一種模擬量校正方法及基于該方法的單cpu低壓保護裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬量校正方法及基于該方法的單CPU低壓保護裝置,電路系統(tǒng)中低端信號采集設(shè)備及精度較低的電阻電容等硬件會在電信號傳輸過程中造成信號的幅值及相位誤差,本發(fā)明模擬量校正方法通過對待檢電路輸入標(biāo)準(zhǔn)值的電壓/電流信號，對比相應(yīng)的輸入和輸出值,并結(jié)合三相電的相位關(guān)系，計算出待檢電路各相電電壓/電流校正向量系數(shù),在正常采集中,通過該系數(shù)對低端設(shè)備的采集值進行校正,有效提高了電路的測量精度,同時降低了電路硬件設(shè)備的制造成本。
【專利說明】一種模擬量校正方法及基于該方法的單CPU低壓保護裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種模擬量校正方法及基于該方法的單CPU低壓保護裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在電網(wǎng)技術(shù)中，繼電保護非常重要，它保護了輸變電系統(tǒng)中所有昂貴的一次設(shè)備，沒有了繼電保護，在故障發(fā)生時將損毀一次設(shè)備造成嚴重的經(jīng)濟損失，并造成輸電系統(tǒng)的癱瘓，因此繼電保護設(shè)備就顯得格外重要。特別是中低壓保護，因為中低壓保護的設(shè)備眾多。目前本領(lǐng)域使用的中低壓保護中基本采用多CPU系統(tǒng)，如圖1所示的電路保護系統(tǒng)采用了雙CPU，并使用了同步采樣的外部AD (模數(shù)轉(zhuǎn)換)芯片，構(gòu)成較為復(fù)雜。
[0003]多CPU系統(tǒng)的方案缺點在于成本代價比較高，且芯片越多，故障點也就越多；其次，為了協(xié)調(diào)多CPU之間的配合，使得軟件的設(shè)計也相應(yīng)地復(fù)雜化，每個CPU都需要燒寫對應(yīng)的軟件，軟件中一些細微的錯誤就會造成2個CPU無法配合，使制造過程不便于管理。
[0004]在電力系統(tǒng)中電信號模擬量的測量一般采用AD采集電路，如圖2所示，首先將模擬量通過調(diào)理電路轉(zhuǎn)換成AD芯片能采集的電壓信號，再通過濾波電路濾掉高頻信號，最后接入AD芯片。一般調(diào)理電路和濾波電路都有電容或存在耦合電容，有電容的存在就使處理后的信號與原始信號存在相差，由于器件的差異和印刷線路板走線的差異會造成每個測量回路的電容不同，因此同樣的信號經(jīng)過不同測量回路處理后信號與原始信號的相差也不相同。同樣的道理由于電阻的差異也造成同樣的信號經(jīng)過不同測量回路處理后的信號的幅值也不相同。為了達到較高精度，一般選用同步采樣的AD芯片，電阻電容的也選擇精度高的電阻電容，印刷線路板走線也盡量形狀長度保持一致，使印刷線路板各回路的電阻電容一致，確保各個回路處理后的信號與原始信號之間的相差和幅值保持在精度要求的范圍內(nèi)，但是同步采樣的AD芯片及高精度的電阻電容都比較昂貴，而且這種方法對印刷線路板走線要求太高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和缺點，提供一種電路模擬量的校正方法，用于校正低精度采集電路在電信號傳輸過程中給電信號帶來的誤差，基于該校正方法，可簡化現(xiàn)有的低壓電路保護系統(tǒng)，降低硬件成本。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0007]一種模擬量校正方法，用于AD采樣電路的校準(zhǔn)，包括電信號的幅值校正和相位校正，具體為以下步驟:
[0008]校準(zhǔn)時，首先向電路輸入設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)幅值、標(biāo)準(zhǔn)相角的電壓電流信號。進行幅值校正時，用所述標(biāo)準(zhǔn)幅值除以實際測得的電信號幅值便得到了幅值的校正系數(shù)。而相角的校正相對復(fù)雜些，由于采樣起始點不同計算出的相角也不同，故相角是一個相對的值，我們一般默認A相電壓的相角為O度。[0009]輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號包括A相、B相、C相,將A相電壓的相角設(shè)為O度,作為參照,則:
[0010]Ua = U.Sin (ω t) = RUa+jXUa
[0011]Ub = U.sin(cot+120。) = Rub+jXub
[0012]Uc = U.sin(cot+240。) = RUc+jXUc
[0013]Ia = I.sin (ω t-30° ) = RIa+jXIa
[0014]Ib = I.sin (ω t-150° ) = Rlb+jXlb
[0015]Ic = I.sin (ω t-270° ) = RIc+jXIc
[0016]上式中，Ua、Ub、Uc分別為輸入的標(biāo)準(zhǔn)A相、B相、C相電壓，Rua、Rub> Ruc、XUa、Xub、Xuc分別為向量表不的輸入A相、B相、C相電壓的實部和虛部，U為輸入電壓的幅值；Ia、Ib、I。分別為輸入的標(biāo)準(zhǔn)A相、B相、C相電流，RIa、RIb、Rlc, XIa、XIb、Xlc分別為向量表示的輸入A相、B相、C相電流的實部和虛部，I為輸入電流的幅值；t為時間，ω為角頻率，j為虛數(shù)單位；
[0017]對應(yīng)上述輸入值，將AD采樣值進行傅立葉變換后輸出:
[0018]Uacal — RuaCal +J \aCal
[0019]Ubcal = RubCal +jXubCal
[0020]Uccal = RUcCal+jXUcCai
[0021]IaCal — RlaCal + J^IaCal
[0022]Ibcal = RIbCal+jXIbCal
[0023]IcCal — RlcCal + J^IcCal
[0024]上式中，Uacal, Ubcal、Uccal分別為采樣值經(jīng)傅立葉變換得到的A相、B相、C相電壓，
^UaCal、RubCal、^UcCal、^UaCal、^UbCal、^UcCal 分別為向量表示的 UaCal、Uj3Cal、^cCal 的實部和虛部；IaCal、
Ibcal > Iecal分別為采樣值經(jīng)傅立葉變換得到的A相、B相、C相電流，
RlaCal、RlbCal、RlcCal、AaCal、
XlbCal、XlcCal 分別為 laCal、IbCal、IcCal 的實部和虛部。
[0025]電壓信號的校正過程如下:
[0026]a)校準(zhǔn)A相電壓，求A相電壓的校正向量Adja:



