一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法及系统与流程

本发明属于电工仪器仪表电能校准领域，尤其是一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法及系统。

背景技术：

电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成，用以传输正比于被测量的量,供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。电子式互感器主要应用于电力系统的电参量测量及各类输入或输出变频电量的电器设备的检测试验和能效评测，是智能电网中数字化、智能化的关键设备之一。目前由于电子式互感器的可靠性和稳定性还有待完善，导致电子式互感器运行时故障率偏高,已经成为其在电力系统中应用的瓶颈。在国家标准gb/t20840.7-2007《电子式电压互感器》和gb/t20840.8-2007《电子式电流互感器》中规定，数字化变电站应用的电子式互感器是一种模拟量输入数字量输出的非传统互感器。但与传统互感器相同的是,电子式互感器也担负着电网的精确计量，以及故障监测等重要责任。因此对电子式互感器的校验，准确检定其误差范围，具有十分重要的意义。

目前，电子式互感器的准确度校验主要以传统方法为基础，即以含铁芯的传统标准互感器作为标准源，通过对铁芯绕组抽头引线的方式实现对不同规格额定一次电压电流的测量，并通过电子式互感器校验仪内部的模数转换模块，将模拟信号转换为数字信号，再将其与被测电子式互感器输出的数字信号对比，最后采用差值法分析得出误差及相差数据。

以上采用铁芯式标准互感器的校验方式存在铁磁谐振及铁磁饱和缺陷、增容困难、二次接线繁琐以及二次开路高压危险等问题，导致其对电子式互感器校验的效果差、准确性低。同时,传统校验方法主要基于差值法原理，即将标准互感器与被校电子式互感器的模拟输出做差，再对差值信号进行处理得到比差和角差。与标准互感器模拟输出相比，电子式互感器的数字输出是离散序列，因此，若将数字信号转换成模拟信号再用差值法将很难满足准确度要求。另外，由于数字输出电子式互感器的二次装置和一次侧存在延时现象，因此,直接将两路信号直接做差会引起较大偏差，进一步降低了校验的准确性。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法及系统，以解决现有技术中校验的效果差、准确性低的技术问题。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据；

⑵采用改进数字滤波算法对所述采样数据进行数字滤波处理,并输出所述数字滤波处理数据；

⑶采用过零点检测法分别提取所述采样数据的基频分量；

⑷根据相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值；

⑸根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度。

而且，所述步骤⑵中改进数字滤波算法，步骤为：

①建立一个容纳n个数据的队列；

②将所述采样数据输入所述队列,并判断所述队列是否已满；

③若所述队列未满,则将所述采样数据输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤；

④若所述队列已满,则去除所述队列中的最大值和最小值,并求取剩余(n-2)个数据的算术平均值,将所述算术平均值输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤。

而且，所述步骤⑵改进数字滤波算法中④若所述队列已满，步骤包括：

a对所述采样数据按照冒泡排序法排序；

b存储所述队列中最大值和最小值。

而且，所述步骤a的具体方法为：对于一个存有n个数据的数组，从第一个数开始从头到尾两两比较，当前一个数比后一个数大时，则交换它们的位置，直到最大的一个数被排在了数组的后尾；然后最后一个数固定，不再需要比较，只需要按照上述方法重复比较前面的n-1个数，直到排出顺序。

一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验系统，其特征在于：包括：

采样数据获取模块,所述采样数据获取模块用于同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据；

数字滤波处理模块,所述数字滤波处理模块用于采用改进数字滤波算法对所述采样数据进行数字滤波处理；

基频分量提取模块,所述基频分量提取模块用于采用过零点检测法分别提取所述采样数据的基频分量；

频率、相位和幅值获取模块,所述频率、相位和幅值获取模块用于根据相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值；

相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度计算模块,所述相位误差、电流误差、电压误差和类不确定度计算模块用于根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度。

而且，所述数字滤波处理模块包括依次顺序连接的队列建立子模块、队列输入子模块、采样数据输出子模块以及算术平均值输出子模块：

队列建立子模块,所述队列建立子模块用于建立一个容纳n个数据的队列；

队列输入子模块,所述队列输入子模块用于将所述采样数据输入所述队列,并判断所述队列是否已满；

采样数据输出子模块,所述采样数据输出子模块用于当所述队列未满时,将所述采样数据输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤；

