CN105738686B - 一种电流检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种电流检测方法，其步骤为：1）、初始化：检测数据、累加器置零，预设计数器与累加器的初始值；2）、对电流测量数据进行处理，具体步骤为：2a）、累加；2b）、判断；2c）、输出数据；2d）、更新；3）、将更新后的数据值输出清零，返回。本发明方法根据被测电流的大小，自适应调整滤波器的长度，在有效削弱噪声影响、降低测量误差的同时，对被测电流快速、大范围变化亦具有快的响应速度。同时，本发明提供的数据处理方法可以根据实际检测条件与仪表要求灵活调整参数，且计算量小、占用资源少。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测方法，尤其是一种电流检测方法。
背景技术
电流有效值是电力电测仪表中不可或缺的测量参数。与电压有效值测量相比，不仅要面对噪声干扰的影响，还需应对动态范围宽的问题。削弱噪声干扰对测量误差的影响多采用基于微控制器的数字滤波方法。数字滤波方法在一致性、灵活性、实现成本等方面上具有较大的优势，而且不存在参数老化的问题。
在广泛使用的滤波方法中，包括防脉冲干扰与异常的限幅滤波法、中位值滤波法、限幅消抖滤波法，适应随机干扰的算术平均滤波法、滑动平均滤波法，基于FIR与IIR的一阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法，以及多种方法组合的中位值平均滤波法、限幅平均滤波法、限幅消抖滤波法、限幅消抖滤波等。然而在面对动态范围宽、变化速度快的电流信号时，上述的方法均难以适用。以滑动平均滤波法为例，滤波器队列的长度越长，对噪声的抑制作用越强，对被测量信号的响应速度越慢；反之，缩短滤波器队列长度，响应速度会提高，但滤波效果会恶化。增强卡尔曼滤波与粒子滤波对于处理该类问题具有较强的优势，但限于算法的复杂以及微控制器有限的资源较少被采用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明创造提供了一种电流检测方法，初始化后对数据依次进行累加、判断、输出数据、更新等处理，其中更新方法灵活简便，解决了现有技术中存在的滤波效果和相应速度不能同时保证，且算法复杂的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种电流检测方法，其步骤为：
1)、初始化：检测数据计数器置零，检测数据累加器置零，预设检测数据计数器阈值初值与阈值最大值NMAX，设置检测数据累加器阈值ETH和加速因子α；
2)、对于每次采样得到的电流测量数据，根据以往得到的测量数据进行处理；
2a)、累加：将当前采样得到的电流测量数据加入检测数据累加器，同时检测数据累加器+1；
2b)、判断：如果检测数据计数器数值小于检测数据计数器当前阈值并且检测数据累加器数值小于检测数据累加器阈值则返回步骤2)，否则进入步骤2c)；
2c)、输出数据：将检测数据累加器当前数值与检测数据计数器当前数值的商作为处理后的检测数据输出；
2d)、更新：根据检测数据计数器当前计数值、检测数据计数器当前阈值最大值及加速因子，更新检测数据计数器阈值；
3)、将更新后的数据值输出，对检测数据计数器、检测数据累加器清零，返回。
步骤2d)中具体更新过程为：
设检测数据计数器当前计数值为N，检测数据计数器阈值最大值NMAX，加速因子为α，检测数据计数器阈值NTH的更新值为：
其中，min()为取最小值运算,加速因子α的取值范围为：
1＜α≤2。
所述的检测数据计数器阈值最大值NMAX根据采样频率fS与检测数据处理输出的最低频率fO设置，即
所述的检测数据累加器阈值ETH根据被测电流的额定值与在被测电流在额定值输入时满足测量误差要求所需的算术平均滤波器长度Nn设置，即
ETH≥1.5NnDn
其中Dn为被测电流在额定值输入时测量数值的估值。
一种电流检测方法所采用的设备，其特征在于：三相电流经过电流互感器后，通过电流-电压转换器将电流信号转换为电压信号，再将此信号通过电量测量芯片传输到微控制器中进行处理，处理后的信号通过通信单元输出。
所述的电流-电压转换器具体为低温漂精密电阻。
所述的通信单元具体为RS-485通信单元，其信号接收端与微控制器的UART接口连接，其信号输出端通过RS-485总线将信号发送输出至上位机。
本发明创造的有益效果在于：本发明可以根据被测电流的大小，自适应调整滤波器的长度，在有效削弱噪声影响、降低测量误差的同时，对被测电流快速、大范围变化亦具有快的响应速度。同时，可以根据实际检测条件与仪表要求灵活调整参数，且计算量小、占用资源少。
附图说明
图1：为本发明框图。
图2：为本发明原理图。
图3：为本发明控制流程图。
图4：为在处理动态范围为1:100的快速变化信号时，卡尔曼滤波器、滑动平均值滤波器与本发明方法的对比。
具体实施方式
一种电流检测方法，其步骤为：
1)、初始化：检测数据计数器置零，检测数据累加器置零，预设检测数据计数器阈值初值与阈值最大值NMAX，设置检测数据累加器阈值ETH和加速因子α；
2)、对于每次采样得到的电流测量数据，根据以往得到的测量数据进行处理；
2a)、累加：将当前采样得到的电流测量数据加入检测数据累加器，同时检测数据累加器+1；
