CN1235675A - 确定电测量值的基波和谐波的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定电测量值(M)的各基波和谐波(Ⅰ’(ω))的方法,在此方法上用模拟的信号处理电路(15)处理此测量值(M),读出已处理的测量值和进行带有随后的离散傅里叶变换(DFT)的模数转换。为了尽管采用相对低质量的信号处理电路(15)仍能很准确地确定电测量值(M)的各基波和谐波(Ⅰ’(ω)),从存储器(18)取出按绝对值和相位表征信号处理电路(15)的频率响应的一个校正因子(K(ω))。用此校正因子(K(ω))校正各基波和谐波的在傅里叶变换之后存在的各绝对值和相位角测量值(Ⅰ(ω))。

Description

确定电测量值的基波和谐波的方法

本发明涉及一种用于确定电测量值的各基波和谐波的方法，在此方法上用一个模拟的信号处理电路处理此测量值，读出此处理过的测量值和用随后的离散的傅里叶变换(DET)进行模数转换。

在这类的一种已知的方法上(Klaus Weighardt，重点：数字信号处理(Im Blickpunkt:Digitale Signalverarbeitung)，第1部分：数据采集/数字滤波器)(Datenerfassuug/digitale Filter)”，电子学，2/1987年1月23日，89至96页尤其是93页)在电测量值的读出前用一种限制测量值频带的信号处理电路处理此电测量值。由此在随后的读出时排除反卷积误差(抗混淆误差Anti-Aliasing-Fehler)。为了避免通过信号处理电路产生的信号失真和因此避免测量误差，向信号处理电路提出各种高的技术要求。

基于本发明的任务在于，说明用于准确确定电测量值各基波和谐波的一种方法，尽管采用相对低质量的信号处理电路用此方法是能很准确地确定电测量值的各基波和谐波的。

在开始时所说明方式的方法上按本发明如此来实现该任务的解决，即一个存储器采集按绝对值和相位表征信号处理电路的频率响应的校正因子，并且用此校正因子校正各基波和谐波的在傅里叶变换之后存在的各绝对值测量值和相位角测量值。

该方法的主要优点在于，在制作信号处理电路时也能采用具有各种高公差的电气元件，因为通过此取决于频率的校正因子来校正由此信号处理电路引起的各测量误差。毫无问题可实现小于1％的测量误差。

当仅一次性地求取和存储用于校准所需的校正因子时，可以特别简单地实施此按本发明的方法；当在模拟的信号处理电路上通过一次性的先行的各校准测量已求出了校正因子时，这因此对于实施按本发明的方法看作是有利的。

当仅求取基波和某些谐波时，在许多情况下这用于表征电测量值是足够的；当用此校正因子校正基波以及一次，二次，四次，六次，八次，十次和十二次谐波时，在按本发明方法的一种进一步发展的范围内这因此看作为有利的。

此外，本发明涉及一种用于实施按本发明方法的装置，此装置带有一个模拟的信号处理电路和带有一个布置在该信号处理电路之后的串联电路，此串联电路带有一个扫描装置，一个连接在后面的模数转换器和一个用于离散的傅里叶变换(DFT)的装置。

按本发明建议，存在一个用于存储取决于频率的，在模拟信号处理电路上通过各一次性的，先行的校准测量求出的校正因子，并且安排了一个校正装置，此校正装置一方面是连接到存储器上和另一方面是连接到用于离散傅里叶变换(DFT)的装置上的，并且此校正装置在一个输出端上输出电测量值的各基波和谐波。

