本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)設(shè)備可靠性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)能源日益短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重等問(wèn)題正推動(dòng)著傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的轉(zhuǎn)變，智能電網(wǎng)能為經(jīng)濟(jì)社會(huì)提供安全、高效、清潔、友好的電力服務(wù)，自2009年國(guó)家電網(wǎng)公司提出建設(shè)統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)以來(lái)，智能電網(wǎng)在中國(guó)得到了迅猛發(fā)展。

作為數(shù)字計(jì)量系統(tǒng)中，電流互感器是重要組成部分之一，尤其是具有高準(zhǔn)確度的Rogowski線圈電流互感器，而對(duì)輸出信號(hào)的積分運(yùn)算是高準(zhǔn)確度Rogowski線圈電流互感器信號(hào)處理過(guò)程中很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，高準(zhǔn)確度Rogowski線圈電流互感器離不開(kāi)高準(zhǔn)確度、高穩(wěn)定性的積分器設(shè)計(jì)。模擬積分電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但易受模擬器件分散性、溫漂和零漂等因素的影響，盡管有一些改進(jìn)的措施，但并不能從根本上解決這些問(wèn)題，改進(jìn)的積分電路性能也不是十分穩(wěn)定。所以，模擬積分器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中很難達(dá)到高精度的要求，因而許多研究人員開(kāi)始研究數(shù)字積分算法。

然而，現(xiàn)有的數(shù)字積分算法如矩形積分算法、梯形積分算法、Simpson積分算法及Al-Alaoui積分算法，并不能直接用于Rogowski線圈信號(hào)的積分還原。因?yàn)镽ogowski線圈輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理和A/D采樣后，其模數(shù)信號(hào)變換過(guò)程中會(huì)含有直流分量，即使很微小的直流偏移，由于積分的累加作用，隨著時(shí)間的推移，會(huì)使得數(shù)字積分輸出為無(wú)窮。其次，積分的初相位如果不為90°或-90°，會(huì)引起數(shù)字積分輸出直流偏移。因此，數(shù)字積分不能直接取代傳統(tǒng)的模擬積分器應(yīng)用于Rogowski線圈互感器。

針對(duì)這些問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法。

本發(fā)明提出的一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法，其應(yīng)用于Rogowski線圈電流互感器的信號(hào)處理，包括以下步驟：

S1，Rogowski線圈信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，變換后的信號(hào)中含有直流分量；

S2，采用改進(jìn)Al-Alaoui積分算法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行積分處理；

S3，低通濾波器將Al-Alaoui積分后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，把經(jīng)信號(hào)調(diào)理和A/D采樣后，模數(shù)信號(hào)變換過(guò)程中含有的直流分量提取出來(lái)；

S4，將提取的直流分量通過(guò)PID控制器調(diào)整，反饋至改進(jìn)Al-Alaoui積分的輸入端，將輸入信號(hào)中的直流分量減去；

S5，改進(jìn)Al-Alaoui積分算法對(duì)Rogowski線圈輸出交流信號(hào)進(jìn)行積分，還原一次被測(cè)信號(hào)波形。

優(yōu)選地，所述S2中，改進(jìn)Al-Alaoui積分算法具體為：以Al-Alaoui數(shù)字積分為基礎(chǔ)，通過(guò)將采樣頻率加倍，并加入一個(gè)新的分?jǐn)?shù)延時(shí)因子，使得Al-Alaoui數(shù)字積分的幅值誤差和是相位誤差得到降低。

優(yōu)選地，PID控制器連接A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)字積分、低通濾波器、直流含量分析模塊。

本發(fā)明中，當(dāng)積分器輸入數(shù)字信號(hào)存在直流偏移或者積分初相位不為90°或-90°時(shí)，該新型數(shù)字積分算法均能識(shí)別積分后的直流偏移，并通過(guò)一定的調(diào)整方法，將輸出信號(hào)直流偏移減為0。經(jīng)仿真分析和實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)本發(fā)明設(shè)計(jì)的新型數(shù)字積分算法能很好地應(yīng)用于Rogowski線圈互感器。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中的理想積分和Al-Alaoui積分的幅值和相位響應(yīng)圖；