2b)、判断：如果检测数据计数器数值小于检测数据计数器当前阈值并且检测数据累加器数值小于检测数据累加器阈值则返回步骤2)，否则进入步骤2c)；
2c)、输出数据：将检测数据累加器当前数值与检测数据计数器当前数值的商作为处理后的检测数据输出；
2d)、更新：根据检测数据计数器当前计数值、检测数据计数器当前阈值最大值及加速因子，更新检测数据计数器阈值；
具体更新过程为：
设检测数据计数器当前计数值为N，检测数据计数器阈值最大值NMAX，加速因子为α，检测数据计数器阈值NTH的更新值为：
其中，min()为取最小值运算,加速因子α的取值范围为：
1＜α≤2；
3)、将更新后的数据值输出，对检测数据计数器、检测数据累加器清零，返回。
所述的检测数据计数器阈值最大值NMAX根据采样频率fS与检测数据处理输出的最低频率fO设置，即
所述的检测数据累加器阈值ETH根据被测电流的额定值与在被测电流在额定值输入时满足测量误差要求所需的算术平均滤波器长度Nn设置，即
ETH≥1.5NnDn
其中Dn为被测电流在额定值输入时测量数值的估值。
上述方法所采用的检测装置具体为：三相电流经过电流互感器1后，通过电流-电压转换器2将电流信号转换为电压信号，再将此信号通过电量测量芯片4传输到微控制器5中进行处理，处理后的信号通过通信单元6输出。
在电流-电压转换器2与电量测量芯片4之间设置有滤波与保护电路3。
所述的电流-电压转换器2具体为低温漂精密电阻。
所述的通信单元6具体为RS-485通信单元，其信号接收端与微控制器5的UART接口连接，其信号输出端通过RS-485总线将信号发送输出至上位机。
具体使用时：
以AD7858实现的精度为0.5％的三相电测仪表中三相电流有效值的测量为例，设其电流测量的额定值为5A。5A的被测电流经电流互感器(5A/2.5mA)与采样电阻(20Ω)后进入AD7858的电流通道，AD7858的测量结果约为271696。电测仪表经标定后，在电流通道为额定值输入时，经长度为4的算术平均滤波器处理后即可满足0.5％的精度要求。相关参数设置为
Nn＝4
Dn＝271696
ETH＝1.7×106
电测仪表的微控制器每隔10mS响应AD7858的中断，并读取电流有效值的测量数据。为满足电测仪表显示输出1Hz的刷新熟虑，其他相关参数可设置为
fS＝100Hz
fO＝1Hz
NMAX＝100
检测数据计数器阈值初值的设置相对灵活，在本实施例中为检测数据计数器阈值最大值的20％。加速因子α可以改善仪表对被测电流幅值快速下降时的响应速度，在本实施例中设置为1.5。
对于每次采样得到的电流测量数据，按照附图3的流程处理。
本发明提出的电流检测数据处理方法，根据被测电流的大小，自适应调整滤波器的长度，在有效削弱噪声影响、降低测量误差的同时，对被测电流快速、大范围变化亦具有较强的适应性。同时，本发明提出的数据处理方法可以根据实际检测条件与仪表要求灵活调整参数，且计算量小、占用资源少。
Claims (7)
1.一种电流检测方法，其步骤为：
1)、初始化：检测数据计数器置零，检测数据累加器置零，预设检测数据计数器阈值初值与阈值最大值NMAX，设置检测数据累加器阈值ETH和加速因子α；
2)、对于每次采样得到的电流测量数据，根据以往得到的测量数据进行处理；
2a)、累加：将当前采样得到的电流测量数据加入检测数据累加器，同时检测数据累加器+1；
2b)、判断：如果检测数据计数器数值小于检测数据计数器当前阈值并且检测数据累加器数值小于检测数据累加器阈值则返回步骤2)，否则进入步骤2c)；
2c)、输出数据：将检测数据累加器当前数值与检测数据计数器当前数值的商作为处理后的检测数据输出；
2d)、更新：根据检测数据计数器当前计数值、检测数据计数器当前阈值最大值及加速因子，更新检测数据计数器阈值；
3)、将更新后的数据值输出，对检测数据计数器、检测数据累加器清零，返回。
2.根据权利要求1所述的一种电流检测方法，其特征在于：步骤2d)中具体更新过程为：
设检测数据计数器当前计数值为N，检测数据计数器阈值最大值NMAX，加速因子为α，检测数据计数器阈值NTH的更新值为：
其中，min()为取最小值运算,加速因子α的取值范围为：
1＜α≤2。
3.根据权利要求1所述的一种电流检测方法，其特征在于：所述的检测数据计数器阈值最大值NMAX根据采样频率fS与检测数据处理输出的最低频率fO设置，即
4.根据权利要求1所述的一种电流检测方法，其特征在于：所述的检测数据累加器阈值ETH根据被测电流的额定值与在被测电流在额定值输入时满足测量误差要求所需的算术平均滤波器长度Nn设置，即
ETH≥1.5NnDn
其中Dn为被测电流在额定值输入时测量数值的估值。
5.根据权利要求1所述的一种电流检测方法所采用的设备，其特征在于：三相电流经过电流互感器(1)后，通过电流-电压转换器(2)将电流信号转换为电压信号，再将此信号通过电量测量芯片(4)传输到微控制器(5)中进行处理，处理后的信号通过通信单元(6)输出。
6.根据权利要求5所述的一种电流检测方法所采用的设备，其特征在于：所述的电流-电压转换器(2)具体为低温漂精密电阻。
7.根据权利要求5所述的一种电流检测方法所采用的设备，其特征在于：所述的通信单元(6)具体为RS-485通信单元，其信号接收端与微控制器(5)的UART接口连接，其信号输出端通过RS-485总线将信号发送输出至上位机。
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