CN108459293A - 电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法 - Google Patents

电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法 Download PDF

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CN108459293A
CN108459293A CN201710088713.1A CN201710088713A CN108459293A CN 108459293 A CN108459293 A CN 108459293A CN 201710088713 A CN201710088713 A CN 201710088713A CN 108459293 A CN108459293 A CN 108459293A
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赵宏岩
赵书瑾
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/02—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass of auxiliary devices, e.g. of instrument transformers according to prescribed transformation ratio, phase angle, or wattage rating

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Abstract

本发明涉及电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，属于互感器技术领域；静态特性分析：对电子式互感器而言，温度的影响不容忽视，偏置、增益误差以及非线性误差等都随温度变化而变化，用多项式拟合进行误差补偿时，必须考虑温度作用。动态特性分析：采集系统的动态准确度将随着频率、幅值的变化而变化；考虑到电子式互感器是对工频量进行测量，因此暂不考虑频率变化的影响；补偿方法效果明显，有助于改善整个测试系统的温度稳定性；从理论方面寻求最佳的补偿方法，而在实现过程中，可以考虑利用计算机或DSP芯片进行处理，有利于对测量参量的实时处理。

Description

电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法
技术领域
本发明涉及电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，属于互感器技术领域。
背景技术
20世纪90年代，国内外已有许多单位开始研制各种类型的新型电子互感器，目前一些著名高压电气设备制造商，如ABB公司，西门子公司，阿尔斯通公司生产出的产品已形成72.5～765kV系列产品；在北美138-500kV电网中，电子式互感器已投入运行。国内也有不少单位生产电子式互感器，并在工程中得到了一定的应用。华中科技大学利用罗戈夫斯基(Rogowski)线圈的输出正比于电流导数原理，研制的110kV光电式电流互感器(TA)，早在1993年就在广东投入试运行。据不完全统计，截至2008年6月，国内全站采用电子式互感器的220kV变电站4所，110kV变电站20余所，还有其它大量的部分采用电子式互感器的变电站。近期，将有10余个全站采用电子式互感器的220kV变电站投产，110kV变电站全站采用的更多。有源型电子互感器已全面进入实用化阶段。
电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，采用光电子器件用于传输正比于被测量的量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制设备的一种装置。在数字接口的情况下，一组电子式互感器共用一台合并单元完成此功能。
随着电压等级的不断提高与电力系统规模的逐渐扩大，传统高压测试设备的绝缘问题日益突出，各种旨在解决超高压绝缘问题的测量方法应运而生。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种步骤简单，设计合理、使用方便的电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它采用以下两种形态分析：
1、静态特性分析：
设x为系统输入，y为系统输出，k为系统的理想增益(通常为1)，则可得：y＝kx。若在采集系统满量程范围内均匀地选取m个输入点，且在每个输入点上采集n个数据，则：
进而拟合出输入与输出间的最小二乘回归直线：y＝kx+b
即可得到偏置误差Ep＝b，增益误差Ek＝k-k0，非线性误差Enl＝max(yi-k·xi-b)。
为了提高测量准确度，应采取相应的误差补偿，通过对测量值y；的拟合，获取尽可能接近理论值的结果。
对电子式互感器而言，温度的影响不容忽视，偏置、增益误差以及非线性误差等都随温度变化而变化，用多项式拟合进行误差补偿时，必须考虑温度作用。
误差补偿时多项式阶数应首先确定下来，也并不是阶数越高补偿效果就越好。高阶多项式在特定区间内的补偿效果可以是最佳的，但在该区间外则可能出现极大的误差。所以，阶数的选取不仅要考虑补偿的效果，还应当考虑补偿方法在拟合的过程也是先假定温度不变，求取一组多项式系数，然后再求取各组系数与温度间的多项式关系即可。多项式阶数的确定仍然采用静态误差补偿中的方法。
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定。
2、动态特性分析：
