CN113687291A - 一种电流互感器的二次侧电流补偿方法及装置、电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流互感器的二次侧电流补偿方法及装置、电子设备，所述方法包括：获取电流互感器的二次侧电流；根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；根据所述二次侧电压，计算得到磁通；将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。解决了现有技术中存在的二次侧电流补偿精度不足的技术问题，克服了电流互感器的在正常不同比例额定电流运行下的测量精度不足的问题，且其测量精度达到更高精度的电流互感器的精度要求。
Description
技术领域
本申请涉及电流互感器领域，尤其涉及一种电流互感器的二次侧电流补偿方法及装置、电子设备。
背景技术
电流互感器测量误差的产生是与生俱来的，因为在一次侧电流转变为二次侧电流时，会有一部分能量用来磁化铁芯，以达到能量传递的目的，即没有这部分的励磁电流，将无法得到二次侧电流。。
对于如何减弱励磁电流的影响，现有的研究方法一般分为两种：一种是改进电流互感器的制作工艺，但也会增加其制作成本；另一种则是利用磁滞曲线图，即电流互感器通过多次试验可以得到一个磁通-励磁电流之间对应关系的磁滞曲线图，然后通过查表的方法得到此时的励磁电流。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
获得数据慢，不论前期试验的多次试验画磁滞曲线图，还是后期使用查表一个一个找，都需要较长的时间，可是电流互感器具有一定的瞬时性的使用要求；实际运行过程中会得到没统计过的数据，由于查不到励磁电流值而得不到准确的一次侧电流值，使得二次侧电流补偿精度不足，进而使得电流互感器测量精度不足。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种电流互感器的二次侧电流补偿方法及装置、电子设备，以解决现有技术中存在的二次侧电流补偿精度不足的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种电流互感器的二次侧电流补偿方法，包括：
获取电流互感器的二次侧电流；
根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种电流互感器的二次侧电流补偿装置，包括：
获取模块，用于获取电流互感器的二次侧电流；
第一计算模块，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
第二计算模块，用于根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
第三计算模块，用于将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
补偿模块，用于将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种电流互感器的二次侧电流补偿装置，包括：
采样模块，用于获取电流互感器的二次侧电流；
存储器，用于存储二次侧电流、二次侧电压以及磁滞模型；
处理器，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种电流互感器的二次侧电流补偿电路，包括：
待测电流互感器；
负载，所述负载的一端与所述待测电流互感器的一次侧相连，另一端接地；及
补偿装置，与所述待测电流互感器的二次侧相连，用于接收所述待测电流互感器的二次侧电流，根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
根据本申请实施例的第五方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。
根据本申请实施例的第六方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请将磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流，克服了待测电流互感器的在正常不同比例额定电流运行下的测量精度不足的问题，且其测量精度达到标准电流互感器的精度要求，进而实现了补偿电流互感器二次侧电流的目标。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿方法的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的步骤S104的流程图；
图3是根据一示例性实施例示出的电流互感器电路等效图；
图4是根据一示例性实施例示出的步骤S204中的双曲线原理图；
图5是根据一示例性实施例示出的步骤S201-步骤S204的电路图；
图6是根据一示例性实施例示出的步骤S201-步骤S204的电路连接示意图；
图7是根据一示例性实施例示出的步骤201-步骤204得到的采样点与拟合曲线图；
图8是根据一示例性实施例示出的步骤S104的流程图；
图9是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿装置的框图；
图10是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿装置结构示意图；
图11是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿装置的工作过程；
图12是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿电路图；
图13是根据一示例性实施例示出的100％额定电流下经过补偿后的二次侧电流图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿方法的流程图，如图1所示，该方法可以应用于终端中，可以包括以下步骤：
步骤S101：获取电流互感器的二次侧电流；
步骤S102：根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
步骤S103：根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
