本技術(shù)涉及電力測量，具體涉及一種變頻采樣系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的電力行業(yè)交流信號的測量原理為：通過采樣電路獲取信號源等比例縮小的瞬時信號值，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（adc）將模擬信號數(shù)字量化，就得到了瞬時的信號數(shù)字量，而對于交流信號的計算需要整個信號周期的測量值，即一個信號周期的信號數(shù)字量，為了得到這些數(shù)據(jù)一般采用周期性固定點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)采集方案，目前，相關(guān)技術(shù)中的方案主要采用計量芯片+主控芯片（mcu）的方案，該方案的信號采集及計算均交給專用計量芯片完成，但靈活性較差，當(dāng)被測交流信號周期頻率有大幅度變動時，無法及時對于周期信號做正確的處理，或者相關(guān)技術(shù)中也有采用固定頻率進(jìn)行采樣的方法，該方法只適用于被測交流信號很穩(wěn)定的應(yīng)用場景?？梢?，對于被測交流信號的頻率有大幅度變動的應(yīng)用場景，相關(guān)技術(shù)中的方法存在著無法準(zhǔn)確測量的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)提供了一種變頻采樣系統(tǒng)及方法。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種變頻采樣系統(tǒng)，包括：測頻模塊、時鐘發(fā)生器模塊、adc模塊及主控模塊，其中，測頻模塊用于將被測交流信號轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號，并傳輸給主控模塊；主控模塊用于基于目標(biāo)電平信號確定被測交流信號的當(dāng)前頻率，以及在確定當(dāng)前頻率與原始頻率不同的情況下，基于當(dāng)前頻率向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令，其中，當(dāng)前頻率用于表示被測交流信號在當(dāng)前周期的頻率，原始頻率用于表示被測交流信號在當(dāng)前周期的上一個周期的頻率，頻率調(diào)整指令用于指示時鐘發(fā)生器模塊對輸出的時鐘信號的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)整；時鐘發(fā)生器模塊的輸出端與adc模塊的時鐘輸入端電連接，時鐘發(fā)生器模塊用于向adc模塊提供時鐘信號，以驅(qū)動adc模塊按照采樣頻率進(jìn)行采樣，其中，采樣頻率等于當(dāng)前頻率的預(yù)定倍數(shù)；adc模塊的第一spi接口與主控模塊的第二spi接口對應(yīng)連接，adc模塊用于按照采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行電壓采樣與量化得到第一數(shù)字信號，以及按照采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行電流采樣與量化得到第二數(shù)字信號；adc模塊還用于將第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號通過第一spi接口傳輸給主控模塊；主控模塊用于基于第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號計算被測交流信號的一組電參數(shù)。

3、通過采用上述技術(shù)方案，測頻模塊將被測交流信號轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號并傳輸給主控模塊，以使主控模塊可以準(zhǔn)確獲取被測交流信號的當(dāng)前頻率；主控模塊基于目標(biāo)電平信號確定當(dāng)前頻率，并在當(dāng)前頻率發(fā)生變化時，向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令，使得時鐘發(fā)生器模塊能夠?qū)崟r調(diào)整輸出時鐘信號的時鐘頻率，從而保證采樣頻率始終與當(dāng)前頻率匹配；時鐘發(fā)生器模塊輸出的時鐘信號驅(qū)動adc模塊按采樣頻率進(jìn)行采樣，確保在不同頻率下都能獲得高精度的采樣數(shù)據(jù)；adc模塊通過spi接口將采樣得到的電壓和電流數(shù)字信號傳輸給主控模塊，主控模塊基于這些信號計算出一組電參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對變頻交流信號的全面測量。因此，該技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)對變頻交流信號的精確測量，能夠在被測交流信號頻率變化較大的應(yīng)用場景中，有效提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性。