算术平均值输出子模块,所述算术平均值输出子模块用于当所述队列已满时,去除所述队列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2个数据的算术平均值,将所述算术平均值输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤。

而且，所述数字滤波处理模块包括相互连接的采样数据排序子模块和存储子模块，

所述采样数据排序模块用于对所述采样数据按照冒泡排序法排序；

所述存储子模块用于存储所述队列中最大值和最小值。

本发明的优点和积极效果是：

1、本发明提供一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法，所述电子式互感器校验方法包括同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据；采用改进数字滤波算法对所述采样数据进行数字滤波处理；采用过零点检测法分别提取所述采样数据的基频分量；根据相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值；根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度。

2、本发明基于绝对测量法，首先同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据，即在同一时刻，分别获取模拟量转数字量系统和待测电了式互感器的数字输出信号，并对所述数字输出信号直接进行频率、幅值和相位的比对。不同于差值法,本方法直接对模拟信号进行数字化采样，无需将数字信号转换成模拟信号再进行比对，而且对采样数据进行数字滤波处理，大大降低了突发干扰的影响，校验的准确性高，实时性强，不存在延时现象。因此，本发明可以解决现有技术中校验的效果差、准确性低的技术问题。

附图说明

图1是本发明实施例中校验方法的流程图；

图2是本发明实施例中提供的步骤s02的流程图；

图3是本发明实施例中提供的步骤s204的流程图；

图4是本发明实施例中校验系统的结构示意图；

图5是本发明实施例中提供的数字滤波处理模块的结构示意图；

图6是本发明实施例中提供的算术平均值输出子模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法，

请参考图1所示为本发明实施例的流程图，由图1可知一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法,所述采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验方法包括以下步骤：

s01：同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据；

s02：采用改进数字滤波算法对所述采样数据进行数字滤波处理,并输出所述数字滤波处理数据；

s03：采用过零点检测法分别提取所述采样数据的基频分量；

s04：根据相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值；

s05：根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度。

通常，校验标准源的输入信号除了含有基波分量外，还含有高次谐波分量及白噪声等，干扰量的来源一般有两个方面，一是电力系统的高次谐波，一是环境的电磁干扰和噪声干扰。校验系统设计抗干扰措施主要包括部分环节屏蔽、系统接地、采集回路设计低通滤波器等抗干扰措施。因此，对采样数据进行数字滤波处理是电子式互感器校验的必要步骤，数字滤波处理有利于提高校验精度。本实施例中提供的改进数字滤波算法在滑动平均值滤波算法、算术平均值滤波法以及防脉冲干扰平均滤波法的基础上进行了改进,更加适用于特定的温度数据采集系统。

本实施例采用相似三角形原理的过零点检测法提取所述采样数据的基频分量，该方法要求波形必须经过数字滤波处理,滤除直流和谐波的干扰才能精确判别过零点，然后采用国际标准规定的10个周期计算频率作均值估计。

本实施例中提供的利用相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值具体为：

利用插值fft算法分别分析各次谐波的参数,具体公式如下：

可推得信号的幅值、相位和频率的值分别为：

fm＝m·(k1+δ1)fs/n

式中m为谐波次数,fs为采样频率,km为谐波信号采样序列对应的离散频点,δm为频谱偏离估计值,且0≤δm≤1,xh为采样点,wh为矩形窗。

本实施例中,根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度具体为：

相位误差φe：φe＝φ-(φor+2πftdr)

式中,φ为相位差,φor为电子式互感器因技术产生的额定相位差,f为频率,tdr为数据处理和传输所需时间的额定值。

电流误差εi：

式中，是额定变化,是信号源电流,为测量条件下,施加时的实际二次电流。

电压误差εu：

式中,为额定电压比,为信号源电压,为测量条件下,施加时的实际二次电压。

a类不确定度：

式中，x为测量的电压/电流值,n-1为自由度。

本发明基于绝对测量法，首先同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据，即在同一时刻，分别获取模拟量转数字量系统和待测电了式互感器的数字输出信号，并对所述数字输出信号直接进行频率、幅值和相位的比对。不同于差值法,本方法直接对模拟信号进行数字化采样，无需将数字信号转换成模拟信号再进行比对，而且对采样数据进行数字滤波处理，大大降低了突发干扰的影响，校验的准确性高，实时性强，不存在延时现象。因此，本发明可以解决现有技术中校验的效果差、准确性低的技术问题。

