电子式互感器中的高精度数字积分技术研究

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作为数字化变电站的重要组成部分,电子式电流互感器拥有体积小、频带宽等优点。空心线圈电子式电流互感器作为比较常见的一种,其精度主要由空心线圈和积分环节决定。由于空心线圈的制作可以通过标准化工艺和PCB规范制作,因此积分环节的精度极大程度上影响着电子式电流互感器的功能发挥。虽然模拟积分器制作简单,但是由于模拟器件时漂、温漂的影响,即使制作对应的改良措施也无法完全避免模拟器件的影响,所以目前短时测量中较多应用数字积分算法。常规的数字积分算法以其不受温度干扰、输出数字量等优点得到了广泛应用。然而,常规数字积分算法虽然简单有效,但也存在着精度不高,长时间的累积误差难以消除的问题,通过改进算法可逐步解决。本文针对常规数字积分算法存在的不足,对应用于信号处理部分的数字积分环节进行了深入研究,设计出多种不同的改进方案,可根据不同场合的需求进行实际应用:  1.在综合分析数字积分算法原理的基础上,以梯形积分算法为主体,结合FFT算法测量谐波频率的的功能,加入曲线拟合原理,设计出一种具有频率自适应能力的数字积分算法。在电子式电流互感器的谐波信号测量中,可用多项式矫正各次谐波幅值误差,最终以12.8kHz的采样速率使2~50次谐波电流信号计算出的幅值相对误差控制在0.01%以下,该算法可有效抵抗电网信号频率±0.5Hz波动的干扰。  2.深入分析了采样频率、谐波、噪声干扰、频率波动等因素对积分环节的影响,在此基础上设计了一种基于Gauss算法的高精度数字积分器。仿真实验表明:对基该数字积分器,存在13次以下谐波源时,复合误差不超过0.13%。频率波动范围±0.5Hz时,复合误差小于8×10-5%。存在幅值比10%的白噪声时,6.4kHz采样率下基波幅值比差为0.077%,该积分器可满足多干扰条件下的测量需要。  3.依据牛顿科茨算法的推导形式,研究出龙贝格算法的规律,利用不同传递函数之间的组合,根据不同步长之间的误差降低规律,设计出一种定步长迭加形式的积分算法,并加以应用,用仿真实验验证其谐波、噪声等不同条件下的可行性。对0.2s或0.5s级电子式互感器,该算法可满足小信号测量和校验需求。  所设计的三种数字积分算法,或者通用于一般的测量用电子式电流互感器,或者改进硬件配置方式加以高精度算法,满足复杂环境场合测量和保护装置使用,或者可满足0.2s和0.5s级测量用电子式电流互感器和校验系统的特别需要,另外本文阐述了数字积分算法中的规律性问题如积分初值、直流漂移问题等,并给出解决方案,最后给出后续研究建议。
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