步骤S104：将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
步骤S105：将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
由上述实施例可知，本申请将磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流,克服了待测电流互感器的在正常不同比例额定电流运行下的测量精度不足的问题，且其测量精度达到标准电流互感器的精度要求，进而实现了补偿电流互感器二次侧电流的目标。
下面对以上各步骤进行细化展开。
在步骤S101的具体实施中，获取电流互感器的二次侧电流；
具体地，通过数据采集装置获得电流互感器的电流的数据，如A/D采样芯片等，并将采样得到的数据发送至中心处理器CPU中，为下一步的数据处理做基础。这样做可以保证获得的数据真实且有效。
在步骤S102的具体实施中，根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
具体地，中央处理器CPU通过AD采样的数据进行第一步处理，本方法必须已知电流互感器的电流和电压两个数据，在采集电阻已知的情况下，则可以通过其中任一数据就可以得到另外一个数据。其中二次侧电流将会与最后得到的励磁电流进行加和得到补偿后的二次侧电流，从而提高电流互感器的测量精度；而二次侧电压将会为接下来的计算磁通提供数据支持。
在步骤S103的具体实施中，根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
具体地，中央处理器CPU对二次侧电压经过简单的计算处理就可以得到此时电流互感器铁芯的磁通值。为下步计算励磁电流所用的的磁滞曲线数学模型提供数据基础。
在步骤S104的具体实施中，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
具体地，如图2所示，所述磁滞模型的构建包括以下子步骤：
步骤S201：获取一次侧电流和二次侧电流，所述一次侧电流通过第一标准电流互感器测量得到，所述二次侧电流通过第二标准电流互感器测量得到；
具体地，在设备离线实验阶段，采集待测电流互感器的一、二次侧的电流或电压，如果采集的是电压，则可以通过采集电阻换算得到电流值，为下步计算励磁电流打下基础。
步骤S202：根据所述一次侧电流和二次侧电流，计算得到励磁电流；
具体地，根据电磁感应原理，可以将电流互感器的电流看做如图3所示，其中经过变比转换后的一次侧电流i1如下式所示：
i1＝i0+i2
其中i1是经过变比转换后的一次侧电流，i0是励磁电流、i2为二次侧电流。将上述获取的一次侧电流进行变比转换，得到变比转换后的一次侧电流i1，将i1减去i2，得到所求的励磁电流i0。
步骤S203：根据所述二次侧电流，计算得到磁通；
具体地，根据下式计算磁通：
其中，
为磁通，Rs为二次侧负载，i2为二次侧电流，t为时间，
为初始剩磁，u2为二次侧电压，Δt为采样时间间隔。根据所述二次侧电流i2与二次侧负载Rs，计算得到二次侧电压，当采样的时间间隔足够小的情况下，就可以只通过二次侧电压的累加获得磁通值。在电流互感器每次使用前时都会消磁，因此初始磁通可以视作为0。这样做可以简化计算过程，且有效地加快程序与运算速度。
步骤S204：根据所述励磁电流和磁通，构建磁滞模型。
具体地，当铁芯未发生饱和时，其磁滞曲线与下式的拟合效果最佳：
式中，励磁电流i0通过代入当前磁通
得到的，其中的a，b，c，d和e是五个系数，该式是一般双曲线的表达式，是由两条渐近线相乘与曲率e构成，a，b分别为渐近线
的斜率和x轴的截距，c，d分别为渐近线
的斜率和y轴截距，曲率e是调节双曲线与渐近线的距离，其数值越小，双曲线距离渐近线越近。拟合效果见图4，图中是由渐近线y＝0.5(x-1)和渐近线y＝8x+1和双曲线[y-0.5(x-1)][y-8x+1]-0.5＝0的数学模型；该双曲线数学模型可以较好地描述未饱和磁滞曲线特征；
在上述步骤201-步骤204的具体实施中，所述磁滞模型构建的电路如图5所示，该电路包括：
第一标准电流互感器，用于测量待测电流互感器的一次侧电流；
第二标准电流互感器，用于测量待测电流互感器的二次侧电流；
待测电流互感器，所述待测电流互感器的一次侧与所述第一标准电流互感器的一次侧相连，二次侧与所述第二标准电流互感器的一次侧相连；
负载，所述负载的一端与所述待测电流互感器的一次侧相连，另一端接地；及
模型构建装置，如图6所示，分别与所述第一标准电流互感器的二次侧和第二标准电流互感器的二次侧相连，用于分别接收所述待测电流互感器的一、二次侧电流，根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，根据所述一、二次侧电流，计算得到励磁电流，根据所述磁通和所述励磁电流，构建磁滞模型。
在一实施例中，上述步骤201-步骤204得到的采样点与拟合曲线图如图7所示，标注"x"的是经过采样后得到的数据点，而直线为经过采集点用上式拟合后的磁滞曲线拟合曲线，可以很直观看出是较为准确地拟合了磁滞曲线的。
进一步地，如图8所示，所述磁滞模型的构建还可以包括：
步骤S205：当一次侧电流发生改变后，重新获取一次侧电流和二次侧电流，直至构建完所有磁滞模型，所述磁滞模型则随一次侧额定电流变化而不同。
具体地，如标准电流互感器的考核指标里需要保证在5％、20％、100％、120％等比例的一次侧额定电流值下的测量误差达到标准电流互感器的准确级范围内，而不同比例额定电流下的磁滞曲线是不一样的，故需要构建不同情况下的磁滞模型，以应对电流互感器复杂的运行情况。
在步骤S105的具体实施中，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
具体地，根据电磁感应原理，可以将电流互感器的电流看做如图3所示，其中经过变比转换后的一次侧电流i1如下式所示：
i1＝i0+i2
其中i1是经过变比转换后的一次侧电流，i0是励磁电流、i2为二次侧电流。此时的i1是经过变比转换后的一次侧电流，即得到补偿后的二次侧电流；将得到补偿后的二次侧电流根据所测电流互感器的实际匝数比，即实际变比，进行变比转换，得到电流互感器的一次侧电流。
与前述的一种电流互感器的二次侧电流补偿方法的实施例相对应，本申请还提供了一种电流互感器的二次侧电流补偿装置的实施例。
图9是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿装置框图。参照图9，该装置包括：