请参考图2所示为本发明实施例中提供的步骤s02的流程图；

由图2可知所述改进数字滤波算法包括建立一个容纳n个数据的队列；将所述采样数据输入所述队列,并判断所述队列是否已满；若所述队列未满,则将所述采样数据输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤；若所述队列已满,则去除所述队列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2个数据的算术平均值,将所述算术平均值输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤。

请参考图3所示为本发明实施例中提供的步骤s204的流程图；

步骤s02中的改进数字滤波算法，包括对所述采样数据按照冒泡排序法排序，然后，存储所述队列中最大值和最小值。

本发明采用改进数字滤波算法对采样数据进行数字滤波处理,改进后的数字滤波算法的主要内容是先建立一个队列，以便能够实现实时输出,也就是说每进来一个数据就会马上输出一个数据，这样可以保证数据的实时性和快速性,避免在纯粹的算术平均值法当中出现的要采集多次数据才能滤波输出一个数据的情况。

当队列满后，热靶温度不断上升，每次进来一个新数据的同时也会丢弃一个最“老”的数据,使得整个队列始终保持固定的长度。

在每进来一个数据后判断这个数据是否为最大值或者最小值，在进行滤波算法的时候首先除去最大值和最小值，默认这两个值为干扰值，在进行算法时首先要在输入的n个采样数据xi(i＝1～n)中去除最大值xmax和最小值xmin，按去除后的n-2个采样数据寻找y，使y与各采样值间的偏差平方和最小,其公式为：

通过对上式取极值即可得出，即算术平均值的算法公式。该方法是把n-2个采样值相加,然后取其算术平均值为本次采样值并输出。

然后剩下的数据采用算术平均法滤波，通过计算后就能输出一个经过滤波后的数据。

请参考图4所示为本发明实施例中提供的一种采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验系统的结构示意图。

由图4可知所述采用改进数字滤波算法的电子式互感器校验系统包括：

采样数据获取模块,所述采样数据获取模块用于同步获取待测电子式互感器和模拟量转数字量系统的采样数据；

数字滤波处理模块,所述数字滤波处理模块用于采用改进数字滤波算法对所述采样数据进行数字滤波处理；

基频分量提取模块,所述基频分量提取模块用于采用过零点检测法分别提取所述采样数据的基频分量；

频率、相位和幅值获取模块,所述频率、相位和幅值获取模块用于根据相位差法分别获取所述采样数据的频率、相位和幅值；

相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度计算模块,所述相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度计算模块用于根据所述频率、所述相位和所述幅值计算待测电子式互感器的相位误差、电流误差、电压误差和a类不确定度。

请参考图5,所示为本发明实施例中提供的数字滤波处理模块的结构示意图。

图5可知所述数字滤波处理模块包括:

队列建立子模块,所述队列建立子模块用于建立一个容纳n个数据的队列；

队列输入子模块,所述队列输入子模块用于将所述采样数据输入所述队列,并判断所述队列是否已满；

采样数据输出子模块,所述采样数据输出子模块用于当所述队列未满时,将所述采样数据输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤；

算术平均值输出子模块,所述算术平均值输出子模块用于当所述队列已满时,去除所述队列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2个数据的算术平均值,将所述算术平均值输出,并重复判断所述队列是否已满的步骤。

参考图6所示为本发明实施例中提供的算术平均值输出子模块的结构示意图。

由图6可知,采样数据排序子模块,所述采样数据排序模块用于对所述采样数据按照冒泡排序法排序；存储子模块,所述存储子模块用于存储所述队列中最大值和最小值。

以上所述的本发明实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于装置或系统实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述得比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统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实施例方案的目的。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。

可以理解的是,本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。

本发明可以在由计算机可执行的指令的一般上下文中描述,例如程序模块。一般地,程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明,在这些分布式计算环境中,由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。