電子式互感器的數(shù)字積分方法和數(shù)字積分器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電子式互感器數(shù)字積分方法和數(shù)字積分器，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為y(n)＝A*[a*[x(n-2)-x(n)]+x(n-1)+x(n)]-B*y(n-1)本發(fā)明提供的電子式互感器數(shù)字積分方法和積分器采用雙線性算法，不易飽和；其中參數(shù)A和B的值由實(shí)際電子式互感器元器件的值決定，使本發(fā)明適用于各種電子式互感器；并且本發(fā)明的傳遞函數(shù)還設(shè)有用于相位補(bǔ)償?shù)腶，使本發(fā)明不僅能進(jìn)行積分運(yùn)算，還能進(jìn)行相位補(bǔ)償，使得到的結(jié)果更加準(zhǔn)確。
【專利說明】
電子式互感器的數(shù)字積分方法和數(shù)字積分器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電子式互感器的數(shù)據(jù)采集與處理領(lǐng)域，具體涉及一種用于電子式互感 器的數(shù)字積分方法，即數(shù)字積分器的設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電力系統(tǒng)容量和電壓等級(jí)的逐步提高，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器因體積大、 重量重、動(dòng)態(tài)范圍窄。容易產(chǎn)生鐵磁諧振，輸出量為模擬量的缺點(diǎn)，無法滿足當(dāng)前智能電網(wǎng) 的要求。電子式互感器絕緣性好，抗干擾能力強(qiáng)，不存在鐵磁諧振和磁飽和、動(dòng)態(tài)范圍大等 優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)智能電網(wǎng)的發(fā)展，在數(shù)字化變電站中得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 羅氏線圈原理的電流互感器和阻容分壓原理的電壓互感器輸出是對(duì)一次信號(hào)進(jìn) 行微分的信號(hào)，因此，要恢復(fù)與一次信號(hào)成正比例的信號(hào)就必須有相應(yīng)的積分環(huán)節(jié)。
[0004] 目前常用的方法包括模擬積分電路和數(shù)字積分器，模擬積分電路的方式，由于電 子元器件不是理想器件，運(yùn)放及其他模擬器件的時(shí)漂和溫漂等因素都會(huì)對(duì)積分結(jié)果產(chǎn)生影 響，造成積分誤差，對(duì)電子互感器一次側(cè)的信號(hào)還原不準(zhǔn)確。
[0005] 《電子測(cè)量技術(shù)》2014年9月第37卷第9期"Rogowski線圈數(shù)字積分器的分析與設(shè) 計(jì)"披露了一種數(shù)字積分器。積分器的離散方程為：
[0006] y(n) = y(n-l )+l/2[x(n)+x(n-l) ]T
[0007] 但是這種數(shù)字積分器采用的是梯形算法，容易飽和，不能進(jìn)行相位補(bǔ)償，并且適用 性差，只適用于特定的電子式互感器，當(dāng)使用到不同的數(shù)字積分器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種電子式互感器的數(shù)字積分方法和數(shù)字積分器，用于解決數(shù)字積 分器適用性差的問題。
[0009] -種電子式互感器數(shù)字積分方法，包括通過以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n)=A*[a*[x (n-2)-x(n)]+x(n-l)+x(n)]-B*y(n-l)進(jìn)行積分運(yùn)算的步驟；
[0010] 其中n為在二次側(cè)采集信號(hào)的序號(hào)，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號(hào)，y(n)為積分后 的數(shù)據(jù);a在可調(diào)范圍[0，Ts ]上取值;A = a*Ts/R*C; B = *C*Ts -1;
[0011] Ts、R、C是電子式互感器的參數(shù)，R為負(fù)載電阻，C為雜散電容，Rf是反饋電阻，Ts為 一個(gè)采樣周期，a和0為設(shè)定系數(shù)。
[0012] 所述 a = 〇.498，0 = 4〇〇。
[0013] 一種電子式互感器數(shù)字積分器，包括通過以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):7(11)=4*[&*[奴11-2)-x(n)]+x(n-l)+x(n)]-B*y(n-l)進(jìn)行積分運(yùn)算的模塊；
