CN106814233A - 一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其应用于Rogowski线圈电流互感器的信号处理，包括以下步骤：S1，Rogowski线圈信号输出经过A/D转换器进行数据变换，变换后的信号中含有直流分量；S2，采用改进Al‑Alaoui积分算法对该信号进行积分处理；S3，低通滤波器将Al‑Alaoui积分后的信号进行低通滤波，把经信号调理和A/D采样后。本发明中，当积分器输入数字信号存在直流偏移或者积分初相位不为90°或‑90°时，该新型数字积分算法均能识别积分后的直流偏移，并通过一定的调整方法，将输出信号直流偏移减为0，经仿真分析和实际应用，证实本发明设计的新型数字积分算法能很好地应用于Rogowski线圈互感器。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网设备可靠性测试技术领域，尤其涉及一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法。
背景技术
传统能源日益短缺、环境污染日益严重等问题正推动着传统电网向智能电网的转变，智能电网能为经济社会提供安全、高效、清洁、友好的电力服务，自2009年国家电网公司提出建设统一的坚强智能电网的发展目标以来，智能电网在中国得到了迅猛发展。
作为数字计量系统中，电流互感器是重要组成部分之一，尤其是具有高准确度的Rogowski线圈电流互感器，而对输出信号的积分运算是高准确度Rogowski线圈电流互感器信号处理过程中很重要的一个环节，高准确度Rogowski线圈电流互感器离不开高准确度、高稳定性的积分器设计。模拟积分电路实现起来相对简单，但易受模拟器件分散性、温漂和零漂等因素的影响，尽管有一些改进的措施，但并不能从根本上解决这些问题，改进的积分电路性能也不是十分稳定。所以，模拟积分器在长时间的运行中很难达到高精度的要求，因而许多研究人员开始研究数字积分算法。
然而，现有的数字积分算法如矩形积分算法、梯形积分算法、Simpson积分算法及Al-Alaoui积分算法，并不能直接用于Rogowski线圈信号的积分还原。因为Rogowski线圈输出信号经信号调理和A/D采样后，其模数信号变换过程中会含有直流分量，即使很微小的直流偏移，由于积分的累加作用，随着时间的推移，会使得数字积分输出为无穷。其次，积分的初相位如果不为90°或-90°，会引起数字积分输出直流偏移。因此，数字积分不能直接取代传统的模拟积分器应用于Rogowski线圈互感器。
针对这些问题，本发明提出一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法。
本发明提出的一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其应用于Rogowski线圈电流互感器的信号处理，包括以下步骤：
S1，Rogowski线圈信号输出经过A/D转换器进行数据变换，变换后的信号中含有直流分量；
S2，采用改进Al-Alaoui积分算法对该信号进行积分处理；
S3，低通滤波器将Al-Alaoui积分后的信号进行低通滤波，把经信号调理和A/D采样后，模数信号变换过程中含有的直流分量提取出来；
S4，将提取的直流分量通过PID控制器调整，反馈至改进Al-Alaoui积分的输入端，将输入信号中的直流分量减去；
S5，改进Al-Alaoui积分算法对Rogowski线圈输出交流信号进行积分，还原一次被测信号波形。
优选地，所述S2中，改进Al-Alaoui积分算法具体为：以Al-Alaoui数字积分为基础，通过将采样频率加倍，并加入一个新的分数延时因子，使得Al-Alaoui数字积分的幅值误差和是相位误差得到降低。
优选地，PID控制器连接A/D转换器、数字积分、低通滤波器、直流含量分析模块。
本发明中，当积分器输入数字信号存在直流偏移或者积分初相位不为90°或-90°时，该新型数字积分算法均能识别积分后的直流偏移，并通过一定的调整方法，将输出信号直流偏移减为0。经仿真分析和实际应用，证实本发明设计的新型数字积分算法能很好地应用于Rogowski线圈互感器。
附图说明
图1为本发明中的理想积分和Al-Alaoui积分的幅值和相位响应图；
图2为本发明中改进的Al-Alaoui数字积分与理想积分之间的幅值误差示意图；
图3为本发明中改进的Al-Alaoui数字积分与理想积分之间的相位误差示意图；
