一种电子式互感器相位校正方法和相位校正器技术

本发明专利技术涉及一种电子式互感器相位校正方法和相位校正器，系统传递函数为y(n)＝A*B*[x(n)–y(n‑2)]+(A+B)[x(n‑1)‑y(n‑1)]+x(n‑2)。本发明专利技术提供的相位校正方法和相位校正器采用双线性算法，在整个可调范围内能够实现0°‑15.75°的相位调节范围。本发明专利技术提供的方案计算方法简单，运算量小，对处理器性能的要求低，即使在多通道的情况下，一般的FPGA和嵌入式处理器即可满足要求，节约了成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子式互感器的数据采集与处理领域，具体涉及一种电子式互感器相位校正方法，即相位校正器的设计。
技术介绍
随着电力系统容量和电压等级的逐步提高，传统的电磁式电流互感器因体积大、重量重、动态范围窄。容易产生铁磁谐振，输出量为模拟量的缺点，无法满足当前智能电网的要求。电子式互感器绝缘性好，抗干扰能力强，不存在铁磁谐振和磁饱和、动态范围大等优点，适应智能电网的发展，在数字化变电站中得到了广泛应用。电子互感器测量精度普遍要求是0.2级，部分场合要求达到0.2S级。目前除了基于罗氏线圈原理的电流互感器外，还有基于电容分压、电阻分压、阻容分压等原理的电压互感器。但是不同原理的电子式互感器之间存在很大的相位误差和幅值误差，即使相同原理的传感头，由于工艺及参数的不同，也同样存在很大的误差。目前电子式互感器用来消除相位误差的方式是采用拉格朗日插值定理，通过后级的合并单元来实现。拉格朗日插值定理是一种比较成熟的方案，但是算法复杂，运算量很大，尤其是在多通道的情况下，对处理器的性能要求很高，一般的FPGA或者低性能的嵌入式处理器很难满足要求，而高性能的处理器的成本也比较高。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电子式互感器相位校正方法和相位校正器，用于解决相位校正时由于算法复杂而需要高性能处理器的问题。一种电子式互感器相位校正方法，包括通过以下系统传递函数：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n-2)]+(A+B)[x(n-1)-y(n-1)]+x(n-2)进行相位校正运算的步骤；其中n为在二次侧采集信号的序号，x(n)为在二次侧采集到的信号，y(n)为相位校正后的数据；A为电子式互感器系数，B为采集回路系数。一种电子式互感器相位校正器，包括通过以下系统传递函数：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n-2)]+(A+B)[x(n-1)-y(n-1)]+x(n-2)进行相位校正运算的模块；其中n为在二次侧采集信号的序号，x(n)为在二次侧采集到的信号，y(n)为相位校正后的数据；A为电子式互感器系数，B为采集回路系数。本专利技术提供的方案计算方法简单，运算量小，对处理器性能的要求低，即使在多通道的情况下，一般的FPGA和嵌入式处理器即可满足要求，节约了成本。本专利技术的系统传递函数中的参数A和B都是根据电子式互感器和采集回路的实际参数进行变化的，当采用不同的电子式互感器或应用在不同的采集回路时，只需根据电子式互感器和采集回路中的参数改变系统传递函数中A、B的值即可。附图说明图1为移相滤波器的模拟电路；图2位传递函数幅频和相频特性曲线；图3-1<A<0和0<A<1范围内相移特性曲线(横轴A＝x/1024)；图4系统幅值特性曲线；图5系统对异常波形特性响应特性。具体实施方式本专利技术提供的电子互感器相位校正方法，是通过数字算法来消除电子式互感器采集信号的相位误差；所述数字算法通过模拟示波器演化而来，并通过一种二阶数字滤波器来实现。具体方法如下：本专利技术提供的电子互感器相位校正方法，其算法的模拟滤波器原型如图1所示，其中电阻R1＝R3，R2采用可调电阻，其阻值和系统相移呈线性关系，0<R2<2R1。这种滤波器在实现低通滤波功能的同时，还能通过调节R1的阻值实现相位调节。由于该滤波器的反馈与增益成正比，所有在相位调节的过程中，信号的幅值不会发生变化。