弱电信号，同时滤波模块10将电网的谐波滤去，留下基波信号。信号调理电路原理图如图2、图3所示：利用电压互感器(TV1013-1)，将实际电网电压变成弱电信号，通过滤波模块10滤去电网信号中小的畸变，转换成可采样的信号。TV1013-1额定输入输出电流2mA，将电网允许电压最高标定到450V，调理得到模数转换模块11即AD转换芯片(CS5460A)的最高输入电压为150mV。数模转换模块11如图4所示，其核心部件为芯片CS5460A。\n[0075] CS5460A是Crystal公司最新推出的用于测量电流、电压、功率等的芯片，精度高、性能强且成本低；该设备无需微控制器也可独立运行。CS5460A含2个增益可编程放大器、\n2个Δ∑调制器、2个高速滤波器，具有系统校准和有效值/功率计算等功能，以提供瞬时电压数据采样。\n[0076] CS5460A主要是通过SPI口写命令，读不同的寄存器，执行不同的操作；主要有：状态寄存器、配置寄存器、控制寄存器、各种校准寄存器、数据寄存器等。提供数字校准功能，通过写指定的值到校准命令寄存器即可实现系统偏置校准和系统的增益校准等。执行校准时需把相应的校准信号加到电压、电流通道。读出相应的寄存器的值，将其保存在外部非易失存储器，系统复位后把值写入相应的寄存器，开始测量。\n[0077] 电路原理图如图4所示，在本装置中，AD芯片CS5460A，驱动电压5V，采样频率设为1KHZ，即每1ms对模拟信号进行一次采样，进行一次AD转换。数字信号输出形式为24位的二进制补码，转换完成时向微处理器发出中断请求，微处理器单元1响应中断读出AD转换的电压瞬时值数据。\n[0078] 采用标准SPI通信方式进行通信，通信占用四个通信线，节约了芯片管脚，同时为PCB的布局上节省了空间。\n[0079] 图5中，双模式授时/定位单元4有两套定位系统，GPS系统和北斗导航系统。目前GPS定位系统授时精度大于北斗导航系统，普通状态下选择GPS系统对转置进行授时、定位。自动检测GPS信号质量，当其信号不可用时自动切换到北斗导航系统。\n[0080] 授时、定位单元外接天线接收卫星信息，对信号进行处理，得到实时的时间、地理信息(定位时间大约要5分钟，即启动5分钟后才能得到精确的信息)，通过串口向微处理器中传输信息。即RXD3，TXD3(图5所示)。\n[0081] 模块发送频率为1Hz，即数据每一秒中接收一次卫星信息，更新上传数据一次，比特率设置为38400bps，发送数据包括，格林时间信息，地理信息等。微处理器打开串口3，即可接收数据。上传数据格式(ASCII编码)如表3所示：\n[0082] $GPRMC，161229.487，A，3723.2475，N，12158.3416，W，0.13，309.62，121089，，*10[0083] 表3信息格式说明\n[0084] \n 名称 示例 叙述\n 讯息代号 $GPRMC RMC规范开头\n 时间(格林时间) 161229.487 时时分分秒秒.秒秒秒\n 定位状态 A A可用V不可用\n 纬度 3723.2475 度度分分.分分分分\n 南北半球 N N北半球S南半球\n 经度 12158.3416 度度度分分.分分分\n 东西半球 W E东半球W西半球\n 对地速度 0.13 未采用\n 对地方向 309.62 未采用\n 日期 121089 日日月月年年\n[0085] 微处理器接收到数据之后，将数据暂存在自带RAM里面，提取有用信息。\n[0086] 图6中，双模式数据发送单元5为本装置终端服务器建立连接实现数据通信的单元，它由两部分组成：3G、CDMA、或GPRS无线通信模块12和串口转有线Internet通信模块\n13，在装置开始运行前可对通信方式进行设置，选择3G、CDMA、或GPRS或是INTERNET有线通信方式。\n[0087] 3G、CDMA、或GPRS无线通信模块12，装有开通相关业务SIM手机卡，是一个小型的移动基站，可通过USB接口与微处理器通信，接收指令，在系统初始化3G模块等设置后通过\n3G模块等与服务器建立连接，与服务器进行通信。