4、可選的，adc模塊包括一個adc芯片或多個adc芯片。

5、通過采用上述技術(shù)方案，可以實(shí)現(xiàn)對被測交流信號的靈活采樣。具體而言，當(dāng)adc模塊包括一個adc芯片時，能夠簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，并且減少系統(tǒng)復(fù)雜度，使得系統(tǒng)更加易于維護(hù)和管理。當(dāng)adc模塊包括多個adc芯片時，可以通過多通道同時采樣，提高采樣精度和可靠性，適應(yīng)復(fù)雜的多路信號采樣需求。無論是單個adc芯片還是多個adc芯片，都能確保在不同應(yīng)用場景下，系統(tǒng)能夠靈活應(yīng)對被測交流信號的頻率變化，從而提高測量準(zhǔn)確性。

6、可選的，在adc模塊包括一個adc芯片的情況下，adc芯片用于對被測交流信號的目標(biāo)電壓信號進(jìn)行ad采樣與量化，得到第一數(shù)字信號，以及對被測交流信號的目標(biāo)電流信號進(jìn)行ad采樣與量化，得到第二數(shù)字信號。

7、通過采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對被測交流信號的目標(biāo)電壓信號和目標(biāo)電流信號進(jìn)行高精度的同步采樣與量化，確保了第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號的準(zhǔn)確性。這種單芯片解決方案不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本，而且提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性，特別適合于需要高精度測量的場合。

8、可選的，adc模塊包括n個adc芯片，n為大于或等于2的正整數(shù)，其中，第1個adc芯片用于對被測交流信號的目標(biāo)電壓信號進(jìn)行采樣與量化得到第一電壓子信號，以及第1個adc芯片還用于對被測交流信號的j路電流信號進(jìn)行采樣與量化得到第一電流子信號，其中，第一數(shù)字信號包括第一電壓子信號，第二數(shù)字信號包括第一電流子信號，j為大于或等于3的正整數(shù)；第i個adc芯片用于對被測交流信號的k路電流信號進(jìn)行采樣與量化得到第i個電流子信號，其中，n個adc芯片包括第1個adc芯片和第i個adc芯片，i為大于或等于2、且小于或等于n的正整數(shù)，k為大于或等于3的正整數(shù)。

9、通過采用上述技術(shù)方案，通過使用多個adc芯片，每個adc芯片負(fù)責(zé)不同路的電流信號采樣，可以減少單個adc芯片的工作負(fù)擔(dān)，降低采樣誤差，從而提高采樣精度；多個adc芯片的并行工作模式可以提高系統(tǒng)的冗余度，即使某個adc芯片出現(xiàn)故障，其他adc芯片仍能正常工作，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；第1個adc芯片不僅對目標(biāo)電壓信號進(jìn)行采樣，還同時對多路電流信號進(jìn)行采樣，而第i個adc芯片也對多路電流信號進(jìn)行采樣，這種設(shè)計使得系統(tǒng)能夠?qū)Χ嗦沸盘栠M(jìn)行同步采樣，保證了信號之間的相對時間關(guān)系，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性；n個adc芯片的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，適應(yīng)不同應(yīng)用場景下的多路電流信號測量需求，提高了系統(tǒng)的靈活性和適用范圍。本技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)對多路電流信號的高精度同步采樣。

10、可選的，目標(biāo)adc芯片為adc模塊中的任一個adc芯片，其中，目標(biāo)adc芯片的時鐘輸入端與時鐘發(fā)生器模塊的輸出端電連接，目標(biāo)adc芯片的spi接口中的各個接口分別與第二spi接口中的對應(yīng)接口電連接；目標(biāo)adc芯片的目標(biāo)標(biāo)志端口與主控模塊的第一輸入端電連接，目標(biāo)標(biāo)志端口被設(shè)置為在目標(biāo)adc芯片完成一次采樣時向主控模塊發(fā)出預(yù)設(shè)電平信號，以便于主控模塊讀取第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號。