将图1所示的滤波器的传递函数经过拉普拉斯变化，得到函数H(S)＝Vout(S)/Vin(S)＝(-Y1*S+Y2)/(Y3*S+Y4)其中Y1＝R2*R3*C,Y3＝R1*R2*C,Y2＝Y4＝R1。通过双线性变换法，将其转换为离散域的传递函数，具体方法是将整个频率轴上的频率范围压缩到±π/T之间，再用z＝esT转换到z平面上，领将其代入到H(S)中，得到函数H(Z)＝(-A+Z-1)/(1-A*Z-1)其中-1＜A＜1；其离散域的传递函数为NUM＝[-A 1]；DEN＝[1 -A]；为了提升算法的性能，同时在实际应用中的效率，实现电子式互感器和采集回路系数独立调节，将两级系统传递函数进行级联，设采集回路系数为B，经过卷积运算，原来的一阶系统转换为二阶系统，其传递函数如下：NUM＝[AB A+B 1]；DEN＝[1 A+B AB]；通过分别调节系数A和B的输入值，就可以实现电子互感器和采集回路的精度校正。将传递函数转换为离散域的表达式为：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n-2)]+(A+B)[x(n-1)-y(n-1)]+x(n-2)下面对本专利技术的方法进行验证。通过Matlab对系数-1<A<1范围内的相位曲线和幅值曲线进行仿真，其波形分别3和图4所示。图3是相位曲线，A值对应横轴x/1024。由图3可知，在-0.5<A<1的范围内，线性度非常理想。当曲线A<-0.5时，其曲线特性变差，其斜率变陡，移相分辨率变差，不再适合算法使用。我们选取其特性理想曲线，-0.5<A<1,-0.5<B<1,在整个可调范围内能够实现0°-15.75°的相位调节范围。图4是在全调节范围内的幅值线性度曲线。由图4可知，在整个调节范围内，幅值波动不超过0.2‰。相比较于电子式互感器测量精度2‰的要求，完全可以忽略。整个系统通过Matlab加激励仿真，并在实际产品中经过了验证，对正常输入波形及异常波形的响应非常理想，如图5所示。依照上述方法，可以得到一种电子式互感器相位校正器，该相位校正器的系统传递函数为：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n-2)]+(A+B)[x(n-1)-y(n-1)]+x(n-2)，参数解释等于上述方法。该相位校正器并不是硬件相位校正器，而是一种软件实现的相位校正器，依照上述方法进行编程即可实现，程序运行于采集设备中。以上给出了本专利技术涉及的具体实施方式，但本专利技术不局限于所描述的实施方式。在本专利技术给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本专利技术中的相应技术手段基本相同、实现的专利技术目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本专利技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子式互感器相位校正方法，其特征在于，包括通过以下系统传递函数：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n‑2)]+(A+B)[x(n‑1)‑y(n‑1)]+x(n‑2)进行相位校正运算的步骤；其中n为在二次侧采集信号的序号，x(n)为在二次侧采集到的信号，y(n)为相位校正后的数据；A为电子式互感器系数，B为采集回路系数。

【技术特征摘要】
1.一种电子式互感器相位校正方法，其特征在于，包括通过以下系统传递函数：y(n)＝A*B*[x(n)–y(n-2)]+(A+B)[x(n-1)-y(n-1)]+x(n-2)进行相位校正运算的步骤；其中n为在二次侧采集信号的序号，x(n)为在二次侧采集到的信号，y(n)为相位校正后的数据；A为电子式互感器系数，B为采集回路系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟涛，杨智德，李刚，朱建斌，赵应兵，闫志辉，尹明，王晓锋，刘晓霞，刘星，田志国，潘丁，王振华，倪传坤，金全仁，
申请(专利权)人：许继集团有限公司，许继电气股份有限公司，许昌许继软件技术有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：河南;41