\n[0088] 有线Internet通信模块13为嵌入式以太网串口数据转换模块，10/100M自适应以太网接口，32位ARM9微处理器进行数据格式转换，实现串口数据与以太网数据的转换，连接Internet网络，进行数据传输。\n[0089] 3G、CDMA、或GPRS通信、INTERNET有线通信各有优势，装置测量地点可根据实地情况选择有利通信方式，在装置初始化时选择通信方式，微处理器选择使用哪条通道。\n[0090] 微处理器单元1控制双模式数据发送单元5连接服务器后，向双模式数据发送单元5发送固定格式的电网相量数据，双模式数据发送单元5通过无线或有线网络将数据发送到服务器固定端口号，服务器监听端口号，对数据进行接收、分析，完成数据采集。\n[0091] 输入控制单元6、显示单元7为装置的外围扩展设备，键盘主要功能为控制装置的启动，及装置的显示内容，显示单元7用于显示当前的装置工作状态，当前电压相量(电压幅值、电压频率、电压相角)，即时间，经纬度等。\n[0092] 键盘主要功能：\n[0093] (1)翻页功能；\n[0094] (2)显示切换；\n[0095] 键盘与微处理器单元1之间的通信过程：\n[0096] 微处理器扫描键盘信息，当微处理器扫描到键盘信息后，微处理器的相应管脚检测到有效低电平，切换液晶显示的显示内容。管脚连接如图7所示。\n[0097] LCD液晶显示：中文字库液晶显示模块型号：HS12864-12。液晶显示模块是128*64点阵的汉子图形液晶显示模块，可现实汉字及图形，可用串行连接方式。LCD12864受微处理器控制，进行信息显示，主要的显示内容：\n[0098] (1)电压的幅值，频率，相位，时间；\n[0099] (2)地理位置信息经纬度。\n[0100] LCD液晶显示与微处理器之间的通信：\n[0101] LCD与微处理器通信时，将LCD的PSB端口置于低电平，使之工作在串行传输方式，等到LCD启动后，初始化液晶显示器，清屏，为显示做准备。SCLK管脚数字时钟信号，CS管脚为使能管脚，SID为数据接收管脚。\n[0102] 微处理器单元1采用ARM9，STM32系列微处理器STM32F103R8，其性价比高，具有强大的数据处理能力，及可用的外设。128K FLASH、20K SRAM、2个SPI、3个串口、1个USB、\n1个CAN、2个12位的ADC、RTC、51个可用I/O脚，这样的配置完全满足现在的硬件开发需求，并满足以后各个模块的升级。\n[0103] STM32F103R8为本装置的核心部件，各个模块功能的协调、数据处理都在此进行，STM32F103R8的功能主要分为以下几个部分：\n[0104] (1)控制模数转换单元进行模数转换，采集电压瞬时值。\n[0105] (2)接收授时、定位单元信息，得到精确的同步卫星格林时间信号、装置经纬度信息，开启定时器得到卫星同步时间。\n[0106] (3)由电压瞬时值计算相量(电压幅值、电压频率、电压相角)；\n[0107] (4)给相量赋予时间信号，得到实时电网相量；\n[0108] (5)初始化数据发送单元，与终端服务器建立通信连接后，实时计算电网相量并把计算的结果发送到终端服务器。\n[0109] (6)接收键盘控制单元信息，控制LCD的显示内容。\n[0110] 本发明的工作流程图如图8所示：\n[0111] 程序开始为初始化，STM32初始化包括使能各个管脚，配置定时器，串口，USB接口等管脚；初始化AD芯片包括初始化其各个校准寄存器，转换模式，转换频率(1KHz)等；初始化液晶，主要是启动液晶，清屏，设置背景光等，初始化数据发送模块包括两部分，初始化\n3G模块、初始化INTERNET有线模块。\n[0112] 选择数据发送单元中的发送通道(3G无线通道或Internet有线通道)连接服务器终端，待其连接成功时打开串口接收授时定位单元信息，判断其信息有效性，待其有效后接收时间信号，地理位置信号，微处理器处理得到标准北京时间。\n[0113] 微处理器开启AD转换响应AD中断，固定采样间隔采样，采样频率1Hz。读取AD转换的电压瞬时值，由两步式复合频率计算方法(流程图如图9所示)计算频率，取最后一个相量的幅值、相角，得到电压相量，将得到的数据填装到数据发送单元。\n[0114] 一秒钟计算10次相量后，等待授时点位单元信号，检测其是否可用，可用则更新液晶显示内容后继续AD转换。