一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法制造技術

本發明專利技術公開了一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法，其應用于Rogowski線圈電流互感器的信號處理，包括以下步驟：S1，Rogowski線圈信號輸出經過A/D轉換器進行數據變換，變換后的信號中含有直流分量；S2，采用改進Al?Alaoui積分算法對該信號進行積分處理；S3，低通濾波器將Al?Alaoui積分后的信號進行低通濾波，把經信號調理和A/D采樣后。本發明專利技術中，當積分器輸入數字信號存在直流偏移或者積分初相位不為90°或?90°時，該新型數字積分算法均能識別積分后的直流偏移，并通過一定的調整方法，將輸出信號直流偏移減為0，經仿真分析和實際應用，證實本發明專利技術設計的新型數字積分算法能很好地應用于Rogowski線圈互感器。

【技術實現步驟摘要】
一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法
本專利技術涉及智能電網設備可靠性測試
，尤其涉及一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法。
技術介紹
傳統能源日益短缺、環境污染日益嚴重等問題正推動著傳統電網向智能電網的轉變，智能電網能為經濟社會提供安全、高效、清潔、友好的電力服務，自2009年國家電網公司提出建設統一的堅強智能電網的發展目標以來，智能電網在中國得到了迅猛發展。作為數字計量系統中，電流互感器是重要組成部分之一，尤其是具有高準確度的Rogowski線圈電流互感器，而對輸出信號的積分運算是高準確度Rogowski線圈電流互感器信號處理過程中很重要的一個環節，高準確度Rogowski線圈電流互感器離不開高準確度、高穩定性的積分器設計。模擬積分電路實現起來相對簡單，但易受模擬器件分散性、溫漂和零漂等因素的影響，盡管有一些改進的措施，但并不能從根本上解決這些問題，改進的積分電路性能也不是十分穩定。所以，模擬積分器在長時間的運行中很難達到高精度的要求，因而許多研究人員開始研究數字積分算法。然而，現有的數字積分算法如矩形積分算法、梯形積分算法、Simpson積分算法及Al-Alaoui積分算法，并不能直接用于Rogowski線圈信號的積分還原。因為Rogowski線圈輸出信號經信號調理和A/D采樣后，其模數信號變換過程中會含有直流分量，即使很微小的直流偏移，由于積分的累加作用，隨著時間的推移，會使得數字積分輸出為無窮。其次，積分的初相位如果不為90°或-90°，會引起數字積分輸出直流偏移。因此，數字積分不能直接取代傳統的模擬積分器應用于Rogowski線圈互感器。針對這些問題，本專利技術提出一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法。
技術實現思路
基于
技術介紹
存在的技術問題，本專利技術提出了一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法。本專利技術提出的一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法，其應用于Rogowski線圈電流互感器的信號處理，包括以下步驟：S1，Rogowski線圈信號輸出經過A/D轉換器進行數據變換，變換后的信號中含有直流分量；S2，采用改進Al-Alaoui積分算法對該信號進行積分處理；S3，低通濾波器將Al-Alaoui積分后的信號進行低通濾波，把經信號調理和A/D采樣后，模數信號變換過程中含有的直流分量提取出來；S4，將提取的直流分量通過PID控制器調整，反饋至改進Al-Alaoui積分的輸入端，將輸入信號中的直流分量減去；S5，改進Al-Alaoui積分算法對Rogowski線圈輸出交流信號進行積分，還原一次被測信號波形。優選地，所述S2中，改進Al-Alaoui積分算法具體為：以Al-Alaoui數字積分為基礎，通過將采樣頻率加倍，并加入一個新的分數延時因子，使得Al-Alaoui數字積分的幅值誤差和是相位誤差得到降低。優選地，PID控制器連接A/D轉換器、數字積分、低通濾波器、直流含量分析模塊。本專利技術中，當積分器輸入數字信號存在直流偏移或者積分初相位不為90°或-90°時，該新型數字積分算法均能識別積分后的直流偏移，并通過一定的調整方法，將輸出信號直流偏移減為0。經仿真分析和實際應用，證實本專利技術設計的新型數字積分算法能很好地應用于Rogowski線圈互感器。附圖說明圖1為本專利技術中的理想積分和Al-Alaoui積分的幅值和相位響應圖；圖2為本專利技術中改進的Al-Alaoui數字積分與理想積分之間的幅值誤差示意圖；圖3為本專利技術中改進的Al-Alaoui數字積分與理想積分之間的相位誤差示意圖；圖4為本專利技術提出的一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法的設計原理圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步解說。