[0014] 其中n為在二次側(cè)采集信號(hào)的序號(hào)，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號(hào)，y(n)為積分后 的數(shù)據(jù);a在可調(diào)范圍[0，Ts ]上取值;A=a*Ts/R*C; B = *C*Ts -1;
[0015] Ts、R、C是電子式互感器的參數(shù)，R為負(fù)載電阻，C為雜散電容，Rf是反饋電阻，Ts為 一個(gè)采樣周期，a和0為設(shè)定系數(shù)。
[0016] 所述 a = 〇.498，0 = 4〇〇。
[0017] 本發(fā)明提供的方案采用的是雙線性算法，得到的傳遞函數(shù)不易飽和;在傳遞函數(shù) 中設(shè)有用于積分回路相位補(bǔ)償?shù)膮?shù)a，可以進(jìn)行相位補(bǔ)償，使得道的結(jié)果更加準(zhǔn)確;并且 傳遞函數(shù)中的參數(shù)A和B都是根據(jù)電子式互感器的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行變化的，當(dāng)采用不同的電子 式互感器時(shí)，只需根據(jù)電子式互感器中元器件的參數(shù)改變傳遞函數(shù)中A、B的值即可。
【附圖說明】
[0018]圖1為微分與積分的等效電路圖；
[0019]圖2為羅氏線圈的等效電路圖；
[0020] 圖3為Simulink仿真模型；
[0021 ]圖4為基波輸入輸出波形的對(duì)比；
[0022]圖5為系統(tǒng)幅頻和相頻特性曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明提供的電子式互感器數(shù)字積分方法，其電子式互感器的模擬微分和積分原 型如圖1所示，虛線前段是電子式互感器微分模型，虛線后端是模擬積分的模型，此處電子 式互感器微分模型采用的是羅氏線圈。
[0024]圖1中，電子式互感器的微分電路包括線圈的電感L，雜散電容C和負(fù)載電阻R，積分 回路連續(xù)域的傳遞函數(shù)為：
[0026] 將上述傳遞函數(shù)通過變換轉(zhuǎn)換為離散域，得到積分回路在離散域的傳遞函數(shù)如 下：
[0027] NUM=[A A]
[0028] DEN=[1 -B]
[0029] A = 0.498*Ts/R*C;
[0030] B = 400*Rf*C*Ts-l;
[0031]其中Ts為采樣周期，R是連接放大器負(fù)載電阻，Rf是反饋電阻，Rf/R決定著系統(tǒng)的增 益系數(shù)，Rf*C決定系統(tǒng)與電子式互感器的特性匹配。
[0032] 在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)槔硐敕e分存在系統(tǒng)飽和的問題，所以無論是模擬積分還是數(shù) 字積分都不可能實(shí)現(xiàn)理想的積分特性，最終的輸出結(jié)果存在相位差，因此需要對(duì)相位進(jìn)行 補(bǔ)償。
[0033] 采用二階插值算法相位補(bǔ)償，得到相位補(bǔ)償傳遞函數(shù)
[0034] z(n) = a*x(n) + ( l-a)*x(n-l)
[0035] 其中 〇〈a〈l;
[0036] 將相位補(bǔ)償傳遞函數(shù)與積分傳遞函數(shù)進(jìn)行卷積運(yùn)算，得到最終的系統(tǒng)傳遞函數(shù)：
[0037] y(n)=A*[a*[x(n-2)_x(n)]+x(n_l)+x(n)]_B*y(n_l)
[0038] 其中〇〈a〈l，0? 001〈A〈0? 1，0? 9〈B〈1;
[0039] 其中參數(shù)A，B的值由一次電子式互感器的參數(shù)決定，參數(shù)a用于積分回路相位補(bǔ) 償，可調(diào)范圍為Ts，分辨率為V。
[0040] 以上為本發(fā)明的理論推導(dǎo)過程，本發(fā)明的方法為:通過以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n) = A*[a*[x(n-2)-x(n)]+x(n-l)+x(n)]-B*y(n-l)進(jìn)行積分運(yùn)算；
[0041]其中n為在二次側(cè)采集信號(hào)的序號(hào)，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號(hào)，y(n)為積分后 的數(shù)據(jù);a在可調(diào)范圍[0，Ts ]上取值;A = a*Ts/R*C; B = *C*Ts -1;
[0042] Ts、R、C是電子式互感器的參數(shù)，R為負(fù)載電阻，C為雜散電容，Rf是反饋電阻，Ts為 一個(gè)采樣周期，a和0為設(shè)定系數(shù)。
[0043]下面對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行驗(yàn)證。
[0044]如圖2所示的電路圖為220kV羅氏線圈的等效電路，其傳遞函數(shù)經(jīng)過拉普拉斯變換 后為：
[0046] 將參數(shù)代入，并經(jīng)過雙線性變化后，得到傳遞函數(shù)：
