一種電子式互感器相位校正方法和相位校正器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電子式互感器相位校正方法和相位校正器，系統(tǒng)傳遞函數(shù)為y(n)＝A*B*[x(n)–y(n?2)]+(A+B)[x(n?1)?y(n?1)]+x(n?2)。本發(fā)明提供的相位校正方法和相位校正器采用雙線性算法，在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)0°?15.75°的相位調(diào)節(jié)范圍。本發(fā)明提供的方案計(jì)算方法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，對(duì)處理器性能的要求低，即使在多通道的情況下，一般的FPGA和嵌入式處理器即可滿(mǎn)足要求，節(jié)約了成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種電子式互感器相位校正方法和相位校正器
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，具體設(shè)及一種電子式互感器相 位校正方法，即相位校正器的設(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(wú)法滿(mǎn)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] 電子互感器測(cè)量精度普遍要求是0.2級(jí)，部分場(chǎng)合要求達(dá)到0.2S級(jí)。目前除了基于 羅氏線圈原理的電流互感器外，還有基于電容分壓、電阻分壓、阻容分壓等原理的電壓互感 器。但是不同原理的電子式互感器之間存在很大的相位誤差和幅值誤差，即使相同原理的 傳感頭，由于工藝及參數(shù)的不同，也同樣存在很大的誤差。
[0004] 目前電子式互感器用來(lái)消除相位誤差的方式是采用拉格朗日插值定理，通過(guò)后級(jí) 的合并單元來(lái)實(shí)現(xiàn)。拉格朗日插值定理是一種比較成熟的方案，但是算法復(fù)雜，運(yùn)算量很 大，尤其是在多通道的情況下，對(duì)處理器的性能要求很高，一般的FPGA或者低性能的嵌入式 處理器很難滿(mǎn)足要求，而高性能的處理器的成本也比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種電子式互感器相位校正方法和相位校正器，用于解決相位校正 時(shí)由于算法復(fù)雜而需要高性能處理器的問(wèn)題。
[0006] -種電子式互感器相位校正方法，包括通過(guò)W下系統(tǒng)傳遞函數(shù)：y(n) =A*B*[X (n)-y(n-2)] + (A+B)[x(n-l)-y(n-l)]+x(n-2)進(jìn)行相位校正運(yùn)算的步驟；
[0007] 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)為相位校 正后的數(shù)據(jù);A為電子式互感器系數(shù)，B為采集回路系數(shù)。
[000引一種電子式互感器相位校正器，包括通過(guò)W下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n)=A地*[x(n)-y (n-2) ] + (A+B) [x(n-l )-y(n-l) ]+x(n-2)進(jìn)行相位校正運(yùn)算的模塊；
[0009] 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)為相位校 正后的數(shù)據(jù);A為電子式互感器系數(shù)，B為采集回路系數(shù)。
[0010] 本發(fā)明提供的方案計(jì)算方法簡(jiǎn)單，運(yùn)算量小，對(duì)處理器性能的要求低，即使在多通 道的情況下，一般的FPGA和嵌入式處理器即可滿(mǎn)足要求，節(jié)約了成本。
[0011] 本發(fā)明的系統(tǒng)傳遞函數(shù)中的參數(shù)A和B都是根據(jù)電子式互感器和采集回路的實(shí)際 參數(shù)進(jìn)行變化的，當(dāng)采用不同的電子式互感器或應(yīng)用在不同的采集回路時(shí)，只需根據(jù)電子 式互感器和采集回路中的參數(shù)改變系統(tǒng)傳遞函數(shù)中A、B的值即可。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖I為移相濾波器的模擬電路；
[0013] 圖2位傳遞函數(shù)幅頻和相頻特性曲線；
[0014] 圖3-KA<0和0<A<1范圍內(nèi)相移特性曲線(橫軸A = x/1024);
[0015] 圖4系統(tǒng)幅值特性曲線；
[0016] 圖5系統(tǒng)對(duì)異常波形特性響應(yīng)特性。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 本發(fā)明提供的電子互感器相位校正方法，是通過(guò)數(shù)字算法來(lái)消除電子式互感器采 集信號(hào)的相位誤差;所述數(shù)字算法通過(guò)模擬示波器演化而來(lái)，并通過(guò)一種二階數(shù)字濾波器 來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體方法如下：
[0018] 本發(fā)明提供的電子互感器相位校正方法，其算法的模擬濾波器原型如圖1所示，其 中電阻R1=R3，R2采用可調(diào)電阻，其阻值和系統(tǒng)相移呈線性關(guān)系，0<R2<2R1。運(yùn)種濾波器在 實(shí)現(xiàn)低通濾波功能的同時(shí)，還能通過(guò)調(diào)節(jié)Rl的阻值實(shí)現(xiàn)相位調(diào)節(jié)。由于該濾波器的反饋與 增益成正比，所有在相位調(diào)節(jié)的過(guò)程中，信號(hào)的幅值不會(huì)發(fā)生變化。
[0019] 將圖1所示的濾波器的傳遞函數(shù)經(jīng)過(guò)拉普拉斯變化，得到函數(shù)
[0020] H(S) =Vout(S)Ain(S) = (-Yl*S+Y2)/(Y3*S+Y4)