为阐述本发明在附图中进行了描述，其中，

图1示出了一个用于确定按绝对值和相位表征信号处理电路的频率响应的，取决于频率的校正因子的测量电路，并且

图2示出了用于确定电测量值各基波和谐波的按本发明装置的一个实施例。

一个电流互感器2是连接到图1中所示的函数发生器1上的，在输出侧在此电流互感器之后布置一个低通滤波器3。低通滤波器3的输出端是与多路转换器4的一个输入端E41连接的。一个其它的低通滤波器8、9和10是各自连接到各其它的电流互感器5、6和7上的。这些其它的低通滤波器8、9和10在输出侧是与多路转换器4的各其它的输入端E42、E43和E44连接的。一个放大器13是连接在多路转换器4之后的。其中一个电流互感器2、其它的电流互感器5、6和7，一个低通滤波器3，其它的低通滤波器8,9和10，多路转换器4和放大器13形成一个带有一个输出端A151和各输入端E151、E152、E153和E154的模拟的信号处理电路。函数发生器1因此是与其中一个电流互感器2和同时与信号处理电路15的输入端E151连接的。一个带有一个输入端E171的，在输出侧与存储器18连接的精密测量仪器17(例如Fluke 8506A)是连接到信号处理电路15的输出端A151上的或连接到放大器13的输出端上的；一个其它的输入端E172是经一条连接线19直接连接到函数发生器1的输出端上的。

用该测量电路在制作按本发明装置的范围内按绝对值和相位求出模拟信号处理电路15的频率响应。为此借助于函数发生器1将规定电路频率ω的和规定波幅Ae(ω)的一个正弦形输入值Ue(ω)例如输入到电流互感器1中或在输入端E151上输入到模拟的信号处理电路15中。用此精密测量仪器17测量在信号处理电路15的输出端A151上随即存在的输出值Ua(ω)的波幅Aa(ω)以及测量此输出值的相对于输入值Ue(ω)所出现的相位角a(ω)。从输入值Ue(ω)的波幅Ae(ω)和从输出值Ua(ω)的波幅Aa(ω)求出一个商Ae(ω)/Aa(ω)。用此商Ae(ω)/Aa(ω)和用此相位角a(ω)形成一个复数的校正因子K(ω)： $K\left(\mathrm{\ω}\right)=\frac{\mathrm{Ae}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{Aa}\left(\mathrm{\ω}\right)}\·\exp [-j\·\mathrm{\ψa}\left(\mathrm{\ω}\right)]$

以这种方式对基波和对应确定的各谐波例如对一次，二次，四次，六次，八次，十次和十二次谐波求出此校正因子K(ω)。

向存储器18传输和在那里存储如此求出的取决于频率的校正因子K(ω)。例如通过存储此商Ae(ω)/Aa(ω)和相位角a(ω)可实现复数校正因子K(ω)的存储。

在计入各电流互感器5、6和7的条件下和为了以后校正经这些电流互感器测量的各电测量值以同样方式求出各其它校正因子，在此必须用多路转换器4将各自应测量的输入值接通到信号处理电路15的输出端A151上。

图2中表示了一种用于实施按本发明方法的装置，在此已与图1有关地阐述的各元件具有如图1中相同的各标志号。

如同与图1有关地已阐述的那样，此信号处理电路15由各电流互感器2、5、6和7，各低通滤波器3、8、9和10，多路转换器4和放大器13组成。一个在输出侧是与模数转换器21连接的读出装置20是布置在放大器13或信号处理电路15之后的。模数转换器21的输出端是连接到一个用于离散傅里叶变换(DFT)的装置22上的，一个校正装置23是经一个输入端E231与此装置22连接的。校正装置23的一个其他的输入端E232是与存储器18连接的。校正装置23的一个输出端A231形成按本发明装置的输出端。校正装置23的一个其它的输出端A232是连接到多路转换器4的一个外加的输入端E45上的。

以下说明按照本发明方法的实施，在此出发点在于，用电流互感器2测量一个用来表示的、连接到电流互感器2的初级侧上的主电流互感器转换的相电流，此相电流是位于一个同样未表示的多相能源传输线的相位上的。