11、通過采用上述技術(shù)方案，目標(biāo)adc芯片的時鐘輸入端與時鐘發(fā)生器模塊的輸出端電連接，確保了adc模塊能夠根據(jù)實(shí)時變化的頻率進(jìn)行精確采樣，避免了因固定頻率采樣導(dǎo)致的誤差；目標(biāo)adc芯片的spi接口與主控模塊的第二spi接口對應(yīng)連接，實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)傳輸，減少了通信延遲，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度；目標(biāo)adc芯片的目標(biāo)標(biāo)志端口與主控模塊的第一輸入端電連接，當(dāng)目標(biāo)adc芯片完成一次采樣時，會向主控模塊發(fā)出預(yù)設(shè)電平信號，使主控模塊能夠及時讀取到最新的采樣數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性；通過目標(biāo)標(biāo)志端口的預(yù)設(shè)電平信號，主控模塊可以確認(rèn)每次采樣的完成情況，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

12、可選的，目標(biāo)adc芯片的spi接口中的miso接口通過三態(tài)緩沖器與第二spi接口中的對應(yīng)接口電連接；第二spi接口的其他接口通過第一緩沖器分別與目標(biāo)adc芯片的spi接口中對應(yīng)的接口電連接，其中，其他接口包括clk接口、cs接口及mosi接口。

13、通過采用上述技術(shù)方案，通過引入三態(tài)緩沖器連接目標(biāo)adc芯片的miso（主入從出）接口與第二spi接口中的對應(yīng)接口，可以確保在多個adc芯片共享spi總線時，只有一個adc芯片能夠在任何給定時間點(diǎn)上向主控模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。這避免了通信沖突，確保了數(shù)據(jù)通信的可靠性和穩(wěn)定性；三態(tài)緩沖器的使用還允許在數(shù)據(jù)傳輸過程中有效地控制數(shù)據(jù)流向。通過第一緩沖器連接第二spi接口中的clk（時鐘）、cs（片選）及mosi（主出從入）接口與目標(biāo)adc芯片的spi接口中對應(yīng)的接口，可以減少信號在傳輸過程中的干擾和衰減。緩沖器具有信號放大和隔離的功能，能夠增強(qiáng)信號的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，從而提高數(shù)據(jù)通信的可靠性。

14、可選的，測頻模塊的輸出端與主控模塊的第二輸入端電連接，測頻模塊中包括過零檢測電路，測頻模塊利用過零檢測電路將被測交流信號轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號。

15、通過采用上述技術(shù)方案，測頻模塊能夠?qū)崟r檢測被測交流信號的過零點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號，從而實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測量；主控模塊基于目標(biāo)電平信號可以準(zhǔn)確判斷被測交流信號的當(dāng)前頻率，進(jìn)而動態(tài)調(diào)整時鐘發(fā)生器模塊的輸出時鐘頻率，確保adc模塊在不同頻率下的采樣頻率始終與被測交流信號的實(shí)際頻率匹配，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和測量準(zhǔn)確性。

16、可選的，一組電參數(shù)包括電壓值、電流值、視在功率、有功功率及無功功率。

17、通過采用上述技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)對被測交流信號的多種電參數(shù)的精確測量，具體包括電壓值、電流值、視在功率、有功功率及無功功率。這種多參數(shù)測量能力使得系統(tǒng)能夠全面反映交流信號的特性，提高了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，適用于各種復(fù)雜的電力應(yīng)用場景。

18、第二方面，本技術(shù)還提供了一種變頻采樣方法，應(yīng)用于前述的變頻采樣系統(tǒng)中，包括：利用測頻模塊將被測交流信號轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號，并傳輸給主控模塊；主控模塊基于目標(biāo)電平信號確定被測交流信號的當(dāng)前頻率；主控模塊將當(dāng)前頻率與原始頻率進(jìn)行比較；主控模塊在確定當(dāng)前頻率與原始頻率不相等的情況下，向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令，以指示時鐘發(fā)生器模塊對輸出的時鐘信號的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)整；時鐘發(fā)生器模塊向adc模塊輸出時鐘信號，以驅(qū)動adc模塊按照采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行采樣，得到第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，其中，采樣頻率等于當(dāng)前頻率的預(yù)定倍數(shù)；adc模塊將第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號傳輸給主控模塊；主控模塊根據(jù)第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號計算被測交流信號的一組電參數(shù)。