fff.[0027]Adjs = Rlleadj +JMacmdj =.........(I)

MaCat +4aCat
[0028]上式中，Ruaadj, Xuaadj為校正向量Adja的實部和虛部，由于Ua的相角默認為O度，jXUa> jXUaCal> JXuaadj實際為零，故A相校正向量只需考慮其幅值校正系數(shù)。
[0029]既求得測量電路A相電壓的校正向量，在AD正常采集中，將經(jīng)傅立葉變換的AD采樣值帶入公式(2)中，即得到A相電壓的校正值:
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種模擬量校正方法,用于AD米樣電路的校準(zhǔn),包括電信號的幅值校正和相位校正，其特征在于，包括以下步驟: 校準(zhǔn)時，首先向電路輸入標(biāo)準(zhǔn)幅值、標(biāo)準(zhǔn)相角的電壓電流信號，電壓信號的校正過程如下: 輸入的標(biāo)準(zhǔn)電壓包括A相、B相、C相電壓,將A相電壓的相角設(shè)為O度,作為參照,則: Ua = U.sin(cot) = RUa+jXUa Ub = U.sin(cot+120。) = Rub+J-Xub Uc = U.sin (ω t+240° ) = RUc+jXUc 上式中，Ua、Ub、Uc分別為輸入的標(biāo)準(zhǔn)A相、B相、C相電壓，Rua, Rub, RUc;、XUa、Xub, Xuc分別為向量表不的輸入A相、B相、C相電壓的實部和虛部，U為輸入電壓的幅值； 對應(yīng)上述輸入值，將AD采樣值進行傅立葉變換后輸出:
UaCal RuaCal+jXlJaCal
UbCal — RubCal+jXubCal
UcCal — RucCal+J^UcCal 上式中， UaCal、UbCal、^cCal 分別為經(jīng)傅立葉變換得到的A相、B相、C相電壓，Ruacal, Rubcal,RueCal > XuaCal > h、XucCal分別為向量表示的傅立葉變換得到的A相、B相、C相電壓的實部和虛部； a)校準(zhǔn)A相電壓，由式⑴求出A相電壓的校正向量Adja，將設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓值帶入式⑴:

Mc^ec Adja = Rllaadj +JXuaadf(1)
上式中， ^Uaadj Λ ^Uaadj
為校正向量Adja的實部和虛部； 在AD正常采集中，將經(jīng)傅立葉變換的AD采樣值帶入公式(2)中，即得到A相電壓的校正值:
Uaadjed； = UaCal ' * Adja(2) 上式中，Uaca/為經(jīng)傅立葉變換的未校正的A相采樣值，Uaatued'為校正后的A相電壓值； b)校準(zhǔn)B相電壓、C相電壓，由式(3)、式(4)求B相電壓的校正向量Adjb和C相電壓的校正向量Adj。，將設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓值帶入式(3)、式(4)中:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬量校正方法，其特征在于，還包括電流信號的校正，校準(zhǔn)時，輸入的標(biāo)準(zhǔn)電流為:
Ia = I.sin(cot-30° ) = RIa+jXIa
Ib = I * sin(cot-150。) = RIb+jXIb
Ic = I.sin (ω t-270° ) = RIc+j'XIc 上式中，Ia、Ib、I。分別為輸入的標(biāo)準(zhǔn)A相、B相、C相電流，RIa、RIb、Rlc, Xla, Xlb, Xlc分別為向量表示的輸入A相、B相、C相電流的實部和虛部，I為輸入電流的幅值； 對應(yīng)上述輸入值，AD將采樣值經(jīng)傅立葉變換后輸出:
IaCal RlaCal+jXlaCal
IbCal — RlbCal+J^IbCal
IcCal 一 RlcCal+J-^IcCal 上式中，I

aCal、-^bCal、了 cCal

分別為傅立葉變換得到的A相、B相、C相電流，Rlacai > RlbCal > RlcCal >XlcCal > XlbCal > XlcCal分別為向量表示的傅立葉變換得到的A相、B相、C相電流的實部和虛部；電流的校正向量式如下:

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬量校正方法，其特征在于，電路相間電壓、視在功率、有功功率、無功功率或功率因數(shù)的校正通過校正后的電壓和電流值計算獲得。
4.一種基于權(quán)利要求1、2或3所述的一種模擬量校正方法的單CPU低壓保護裝置，其特征在于: 包括一 CPU微處理器單元及與所述微處理器單元連接的開關(guān)量輸入/輸出單元、繼電器單元、存儲器單元、定時器單元和外部接口，所述微處理器單元與AD信號采集電路連接，所述外部接口包括人機接口和通訊接口，所述人機接口與顯示器、輸入裝置或警示設(shè)備連接，所述通訊接口與后臺計算機系統(tǒng)連接； 所述微處理器單元檢測分析開關(guān)量的輸入信號，通過開關(guān)量輸出系統(tǒng)向繼電器發(fā)出控制命令；所述微處理器單元接收AD裝置的采樣信號，并通過模擬量校正方法完成對電信號采樣值的校正。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單CPU低壓保護裝置，其特征在于，所述AD裝置為非同步采樣AD。
【文檔編號】H02H7/00GK103487778SQ201310476013
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】沈波, 陳偉, 張厚成, 蔡黎明 申請人:南京深科博業(yè)電氣股份有限公司