图4为本发明提出的一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法的设计原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
参照图1-4，本发明提出的一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其应用于Rogowski线圈电流互感器的信号处理，包括以下步骤：
S1，Rogowski线圈信号输出经过A/D转换器进行数据变换，变换后的信号中含有直流分量；
S2，采用改进Al-Alaoui积分算法对该信号进行积分处理；
S3，低通滤波器将Al-Alaoui积分后的信号进行低通滤波，把经信号调理和A/D采样后，模数信号变换过程中含有的直流分量提取出来；
S4，将提取的直流分量通过PID控制器调整，反馈至改进Al-Alaoui积分的输入端，将输入信号中的直流分量减去；
S5，改进Al-Alaoui积分算法对Rogowski线圈输出交流信号进行积分，还原一次被测信号波形。
数字积分器是依据采样定理，对信号直接进行采样，然后利用数值方法进行积分。与模拟积分器相比，数字积分器不含模拟器件，性能稳定，不受模拟器件零漂和温漂的影响，且数字积分中最关键的部分在于算法，利用算法还可对模拟电路的漂移进行补偿。
在Al-Alaoui数字积分算法的基础上进行改进，Al-Alaoui数字积分算法传输函数如式为：
比较Al-Alaoui数字积分算法和理想积分算法可以看出，Al-Alaoui数字积分算法的幅频特性非常接近理想数字积分的幅频特性，但是相频特性在0.577倍奈奎斯特频率时会有1.2°的误差。由于1.2°的相位误差对校验系统而言是比较大的，我们希望数字积分的相频特性与理想积分尽量一致。因此，本发明在Al-Alaoui数字积分的基础上，对其进行了改进。
本发明通过将采样频率加倍，并加入一个新的分数延时因子，改进后的Al-Alaoui数字积分的传递函数为：
在数字信号处理方面难以进行非整数间隔的计算，因此，对采样提高将采样10倍后，z则变为z10，则改进的Al-Alaoui数字积分的传函可以表示为：
改进的Al-Alaoui数字积分与理想积分之间的误差如图2和图3所示。图中可以看出，改进的Al-Alaoui数字积分与原来的Al-Alaoui数字积分相比，无论幅值误差还是相位误差都得到了较大程度的降低。
为了克服数字积分算法在过程中会受到信号中直流分量的影响，本发明提出了一种基于直流负反馈原理的改进Al-Alaoui积分算法，通过负反馈的方式消除数字积分输入信号中的不变直流分量，从而减小数字积分的误差。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其应用于Rogowski线圈电流互感器的信号处理，其特征在于，包括以下步骤：
S1，Rogowski线圈信号输出经过A/D转换器进行数据变换，变换后的信号中含有直流分量；
S2，采用改进Al-Alaoui积分算法对该信号进行积分处理；
S3，低通滤波器将Al-Alaoui积分后的信号进行低通滤波，把经信号调理和A/D采样后，模数信号变换过程中含有的直流分量提取出来；
S4，将提取的直流分量通过PID控制器调整，反馈至改进Al-Alaoui积分的输入端，将输入信号中的直流分量减去；
S5，改进Al-Alaoui积分算法对Rogowski线圈输出交流信号进行积分，还原一次被测信号波形。
2.根据权利要求1所述的一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其特征在于，所述S2中，改进Al-Alaoui积分算法具体为：以Al-Alaoui数字积分为基础，通过将采样频率加倍，并加入一个新的分数延时因子，使得Al-Alaoui数字积分的幅值误差和是相位误差得到降低。
3.根据权利要求1所述的一种基于直流偏移分析和负反馈控制的数字积分算法，其特征在于，PID控制器连接A/D转换器、数字积分、低通滤波器、直流含量分析模块。
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| CN111665460A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-15 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 传感器直流分量补偿方法、装置和传感器装置 |
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