圖2為本發(fā)明中改進(jìn)的Al-Alaoui數(shù)字積分與理想積分之間的幅值誤差示意圖；

圖3為本發(fā)明中改進(jìn)的Al-Alaoui數(shù)字積分與理想積分之間的相位誤差示意圖；

圖4為本發(fā)明提出的一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法的設(shè)計(jì)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步解說(shuō)。

參照?qǐng)D1-4，本發(fā)明提出的一種基于直流偏移分析和負(fù)反饋控制的數(shù)字積分算法，其應(yīng)用于Rogowski線圈電流互感器的信號(hào)處理，包括以下步驟：

S1，Rogowski線圈信號(hào)輸出經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，變換后的信號(hào)中含有直流分量；

S2，采用改進(jìn)Al-Alaoui積分算法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行積分處理；

S3，低通濾波器將Al-Alaoui積分后的信號(hào)進(jìn)行低通濾波，把經(jīng)信號(hào)調(diào)理和A/D采樣后，模數(shù)信號(hào)變換過(guò)程中含有的直流分量提取出來(lái)；

S4，將提取的直流分量通過(guò)PID控制器調(diào)整，反饋至改進(jìn)Al-Alaoui積分的輸入端，將輸入信號(hào)中的直流分量減去；

S5，改進(jìn)Al-Alaoui積分算法對(duì)Rogowski線圈輸出交流信號(hào)進(jìn)行積分，還原一次被測(cè)信號(hào)波形。

數(shù)字積分器是依據(jù)采樣定理，對(duì)信號(hào)直接進(jìn)行采樣，然后利用數(shù)值方法進(jìn)行積分。與模擬積分器相比，數(shù)字積分器不含模擬器件，性能穩(wěn)定，不受模擬器件零漂和溫漂的影響，且數(shù)字積分中最關(guān)鍵的部分在于算法，利用算法還可對(duì)模擬電路的漂移進(jìn)行補(bǔ)償。

在Al-Alaoui數(shù)字積分算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，Al-Alaoui數(shù)字積分算法傳輸函數(shù)如式為：

比較Al-Alaoui數(shù)字積分算法和理想積分算法可以看出，Al-Alaoui數(shù)字積分算法的幅頻特性非常接近理想數(shù)字積分的幅頻特性，但是相頻特性在0.577倍奈奎斯特頻率時(shí)會(huì)有1.2°的誤差。由于1.2°的相位誤差對(duì)校驗(yàn)系統(tǒng)而言是比較大的，我們希望數(shù)字積分的相頻特性與理想積分盡量一致。因此，本發(fā)明在Al-Alaoui數(shù)字積分的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。

本發(fā)明通過(guò)將采樣頻率加倍，并加入一個(gè)新的分?jǐn)?shù)延時(shí)因子，改進(jìn)后的Al-Alaoui數(shù)字積分的傳遞函數(shù)為：

在數(shù)字信號(hào)處理方面難以進(jìn)行非整數(shù)間隔的計(jì)算，因此，對(duì)采樣提高將采樣10倍后，z則變?yōu)閦10，則改進(jìn)的Al-Alaoui數(shù)字積分的傳函可以表示為：

改進(jìn)的Al-Alaoui數(shù)字積分與理想積分之間的誤差如圖2和圖3所示。圖中可以看出，改進(jìn)的Al-Alaoui數(shù)字積分與原來(lái)的Al-Alaoui數(shù)字積分相比，無(wú)論幅值誤差還是相位誤差都得到了較大程度的降低。

為了克服數(shù)字積分算法在過(guò)程中會(huì)受到信號(hào)中直流分量的影響，本發(fā)明提出了一種基于直流負(fù)反饋原理的改進(jìn)Al-Alaoui積分算法，通過(guò)負(fù)反饋的方式消除數(shù)字積分輸入信號(hào)中的不變直流分量，從而減小數(shù)字積分的誤差。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。