基于Rogowski线圈的电能计量方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Rogowski线圈的电能计量方法，首先通过Rogowski线圈等手段得到电压采样值和电流通道感应电压采样值；然后对电压信号进行过零检测，当检测到有效过零点，计算实际采样点数和电压、电流通道直流分量，同时进行电压、电流通道直流校正；接着对直流校正的电流通道信号进行数字积分还原被测电流信号，通过动态消直流的方法对电流积分进行积分初值补偿；最后对经过前面处理得到的电压、电流值进行点积累积，计算电压、电流有效值，功率和电能。本发明采用数字积分器替代模拟积分器，积分完全不受环境因素、实际器件的影响，相位特性良好，结构简单，积分准确、稳定，计量准确度高，且不增加硬件成本。
【专利说明】基于Rogowski线圈的电能计量方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电能计量方法，尤其涉及一种基于Rogowski线圈的电能计量方 法。
【背景技术】
[0002] 目前电能表的电流测量主要采用电流互感器（CT)或电阻分流器的测量方法，其 中电流互感器广泛采用的是电磁式电流互感器，电阻分流器采用的是锰铜电阻。随着电力 系统的发展，电力传输系统容量不断增大，运行电压等级逐渐提高，传统电流测量方法的固 有缺陷表现得日益突出。如：CT的动态范围不宽，大电流下易饱和，无法计量直流，容易受 强磁场干扰的影响；锰铜存在自身发热严重、无法隔离或者隔离方案复杂、存在一定的安全 隐患等缺陷。
[0003] 为了克服传统电流测量方法的缺陷，必须寻找一种安全可靠、性能优越的新型电 流互感器。Rogowski线圈便是其中的代表之一。Rogowski线圈是一种新型电子式电流互 感器，与传统的电磁式电流互感器和锰铜相比，Rogowski线圈具有动态范围宽、无磁饱和现 象、体积小、重量轻、安装方便、成本低等优点。
[0004]Rogowski线圈应用于电能计量是大势所趋，目前市场上已有适用于电能表计量的 Rogowski线圈。然而Rogowski线圈应用于电能计量目前尚无比较成熟的解决方案。虽然 目前已有支持Rogowski线圈的专用计量芯片，但这些计量芯片都存在各自的缺陷，如小电 流准确度不高和稳定性较差等，且价格昂贵。因此，如何提高Rogowski线圈计量的准确度 和稳定性是目前亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种能提高Rogowski线圈计量的准确度和稳定性，并且 应用成本低的基于Rogowski线圈的电能计量方法。
[0006] 本发明提供的这种基于Rogowski线圈的电能计量方法，包括如下步骤：
[0007] 步骤一，采样输入的电压信号u(t)和电流信号i(t)，得到离散的电压采样值u(η) 和电流通道感应电压采样值e(η);
[0008] 步骤二，获取电压的直流分量和电流通道感应电压的直流分量，并用得到的直流 分量对电压采样值U(η)和电流通道感应电压采样值e(η)进行直流校正；
[0009] 步骤三，按下式对步骤二中直流校正后得到的感应电压采样值进行数字积分，还 原电流信号i(η):
[0010]
【权利要求】
1. 一种基于Rogowski线圈的电能计量方法，包括如下步骤： 步骤一，采样输入的电压信号u(t)和电流信号i(t)，得到离散的电压采样值u(n)和电 流通道感应电压采样值e(n); 步骤二，获取电压的直流分量和电流通道感应电压的直流分量，并用得到的直流分量 对电压采样值u(n)和电流通道感应电压采样值e(n)进行直流校正； 步骤三，按下式对步骤二中直流校正后得到的感应电压采样值进行数字积分，还原电 流信号i(n):
式中，i(n)为经数字积分还原得到的电流信号；i(0)为电流的积分初值；AT为信号采 样时间间隔；e' (0)、e' (k)和e' (n)均为电流通道感应电压采样值经直流校正后的数 据；M为Rogowski线圈与被测电流的互感系数； 步骤四，获取所述积分还原得到的电流信号i(n)的直流分量，用得到的直流分量对所 述积分还原得到的电流信号i(n)进行积分初值补偿； 步骤五，对步骤二得到的电压采样值u(n)经直流校正后的数据u' (n)和步骤四得到 的所述积分还原得到的电流信号i(n)经积分初值补偿后的数据i' (n)进行点积运算并累 积，获取电压有效值、电流有效值、功率和电能。
2. 根据权利要求1所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述步骤 二包括： a. 电压信号u(t)采用电阻分压取样得到电压取样信号u' (t);电流信号采用 Rogowski线圈取样得到感应电压e(t) =di(t)/dt; b. 电压取样信号u' (t)和电流取样信号e(t)分别经过信号调理电路输入到MCU的 模拟前端，经MCU内置A/D转换器采样和转换得到离散的电压采样值u(n)和电流通道感应 电压米样值e(n)。
3. 根据权利要求1所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述电压 的直流分量按照下式获取，所述电流通道感应电压的直流分量按照下式获取：
式中，u(n)和e(n)为所述步骤一采集得到的每个周期电压和电流通道感应电压第n个 采样点值，N为每个周期的采样点数。
4. 根据权利要求3所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述电压 采样值u(n)根据其直流分量按照下式进行直流校正，所述电流通道感应电压采样值e(n) 根据其直流分量按照下式进行直流校正；
式中，u(n)和e(n)为所述步骤一采集得到的每个周期电压和电流通道感应电压第n个 采样点值；U' (n)为电压采样值u(n)经直流校正后的数据；e' (n)为电流通道感应电压 采样值e(n)经直流校正后的数据；Ud。为电压的直流分量和Ed。为电流通道感应电压的直流 分量。
5. 根据权利要求1所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述积分 电流信号i(n)的直流分量按下式获取：
式中，i(n)为步骤三经数字积分还原得到的电流信号，N为每个周期的采样点数。
6. 根据权利要求5所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述积分 还原得到的电流信号i(n)根据得到的直流分量按照下式进行积分初值补偿：
式中，i(n)为步骤三经数字积分还原得到的电流信号；i' (n)为经数字积分还原得到 的电流信号i(n)进行初值补偿后的数据；Id。为经积分还原得到的电流信号i(n)的直流分 量。
7. 根据权利要求3所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述每个 周期的采样点数N为相邻2个正向过零点之间的采样点数。
8. 根据权利要求7所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述正向 过零点的判别方法是：当检测到电压采样值由负变正的时候，即前一个采样点电压值为负 数，后一个采样点为正数，则该正数点为一个有效过零点；该正数点为正向过零点。
9. 根据权利要求1所述的基于Rogowski线圈的电能计量方法，其特征在于，所述步骤 三的信号采样时间间隔AT为156us。
【文档编号】G01R22/10GK104483542SQ201410833158
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】汪龙峰, 任智仁, 周杰文, 周宣 申请人:威胜集团有限公司