\n[0115] 双模式220v用户侧电网相量测量及发送装置的工作方法，它的步骤为：\n[0116] 1)系统开始初始化。\n[0117] 2)进行数据无线通信传输时，执行步骤3)；若进行INTERNET有线传输时，执行步骤6)。\n[0118] 3)检测无线通信单元的网络质量。\n[0119] 4)判断是否找到无线通信网络；未找到则返回步骤3)，如找到则转入下一步。\n[0120] 5)3G、CDMA或GPRS无线通信模块成功连接服务器终端。\n[0121] 6)INTERNET有线模块成功连接服务器终端。\n[0122] 7)双模式授时/定位单元接收GPS信息，若可用直接上传；若不可用，则接收北斗导航信息，若可用上传。\n[0123] 8)微处理器单元接收时间、地理位置信息，对时间信号进行处理得到北京时间。\n[0124] 9)开始模数转换，采样频率为1K，将采样数据顺序放在长度为100的缓冲区；每\n1毫秒模数转换中断一次，每次中断将采样值放到缓冲区，并判断相邻两次采样间是否存在过零点，如果过零则计算过零时间，并将过零时间保存；过零点判断和过零时刻计算方法如图9所示。\n[0125] 10)缓冲区存储满后(100个点)，根据这100个采样点的过零信息、依据式(2)首次计算当前频率f0；\n[0126] 11)采用最小二乘法将100个数据拟合为正弦曲线，然后以1KHz采样频率对拟合曲线进行二次采样，计算电压相量，并第二次计算频率，计算流程图如图10所示。\n[0127] 12)向数据发送模块发送相量信息，数据发送模块将数据发送到终端服务器。\n[0128] 13)检测时间信号是否可用，不可用转入步骤7)，可用转入步骤9)。\n[0129] 14)显示时间、经纬度、相量信息。转入步骤7)。\n[0130] 过零点判断和过零事件计算方法如图9所示，详细说明如下。\n[0131] 固定采样间隔，采样频率为1KHz。对相邻的两个采样值(tk-1，Vk-1)、(tk，Vk)，判断两个电压值符号是否相同：如果符号相同则不进行计算；如果符号不同，则认为(tk-1，Vk-1)、(tk，Vk)两点之间的曲线近似为直线，计算通过两点的直线与横轴的交点对应的时间，也即过零点的时间，计算公式为：\n[0132] \n[0133] k：采样点序列标记；tk：采样点时间；Vk：采样点幅值；t：过零点时间。\n[0134] 以上述方法进行采样、过零判断；采样满100次时，假设共有n次过零，则频率为：\n[0135] \n[0136] 式中t1和tn分别是第1次和第n次过零对应的时间，f0为过零方法计算的频率。\n[0137] 相量计算和二次频率计算流程如图10所示，其原理现详细说明如下。\n[0138] 以最小二乘法，对前述100个采样点进行拟合，拟合成为正弦曲线，如式(3)所示。\n根据f0调整采样频率，重新进行采样，得到采样点序列{Xk，k＝0，…，99}。前20个点根据式(4)、(5)计算得到第1个电压相量。\n[0139] \n[0140] X(t)：电压的连续时域信号；X：电压有效值；ω：角速度；φ：相角。\n[0141] \n[0142] \n[0143] \n[0144] \n[0145] 由FFT计算的到的基波相量； 当前电压相量形式；Xc和Xs分别为基波相量的实部和虚部的负值。N为计算窗口内总的采样点数。\n[0146] 对上述计算窗口内的20个点，去掉第1个，在最后增加1个，得到下一个数据窗口数据序列，由式(6)、(7)递归得到当前相量，由式(5)得到当前相量的幅值、相角，得到第二个相量值。依次类推，计算完100个数据点，共得到81个相量值。\n[0147] \n[0148] \n(new) (new)\n[0149] XN：新增加的点；X0：摒弃的点；Xc 和Xs 分别是新增加点得到的基波相量实部和虚部负值。N为计算窗口内总的采样点数。\n[0150] 根据得到的81个电压相量，由相角的变化率根据式(8)计算频率，作为当前相量的频率；最后一个相量的幅值、相角为当前电网的幅值相角。将计算得到的当前相量信息送入数据发送和显示模块。\n[0151] \n[0152] ψ：相量的相角；f：最终频率。