[0047] NUM=[-3e-3 0]
[0048] DEN=[1.875e_9 11.15e_6 1.006]
[0049] 經(jīng)過參數(shù)匹配得到積分算法的參數(shù)A = 0.041654，B = 0.99938，a = 0.02;將電子式 互感器和積分算法組成的模型通過圖3的MATLAB內(nèi)部simulink工具仿真。其基波的輸入輸 出比較如圖4所示。整個(gè)系統(tǒng)的幅頻和相頻特性如圖5所示。通過波形我們可以看出整個(gè)系 統(tǒng)能完整的還原波形，并且具有優(yōu)秀的幅頻和相頻曲線。
[0050] 在本方法實(shí)施例中，設(shè)定系數(shù)a = 0.498，0 = 4〇〇，作為本發(fā)明的其他實(shí)施例，設(shè)定 參數(shù)a可以采用其它與0.498相近的數(shù)值，0可以采用與400相近的數(shù)值。
[0051] 依照上述方法，可以得到一種電子式互感器數(shù)字積分器，該積分器的系統(tǒng)傳遞函 數(shù)為:y(n) =A*[a*[x(n-2)-x(n) ]+x(n-l )+x(n) ]-B*y(n-l)，參數(shù)解釋等與上述方法相同。 該積分器并不是硬件積分器，而是一種軟件實(shí)現(xiàn)的數(shù)字積分器，依照上述方法進(jìn)行編程即 可實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行于采集設(shè)備中。
[0052]以上給出了本發(fā)明涉及的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。 在本發(fā)明給出的思路下，采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對(duì)上述實(shí)施例中的技 術(shù)手段進(jìn)行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同、實(shí)現(xiàn) 的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行微調(diào)形成的，這種技術(shù) 方案仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電子式互感器數(shù)字積分方法，其特征在于，包括通過以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n) = A*[a*[x(n-2)-x(n)]+x(n-l)+x(n)]-B*y(n-l)進(jìn)行積分運(yùn)算的步驟； 其中η為在二次側(cè)采集信號(hào)的序號(hào)，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號(hào)，y(n)為積分后的數(shù) 據(jù);a在可調(diào)范圍[0，Ts]上取值;A = a*Ts/R*C;B = 0*Rf*OTs-l; Ts、R、C是電子式互感器的參數(shù)，R為負(fù)載電阻，C為雜散電容，Rf是反饋電阻，Ts為一個(gè)采 樣周期，a和β為設(shè)定系數(shù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式互感器數(shù)字積分方法，其特征在于，所述α = 0.498，β = 400 〇3. -種電子式互感器數(shù)字積分器，其特征在于，包括通過以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n)=A* [a*[x(n-2)-x(n)]+x(n-l)+x(n)]-B*y(n-l)進(jìn)行積分運(yùn)算的模塊； 其中η為在二次側(cè)采集信號(hào)的序號(hào)，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號(hào)，y(n)為積分后的數(shù) 據(jù);a在可調(diào)范圍[0，Ts]上取值;A = a*Ts/R*C;B = 0*Rf*OTs-l; Ts、R、C是電子式互感器的參數(shù)，R為負(fù)載電阻，C為雜散電容，Rf是反饋電阻，Ts為一個(gè)采 樣周期，a和β為設(shè)定系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式互感器數(shù)字積分器，其特征在于，所述α = 0.498，β = 400 〇
【文檔編號(hào)】H01F38/32GK105957703SQ201610430451
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】牟濤, 楊智德, 趙應(yīng)兵, 朱建斌, 白申義, 李剛, 劉曉霞, 樊占峰, 李貞
【申請(qǐng)人】許繼集團(tuán)有限公司, 許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司, 國家電網(wǎng)公司