[發明專利]非穩態數據實時采集數據壓縮方法

有效

• 申請號: 201810312748.3
• 申請日: 2018-04-09
• 公開（公告）號: CN108616280B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 杜林;陳偉根;王有元;李劍;萬福;余輝宗;王棣生
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H03M7/30
• 分類號: H03M7/30
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種非穩態數據實時采集數據壓縮方法，該方法基于FPGA平臺和硬件描述語言，FPGA平臺分別連接至模數轉換器和外部存儲器，模擬信號通過信號調理電路輸入模數轉換器，具體包含：S1：初始化FPGA系統參數；S2：啟動ADC進行模數轉換；S3：FPGA接收ADC的AD轉換值D_I；S4：判斷|D_R?D_I|≤D_L，若是，則認為為同一數據，重復個數n＝n+1，執行步驟S5，若否，則認為數據不同，更新D_R的值，并將buff緩存器中的數據全部寫入外部存儲器，隨后buff緩存器清零，將此時的D_I值寫入buff緩存器的低N位，高16?N位記錄當前重復個數n；S5：判斷當前重復個數n是否溢出，S6：重復步驟S3?S5，直到完成采集。本發明方法提高了波形數據的完整性，能夠同時適應多種過電壓信號的完整采集。

技術領域

本發明屬于數據壓縮技術領域，涉及一種非穩態數據實時采集數據壓縮方法。

背景技術

隨著智能電網的不斷建設發展，電力系統中的在線監測技術也愈來愈重要，其中包括了電能質量監測、過電壓過電流監測、電網暫態瞬態監測等，在線監測技術很重要的一個環節就是錄波裝置的設計。波形數據的記錄，不僅僅能夠用于系統保護、故障分析，同時為智能電網的研究提供大量的數據支持。海量的電力數據需要在有限的存儲空間內保存一定的時間，以及在進行數據傳輸前,這都需要對相應的波形數據進行壓縮。目前，圖像壓縮處理的技術也應用到了電力系統數據的處理領域。

由于電力系統的數據具有自身固有的特點：電力系統中電壓、電流信號具有周期性；電力系統中電壓電流值的范圍可以確定；電力系統數據冗余量較大，對其波形還原的精度要求不高，但仍能反映系統故障的基本特征；故障時波形頻率成分復雜。因此，現有的電力數據壓縮方法主要有游程編碼、哈夫曼編碼、傅里葉變換編碼、LZSS編碼、小波變換等。其中傅里葉變換、小波變換是利用數據變換算法將是與信號轉換為頻域信號，利用頻率的集中性來壓縮相應數據，它們的壓縮比一般較大，但是容易丟失數據，并且進行頻域變換時，需要進行大量的計算；游程編碼、LZSS編碼是利用數據的重復性的特點來進行數據壓縮，由于是無損壓縮，所以對數據的壓縮效果不一定好，并且其算法也比較復雜，占用較多的CPU資源和時間。

針對在電力設備附近的只有小容量存儲器的監測裝置，其實時性和提高數據壓縮比是矛盾的，對于含有多種頻率成分的非穩態數據的高頻采集，上述數據壓縮方法的算法都太復雜，占用太多的CPU資源和處理時間。例如在記錄電力系統外部過電壓波形時，其采樣頻率高達2MHz以上，這就要求了現場處理器的數據處理時間不能太長，否則裝置的快速性將大大降低，影響過電壓監測系統的性能。此外，非穩態數據的變頻采集，雖然在一定程度上減小了存儲器的壓力，但是在波形記錄的完整性方面存在較大的缺陷。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種非穩態數據實時采集數據壓縮方法，在保證波形恢復精度的同時，對波形數據進行壓縮，減小數據量，方便小容量存儲器對波形數據的記錄。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

非穩態數據實時采集數據壓縮方法，該方法基于FPGA平臺和硬件描述語言，所述FPGA平臺分別連接至模數轉換器(ADC)和外部存儲器，模擬信號通過信號調理電路輸入所述模數轉換器，該方法具體包含如下步驟：

S1：初始化FPGA系統參數；

S2：啟動ADC進行模數轉換；

S3：FPGA接收ADC的AD轉換值D_I，并計算中間比較變量D_R與轉換值D_I的差值；