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一次信號進(jìn) 行微分的信號，因此，要恢復(fù)與一次信號成正比例的信號就必須有相應(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對積分結(jié)果產(chǎn)生影 響，造成積分誤差，對電子互感器一次側(cè)的信號還原不準(zhǔn)確。
[0005] 《電子測量技術(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)采集信號的序號，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號，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)采集信號的序號，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號，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)采集信號的序號，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號，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 一個采樣周期，a和0為設(shè)定系數(shù)。
[0043]下面對本發(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，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實(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)采集信號的序號，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號，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)采集信號的序號，x(n)為在二次側(cè)采集到的信號，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】H01F38/32GK105957703SQ201610430451
【公開日】2016年9月21日
【申請日】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