19、通過采用上述技術(shù)方案，測頻模塊將被測交流信號轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號并傳輸給主控模塊，使得主控模塊可以實(shí)時獲取到被測交流信號的當(dāng)前頻率，主控模塊基于目標(biāo)電平信號確定被測交流信號的當(dāng)前頻率，并將其與原始頻率進(jìn)行比較，如果不同，則向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令，確保時鐘信號的時鐘頻率與被測交流信號的當(dāng)前頻率匹配；時鐘發(fā)生器模塊根據(jù)頻率調(diào)整指令調(diào)整輸出的時鐘信號的時鐘頻率，使adc模塊能夠按照新的采樣頻率進(jìn)行采樣，確保采樣頻率始終與被測交流信號的當(dāng)前頻率匹配。adc模塊根據(jù)調(diào)整后的采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行電壓和電流采樣與量化，得到第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號，并將這些信號傳輸給主控模塊，主控模塊基于接收到的第一數(shù)字信號和第二數(shù)字信號計算出被測交流信號的一組電參數(shù)，如電壓值、電流值、視在功率、有功功率及無功功率，從而實(shí)現(xiàn)對被測交流信號的全面精確測量。這種方法特別適用于被測交流信號頻率有大幅度變動的應(yīng)用場景，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法準(zhǔn)確測量的問題，提高了系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性。本技術(shù)方案提供的變頻采樣方法能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時監(jiān)測和調(diào)整采樣頻率，確保在被測交流信號頻率變化時仍能準(zhǔn)確采集信號，從而提高測量精度和可靠性。

20、可選的，主控模塊在確定當(dāng)前頻率與原始頻率不相等的情況下，向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令，以指示時鐘發(fā)生器模塊對輸出的時鐘信號的時鐘頻率進(jìn)行調(diào)整，包括：主控模塊向時鐘發(fā)生器模塊發(fā)送頻率調(diào)整指令；時鐘發(fā)生器模塊基于頻率調(diào)整指令將時鐘信號的時鐘頻率調(diào)整至目標(biāo)時鐘頻率；時鐘發(fā)生器模塊向adc模塊輸出時鐘信號，以驅(qū)動adc模塊按照采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行采樣，包括：時鐘發(fā)生器模塊向adc模塊輸出目標(biāo)時鐘頻率的時鐘信號，以驅(qū)動adc模塊按照采樣頻率對被測交流信號進(jìn)行采樣。

21、通過采用上述技術(shù)方案，能夠在被測交流信號頻率變化時，實(shí)時調(diào)整時鐘信號的頻率，從而確保adc模塊始終以正確的采樣頻率進(jìn)行采樣；這不僅提高了系統(tǒng)的靈活性，還能在頻率大幅波動的應(yīng)用場景下，保證信號測量的準(zhǔn)確性，有效解決了傳統(tǒng)方法因頻率變化而無法準(zhǔn)確測量的問題。具體來說，主控模塊能夠快速響應(yīng)頻率變化，精確生成頻率調(diào)整指令，時鐘發(fā)生器模塊則能迅速調(diào)整輸出時鐘信號的頻率，使得adc模塊的采樣頻率始終保持與當(dāng)前頻率匹配，從而準(zhǔn)確采集被測交流信號。

22、綜上，本技術(shù)實(shí)施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

23、1、能夠?qū)崿F(xiàn)對變頻交流信號的精確測量，能夠在被測交流信號頻率變化較大的應(yīng)用場景中，有效提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性；

24、2、能夠?qū)崿F(xiàn)對多路電流信號的高精度同步采樣，n個adc芯片的數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活配置，適應(yīng)不同應(yīng)用場景下的多路電流信號測量需求，提高了系統(tǒng)的靈活性和適用范圍；

25、3、測頻模塊能夠?qū)崟r檢測被測交流信號的過零點(diǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)電平信號，從而實(shí)現(xiàn)高精度的頻率測量；主控模塊基于目標(biāo)電平信號可以準(zhǔn)確判斷被測交流信號的當(dāng)前頻率，進(jìn)而動態(tài)調(diào)整時鐘發(fā)生器模塊的輸出時鐘頻率，確保adc模塊在不同頻率下的采樣頻率始終與被測交流信號的實(shí)際頻率匹配，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和測量準(zhǔn)確性。