參照圖1-4，本專利技術提出的一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法，其應用于Rogowski線圈電流互感器的信號處理，包括以下步驟：S1，Rogowski線圈信號輸出經過A/D轉換器進行數據變換，變換后的信號中含有直流分量；S2，采用改進Al-Alaoui積分算法對該信號進行積分處理；S3，低通濾波器將Al-Alaoui積分后的信號進行低通濾波，把經信號調理和A/D采樣后，模數信號變換過程中含有的直流分量提取出來；S4，將提取的直流分量通過PID控制器調整，反饋至改進Al-Alaoui積分的輸入端，將輸入信號中的直流分量減去；S5，改進Al-Alaoui積分算法對Rogowski線圈輸出交流信號進行積分，還原一次被測信號波形。數字積分器是依據采樣定理，對信號直接進行采樣，然后利用數值方法進行積分。與模擬積分器相比，數字積分器不含模擬器件，性能穩定，不受模擬器件零漂和溫漂的影響，且數字積分中最關鍵的部分在于算法，利用算法還可對模擬電路的漂移進行補償。在Al-Alaoui數字積分算法的基礎上進行改進，Al-Alaoui數字積分算法傳輸函數如式為：比較Al-Alaoui數字積分算法和理想積分算法可以看出，Al-Alaoui數字積分算法的幅頻特性非常接近理想數字積分的幅頻特性，但是相頻特性在0.577倍奈奎斯特頻率時會有1.2°的誤差。由于1.2°的相位誤差對校驗系統而言是比較大的，我們希望數字積分的相頻特性與理想積分盡量一致。因此，本專利技術在Al-Alaoui數字積分的基礎上，對其進行了改進。本專利技術通過將采樣頻率加倍，并加入一個新的分數延時因子，改進后的Al-Alaoui數字積分的傳遞函數為：在數字信號處理方面難以進行非整數間隔的計算，因此，對采樣提高將采樣10倍后，z則變為z10，則改進的Al-Alaoui數字積分的傳函可以表示為：改進的Al-Alaoui數字積分與理想積分之間的誤差如圖2和圖3所示。圖中可以看出，改進的Al-Alaoui數字積分與原來的Al-Alaoui數字積分相比，無論幅值誤差還是相位誤差都得到了較大程度的降低。為了克服數字積分算法在過程中會受到信號中直流分量的影響，本專利技術提出了一種基于直流負反饋原理的改進Al-Alaoui積分算法，通過負反饋的方式消除數字積分輸入信號中的不變直流分量，從而減小數字積分的誤差。以上所述，僅為本專利技術較佳的具體實施方式，但本專利技術的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
的技術人員在本專利技術揭露的技術范圍內，根據本專利技術的技術方案及其專利技術構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本專利技術的保護范圍之內。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法，其應用于Rogowski線圈電流互感器的信號處理，其特征在于，包括以下步驟：S1，Rogowski線圈信號輸出經過A/D轉換器進行數據變換，變換后的信號中含有直流分量；S2，采用改進Al?Alaoui積分算法對該信號進行積分處理；S3，低通濾波器將Al?Alaoui積分后的信號進行低通濾波，把經信號調理和A/D采樣后，模數信號變換過程中含有的直流分量提取出來；S4，將提取的直流分量通過PID控制器調整，反饋至改進Al?Alaoui積分的輸入端，將輸入信號中的直流分量減去；S5，改進Al?Alaoui積分算法對Rogowski線圈輸出交流信號進行積分，還原一次被測信號波形。

【技術特征摘要】
1.一種基于直流偏移分析和負反饋控制的數字積分算法，其應用于Rogowski線圈電流互感器的信號處理，其特征在于，包括以下步驟：S1，Rogowski線圈信號輸出經過A/D轉換器進行數據變換，變換后的信號中含有直流分量；S2，采用改進Al-Alaoui積分算法對該信號進行積分處理；S3，低通濾波器將Al-Alaoui積分后的信號進行低通濾波，把經信號調理和A/D采樣后，模數信號變換過程中含有的直流分量提取出來；S4，將提取的直流分量通過PID控制器調整，反饋至改進Al-Alaoui積分的輸入端，將輸入信號中的直流分量減去；S5...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉，樊博，程志強，張浩淼，王濤，陳旭，張灝，張波，伍祥，張超，舒一飛，
申請(專利權)人：國網寧夏電力公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：寧夏,64