在电流互感器2中将一个电测量值M转换成一个电流测量值MT。将电流测量值MT从电流互感器2向低通滤波器3传输。在低通滤波器3中在形成一个频带受限制的电流测量值MT’的条件下限制电流测量值MT的频谱，以及在读出装置20中读出时避免反卷积误差(抗混淆误差)。频带受限制的电流测量值MT’到达多路转换器4的其中一个输入端E41，在此输入端中将此电流测量值向放大器13接通。从该处将频带受限制的和放大的电流测量值向读出装置20传输，在此读出装置中读出此放大的电流测量值。这些读出值到达模数转换器21上，并且随后到达用于离散傅里叶变换(DFT)的装置22上，在此装置中在形成一个中间测量值I(ω)的条件下进行离散的傅里叶变换。此中间测量值I(ω)相当于频段中的频带受限制的，放大的电流测量值。此中间测量值I(ω)到达校正装置23上。从存储器18中读出取决于频率的校正因子K(ω)，并向校正装置23传输。随后将此中间测量值I(ω)与此取决于频率的校正因子K(ω)复数相乘。通过此复数乘法既校正中间测量值I(ω)的绝对值也校正中间测量值I(ω)的相位，使得电测量值M的基波和各谐波I’(ω)可由以下各关系式按绝对值和相位来描述： $I^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)=I\left(\mathrm{\ω}\right)\·k\left(\mathrm{\ω}\right)\⇒\left|I^{\′}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|=\left|I\left(\mathrm{\ω}\right)\right|\·\frac{\mathrm{Ae}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\mathrm{Aa}\left(\mathrm{\ω}\right)}$

                    (I′(ω))=(I(ω))-a(ω)

此复数乘法在技术上可以通过一种乘法形成器和一种加法形成器来实现。

在校正装置23的其中一个输出端A231上输出基波和各谐波I’(ω)。因此在校正装置23中校正由模拟的信号处理电路15的频率响应引起的，要测量基波和各谐波的测量误差，以致于在校正装置23的其中一个输出端A231上输出无误差的各波幅测量值和各相位角测量值。

在此校正装置23中可以以此方式校正基波的以及例如一次、二次、四次、六次、八次、十次和十二次谐波的绝对值和相位角。

经校正装置23的其它的输出端A232可以控制此多路转换器4，以致于也能采集各其它电流互感器5、6和7的各次级值。如果这些其它的电流互感器5,6和7像电流互感器2那样是经主电流互感器连接到能源传输线上的话，则可从测量技术上采集能源传输线和零线的三个相位。当应按本发明的方法确定电压值时，可不采用电流互感器而也可采用电压互感器。对此的前提在于，事先用在信号处理电路中的电压互感器接收各校正值。

最后应指出，在实际中用一种电子数据处理设备进行按本发明方法的实施。

Claims (4)

1．用于确定电测量值(M)的基波和各谐波(I’(ω))的方法，其中，

-用一个模拟的信号处理电路(15)处理此测量值(M)，

-读出此已处理的测量值，并且用随后的离散傅里叶转换(DFT)进行模数转换，

其特征在于，

-从一个存储器(18)取出一个按绝对值和相位表征信号处理电路(15)的频率响应的校正因子(K(ω))，并且

-用此校正因子(K(ω))校正基波和各谐波的在傅里叶变换之后存在的各绝对值和相位角测量值(I(ω))。

2．按权利要求1的方法，其特征在于，通过在模拟的信号处理电路(15)上的各一次性的，先行的校准测量求出校正因子(K(ω))。

3．按权利要求1或2的方法，其特征在于，用此校正因子(K(ω))校正基波以及一次、二次、四次、六次、八次、十次和十二次谐波。

4．用于确定电测量值(M)的各基波和谐波(I’(ω))的装置，带有一个模拟信号处理电路(15)和带有一个布置在此信号处理电路之后的串联电路，此串联电路带有一个读出装置(20)，一个连接在后面的模数转换器(21)和一个用于离散的傅里叶变换(DFT)的装置(22)，其特征在于，

-存在着一个用于存储取决于频率的校正因子(K(ω))的存储器(18)，此校正因子是通过在模拟的信号处理电路(15)上的各一次性的先行的校准测量求出的，并且

-含有一个校正装置(23)，

-此校正装置一方面是连接到存储器(18)上的，而另一方面是连接到用于离散傅里叶变换(DFT)的装置(22)上的，并且

-此校正装置在一个输出端(A231)上输出电测量值(M)的各基波和谐波。

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