先施加正弦波激励信号，然后通过傅立叶变换，获取输出信号的频谱特征，以此评价出采集系统的动态特性，进而提出相应的补偿方法。若采集系统容许信号的范围为±Ap，理想增益为k0(通常为1)，则施加正弦信号：e(t)＝Apsin(2πft+α)。
式中，f为正弦信号的频率；α为正弦信号的初相角。启动采集系统，得到采集数据xi(i＝1，2，3，……，n)。
再由采集系统的理想有效值误差，可以得到采集系统中模数转换器的动态有效位数，进而定义出采集系统在频率f处对幅值为x的信号的采集准确度。
采集系统的动态准确度将随着频率、幅值的变化而变化。考虑到电子式互感器是对工频量进行测量，因此暂不考虑频率变化的影响。不过，由于环境温度的变化对采集系统动态特性影响较大，进行误差补偿时，应当将环境温度变化带来的影响考虑进去。
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定。
电子式互感器测试系统主要由数据采集、数据传输以及数据处理与输出三部分组成。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，对整个系统的准确度影响很大，由于采集系统采集的信号既有温度这样的缓变信号，又有电压、电流等周期信号，补偿方法效果明显，有助于改善整个测试系统的温度稳定性；从理论方面寻求最佳的补偿方法，而在实现过程中，可以考虑利用计算机或DSP芯片进行处理，有利于对测量参量的实时处理。
具体实施方式
本具体实施方式采用的技术方案是：它采用以下两种形态分析：
1、静态特性分析：
设x为系统输入，y为系统输出，k为系统的理想增益(通常为1)，则可得：y＝kx。若在采集系统满量程范围内均匀地选取m个输入点，且在每个输入点上采集n个数据，则：
进而拟合出输入与输出间的最小二乘回归直线：y＝kx+b
即可得到偏置误差Ep＝b，增益误差Ek＝k-k0，非线性误差Enl＝max(yi-k·xi-b)。
为了提高测量准确度，应采取相应的误差补偿，通过对测量值y；的拟合，获取尽可能接近理论值的结果。
对电子式互感器而言，温度的影响不容忽视，偏置、增益误差以及非线性误差等都随温度变化而变化，用多项式拟合进行误差补偿时，必须考虑温度作用。
误差补偿时多项式阶数应首先确定下来，也并不是阶数越高补偿效果就越好。高阶多项式在特定区间内的补偿效果可以是最佳的，但在该区间外则可能出现极大的误差。所以，阶数的选取不仅要考虑补偿的效果，还应当考虑补偿方法在拟合的过程也是先假定温度不变，求取一组多项式系数，然后再求取各组系数与温度间的多项式关系即可。多项式阶数的确定仍然采用静态误差补偿中的方法。
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定
2、动态特性分析：
先施加正弦波激励信号，然后通过傅立叶变换，获取输出信号的频谱特征，以此评价出采集系统的动态特性，进而提出相应的补偿方法。若采集系统容许信号的范围为±Ap，理想增益为k0(通常为1)，则施加正弦信号：e(t)＝Apsin(2πft+α)。
式中，f为正弦信号的频率；α为正弦信号的初相角。启动采集系统，得到采集数据xi(i＝1，2，3，……，n)。
再由采集系统的理想有效值误差，可以得到采集系统中模数转换器的动态有效位数，进而定义出采集系统在频率f处对幅值为x的信号的采集准确度。
采集系统的动态准确度将随着频率、幅值的变化而变化。考虑到电子式互感器是对工频量进行测量，因此暂不考虑频率变化的影响。不过，由于环境温度的变化对采集系统动态特性影响较大，进行误差补偿时，应当将环境温度变化带来的影响考虑进去。
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定。
电子式互感器测试系统主要由数据采集、数据传输以及数据处理与输出三部分组成。
采用上述结构后，本具体实施方式有益效果为：本具体实施方式所述的电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，对整个系统的准确度影响很大，由于采集系统采集的信号既有温度这样的缓变信号，又有电压、电流等周期信号，补偿方法效果明显，有助于改善整个测试系统的温度稳定性；从理论方面寻求最佳的补偿方法，而在实现过程中，可以考虑利用计算机或DSP芯片进行处理，有利于对测量参量的实时处理。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，其特征在于：它采用以下两种形态分析：
(1)、静态特性分析：对电子式互感器而言，温度的影响不容忽视，偏置、增益误差以及非线性误差等都随温度变化而变化，用多项式拟合进行误差补偿时，必须考虑温度作用；
误差补偿时多项式阶数应首先确定下来，也并不是阶数越高补偿效果就越好；高阶多项式在特定区间内的补偿效果可以是最佳的，但在该区间外则可能出现极大的误差；所以，阶数的选取不仅要考虑补偿的效果，还应当考虑补偿方法在拟合的过程也是先假定温度不变，求取一组多项式系数，然后再求取各组系数与温度间的多项式关系即可；多项式阶数的确定仍然采用静态误差补偿中的方法；
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定；
(2)、动态特性分析：采集系统的动态准确度将随着频率、幅值的变化而变化；考虑到电子式互感器是对工频量进行测量，因此暂不考虑频率变化的影响；不过，由于环境温度的变化对采集系统动态特性影响较大，进行误差补偿时，应当将环境温度变化带来的影响考虑进去；
在补偿过程中，静态特性与动态特性的多项式阶数均取为4阶，而多项式系数与温度间的拟合多项式阶数在2～5阶之间灵活设定。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器中数据采集系统误差补偿的方法，其特征在于：电子式互感器测试系统主要由数据采集、数据传输以及数据处理与输出三部分组成。
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