获取模块21，用于获取电流互感器的二次侧电流；
第一计算模块22，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
第二计算模块23，用于根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
第三计算模块24，用于将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
补偿模块25，用于将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
图10是根据一示例性实施例示出的一种电流互感器的二次侧电流补偿装置结构示意图。参照图10，该装置包括：
采样模块，用于获取电流互感器的二次侧电流；
存储器，用于存储二次侧电流、二次侧电压以及磁滞模型；
处理器，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
上述一种电流互感器的二次侧电流补偿装置的工作过程如图11中的(a)所示，当系统程序、端口、AD采样模组初始化结束后，打开端口，主程序进入等待中断响应的状态，当发生中断后，才可运行中断服务程序，上述中断服务程序如图11中的(b)所示，通过使用中断的方式可以使AD采样的数据尽可能地准确且全面，每发生一次中断则意味着采集数据完成，保存采集数据后，通过计算得到磁通，并通过对二次侧电压的正负对磁滞拟合曲线进行挑选，通过数学运算得到励磁电流，并进而得到补偿后的二次侧电流..，中断程序完成后，清除中断标志，代表补偿结束且可以接受下一个采集数据。
如图12所示，本申请还提供一种电流互感器的二次侧电流补偿电路，所述电路包括：
待测电流互感器；
负载，所述负载的一端与所述待测电流互感器的一次侧相连，另一端接地；及
补偿装置，与所述待测电流互感器的二次侧相连，用于接收所述标准电流互感器的二次侧电流，根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
图13是待测电流互感器在100％额定电流的情况下的电流比较图，其中直线表示的是仅经过电压变换后的一次侧电流值，标注为"o"为二次侧的电流值，标注为"+"为经过励磁电流补偿后的二次侧电流值。可以很明显地看出经过补偿后的二次侧电流相比较于用二次侧直接测量的电流，更为精准且有效。即实现了电流互感器的二次侧电流补偿的技术方案。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的一种电流互感器的二次侧电流补偿方法。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如上述的一种电流互感器的二次侧电流补偿方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种电流互感器的二次侧电流补偿方法，其特征在于，包括：
获取电流互感器的二次侧电流；
根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁滞模型的构建包括：
获取一次侧电流和二次侧电流，所述一次侧电流通过第一标准电流互感器测量得到，所述二次侧电流通过第二标准电流互感器测量得到；
根据所述一次侧电流和二次侧电流，计算得到励磁电流；
根据所述二次侧电流，计算得到磁通；
根据所述励磁电流和磁通，构建磁滞模型。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述二次侧电流，计算得到磁通，包括：
根据下式计算磁通：
其中，
为磁通，Rs为二次侧的负载，i2为二次侧电流，t为时间，
为初始剩磁，u2为二次侧电压，Δt为采样时间间隔。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
重新获取一次侧电流和二次侧电流，直至构建完所有磁滞模型，所述磁滞模型随一次侧额定电流变化而不同。
5.一种电流互感器的二次侧电流补偿装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取电流互感器的二次侧电流；
第一计算模块，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压；
第二计算模块，用于根据所述二次侧电压，计算得到磁通；
第三计算模块，用于将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流；
补偿模块，用于将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述磁滞模型的构建包括：
获取一次侧电流和二次侧电流，所述一次侧电流通过第一标准电流互感器测量得到，所述二次侧电流通过第二标准电流互感器测量得到；
根据所述一次侧电流和二次侧电流，计算得到励磁电流；
根据所述二次侧电流，计算得到磁通；
根据所述励磁电流和磁通，构建磁滞模型。
7.一种电流互感器的二次侧电流补偿装置，其特征在于，包括：
采样模块，用于获取电流互感器的二次侧电流；
存储器，用于存储二次侧电流、二次侧电压以及磁滞模型；
处理器，用于根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
8.一种电流互感器的二次侧电流补偿电路，其特征在于，包括：
待测电流互感器；
负载，所述负载的一端与所述待测电流互感器的一次侧相连，另一端接地；及
补偿装置，与所述待测电流互感器的二次侧相连，用于接收所述待测电流互感器的二次侧电流，根据所述二次侧电流，计算得到二次侧电压，根据所述二次侧电压，计算得到磁通，将所述磁通代入磁滞模型，计算得到当前的励磁电流，将电流互感器的励磁电流与所述二次侧电流相加，得到补偿后的二次侧电流。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述方法的步骤。
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- 2021-08-24 CN CN202110973365.2A patent/CN113687291A/zh active Pending
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