[0021] 其中 y1=R2*R3*C，Y3 = R1*R^C，Y2 = Y4 = R1。
[0022] 通過(guò)雙線性變換法，將其轉(zhuǎn)換為離散域的傳遞函數(shù)，且體力?巧是將整個(gè)頻率軸上 的頻率范圍壓縮到± VT之間，再用z = esT轉(zhuǎn)換到Z平面上，領(lǐng)
，將其代入到H(S) 中，得到函數(shù)
[0023] H(Z) = (-A+Z-i)/(l-A*Z_i)
[0024] 其中-1<A<1;
[0025] 其離散域的傳遞函數(shù)為
[0026] NUM= [-A 1]；
[0027] DEN= [1 -A];
[0028] 為了提升算法的性能，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中的效率，實(shí)現(xiàn)電子式互感器和采集回路 系數(shù)獨(dú)立調(diào)節(jié)，將兩級(jí)系統(tǒng)傳遞函數(shù)進(jìn)行級(jí)聯(lián)，設(shè)采集回路系數(shù)為B，經(jīng)過(guò)卷積運(yùn)算，原來(lái)的 一階系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為二階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)如下：
[0029] NUM= [AB A+B 1]；
[0030] DEN= [1 A+B AB];
[0031] 通過(guò)分別調(diào)節(jié)系數(shù)A和B的輸入值，就可W實(shí)現(xiàn)電子互感器和采集回路的精度校 正。
[0032] 將傳遞函數(shù)轉(zhuǎn)換為離散域的表達(dá)式為：
[0033] y(n)=A*B*[x(n)-y(n-2)]+(A+B)[x(n-l)-y(n-l)]+x(n-2)
[0034] 下面對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)行驗(yàn)證。
[0035] 通過(guò)Matlab對(duì)系數(shù)-KA<1范圍內(nèi)的相位曲線和幅值曲線進(jìn)行仿真，其波形分別3 和圖4所示。
[0036] 圖3是相位曲線，A值對(duì)應(yīng)橫軸x/1024。由圖3可知，在-0.5<A<1的范圍內(nèi)，線性度非 常理想。當(dāng)曲線A<-0.5時(shí)，其曲線特性變差，其斜率變睹，移相分辨率變差，不再適合算法使 用。我們選取其特性理想曲線，-0.5<4<1，-0.5<8<1，在整個(gè)可調(diào)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)0°-15.75。 的相位調(diào)節(jié)范圍。
[0037] 圖4是在全調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的幅值線性度曲線。由圖4可知，在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，幅值波 動(dòng)不超過(guò)0.2%。。相比較于電子式互感器測(cè)量精度2%。的要求，完全可W忽略。
[0038] 整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)Matlab加激勵(lì)仿真，并在實(shí)際產(chǎn)品中經(jīng)過(guò)了驗(yàn)證，對(duì)正常輸入波形 及異常波形的響應(yīng)非常理想，如圖5所示。
[0039] 依照上述方法，可W得到一種電子式互感器相位校正器，該相位校正器的系統(tǒng)傳 遞函數(shù)為:y(n)=A 地 *[x(n)-y(n-2)] + (A+B)[x(n-l)-y(n-l)]+x(n-2)，參數(shù)解釋等于上述 方法。該相位校正器并不是硬件相位校正器，而是一種軟件實(shí)現(xiàn)的相位校正器，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。
[0040] W上給出了本發(fā)明設(shè)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，運(yùn)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，運(yùn)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. 一種電子式互感器相位校正方法，其特征在于，包括通過(guò)以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n) = A*B*[x(n)-y(n-2)] + (A+B)[x(n-l)-y(n-l)]+x(n-2)進(jìn)行相位校正運(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)為相位校正后 的數(shù)據(jù);A為電子式互感器系數(shù)，B為采集回路系數(shù)。2. -種電子式互感器相位校正器，其特征在于，包括通過(guò)以下系統(tǒng)傳遞函數(shù):y(n)=A* B*[x(n)-y(n-2)] + (A+B)[x(n-l)-y(n-l)]+x(n-2)進(jìn)行相位校正運(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)為相位校正后 的數(shù)據(jù);A為電子式互感器系數(shù)，B為采集回路系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01R35/02GK106019198SQ201610509964
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月28日
【發(fā)明人】牟濤, 楊智德, 李剛, 朱建斌, 趙應(yīng)兵, 閆志輝, 尹明, 王曉鋒, 劉曉霞, 劉星, 田志國(guó), 潘丁, 王振華, 倪傳坤, 金全仁
【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(guó)家電網(wǎng)公司