一种模拟量校正方法及基于该方法的单cpu低压保护装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟量校正方法及基于该方法的单CPU低压保护装置,电路系统中低端信号采集设备及精度较低的电阻电容等硬件会在电信号传输过程中造成信号的幅值及相位误差,本发明模拟量校正方法通过对待检电路输入标准值的电压/电流信号，对比相应的输入和输出值,并结合三相电的相位关系，计算出待检电路各相电电压/电流校正向量系数,在正常采集中,通过该系数对低端设备的采集值进行校正,有效提高了电路的测量精度,同时降低了电路硬件设备的制造成本。
【专利说明】一种模拟量校正方法及基于该方法的单CPU低压保护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力测量【技术领域】，具体为一种模拟量校正方法及基于该方法的单CPU低压保护装置。
【背景技术】
[0002]在电网技术中，继电保护非常重要，它保护了输变电系统中所有昂贵的一次设备，没有了继电保护，在故障发生时将损毁一次设备造成严重的经济损失，并造成输电系统的瘫痪，因此继电保护设备就显得格外重要。特别是中低压保护，因为中低压保护的设备众多。目前本领域使用的中低压保护中基本采用多CPU系统，如图1所示的电路保护系统采用了双CPU，并使用了同步采样的外部AD (模数转换)芯片，构成较为复杂。
[0003]多CPU系统的方案缺点在于成本代价比较高，且芯片越多，故障点也就越多；其次，为了协调多CPU之间的配合，使得软件的设计也相应地复杂化，每个CPU都需要烧写对应的软件，软件中一些细微的错误就会造成2个CPU无法配合，使制造过程不便于管理。
[0004]在电力系统中电信号模拟量的测量一般采用AD采集电路，如图2所示，首先将模拟量通过调理电路转换成AD芯片能采集的电压信号，再通过滤波电路滤掉高频信号，最后接入AD芯片。一般调理电路和滤波电路都有电容或存在耦合电容，有电容的存在就使处理后的信号与原始信号存在相差，由于器件的差异和印刷线路板走线的差异会造成每个测量回路的电容不同，因此同样的信号经过不同测量回路处理后信号与原始信号的相差也不相同。同样的道理由于电阻的差异也造成同样的信号经过不同测量回路处理后的信号的幅值也不相同。为了达到较高精度，一般选用同步采样的AD芯片，电阻电容的也选择精度高的电阻电容，印刷线路板走线也尽量形状长度保持一致，使印刷线路板各回路的电阻电容一致，确保各个回路处理后的信号与原始信号之间的相差和幅值保持在精度要求的范围内，但是同步采样的AD芯片及高精度的电阻电容都比较昂贵，而且这种方法对印刷线路板走线要求太高。
【发明内容】
[0005]本发明的技术目的是针对现有技术存在的问题和缺点，提供一种电路模拟量的校正方法，用于校正低精度采集电路在电信号传输过程中给电信号带来的误差，基于该校正方法，可简化现有的低压电路保护系统，降低硬件成本。
[0006]为了实现上述技术目的，本发明提供的技术方案为:
[0007]一种模拟量校正方法，用于AD采样电路的校准，包括电信号的幅值校正和相位校正，具体为以下步骤:
[0008]校准时，首先向电路输入设定的标准幅值、标准相角的电压电流信号。进行幅值校正时，用所述标准幅值除以实际测得的电信号幅值便得到了幅值的校正系数。而相角的校正相对复杂些，由于采样起始点不同计算出的相角也不同，故相角是一个相对的值，我们一般默认A相电压的相角为O度。[0009]输入的标准信号包括A相、B相、C相,将A相电压的相角设为O度,作为参照,则:
[0010]Ua = U.Sin (ω t) = RUa+jXUa
[0011]Ub = U.sin(cot+120。) = Rub+jXub
[0012]Uc = U.sin(cot+240。) = RUc+jXUc
[0013]Ia = I.sin (ω t-30° ) = RIa+jXIa
[0014]Ib = I.sin (ω t-150° ) = Rlb+jXlb
[0015]Ic = I.sin (ω t-270° ) = RIc+jXIc
[0016]上式中，Ua、Ub、Uc分别为输入的标准A相、B相、C相电压，Rua、Rub> Ruc、XUa、Xub、Xuc分别为向量表不的输入A相、B相、C相电压的实部和虚部，U为输入电压的幅值；Ia、Ib、I。分别为输入的标准A相、B相、C相电流，RIa、RIb、Rlc, XIa、XIb、Xlc分别为向量表示的输入A相、B相、C相电流的实部和虚部，I为输入电流的幅值；t为时间，ω为角频率，j为虚数单位；
[0017]对应上述输入值，将AD采样值进行傅立叶变换后输出:
[0018]Uacal — RuaCal +J \aCal
[0019]Ubcal = RubCal +jXubCal
[0020]Uccal = RUcCal+jXUcCai
[0021]IaCal — RlaCal + J^IaCal
[0022]Ibcal = RIbCal+jXIbCal
[0023]IcCal — RlcCal + J^IcCal
[0024]上式中，Uacal, Ubcal、Uccal分别为采样值经傅立叶变换得到的A相、B相、C相电压，
^UaCal、RubCal、^UcCal、^UaCal、^UbCal、^UcCal 分别为向量表示的 UaCal、Uj3Cal、^cCal 的实部和虚部；IaCal、
Ibcal > Iecal分别为采样值经傅立叶变换得到的A相、B相、C相电流，
RlaCal、RlbCal、RlcCal、AaCal、
XlbCal、XlcCal 分别为 laCal、IbCal、IcCal 的实部和虚部。
[0025]电压信号的校正过程如下:
[0026]a)校准A相电压，求A相电压的校正向量Adja:
fff.[0027]Adjs = Rlleadj +JMacmdj =.........(I)
MaCat +4aCat
[0028]上式中，Ruaadj, Xuaadj为校正向量Adja的实部和虚部，由于Ua的相角默认为O度，jXUa> jXUaCal> JXuaadj实际为零，故A相校正向量只需考虑其幅值校正系数。
[0029]既求得测量电路A相电压的校正向量，在AD正常采集中，将经傅立叶变换的AD采样值带入公式(2)中，即得到A相电压的校正值:
[0030]
【权利要求】
1.一种模拟量校正方法,用于AD米样电路的校准,包括电信号的幅值校正和相位校正，其特征在于，包括以下步骤: 校准时，首先向电路输入标准幅值、标准相角的电压电流信号，电压信号的校正过程如下: 输入的标准电压包括A相、B相、C相电压,将A相电压的相角设为O度,作为参照,则: Ua = U.sin(cot) = RUa+jXUa Ub = U.sin(cot+120。) = Rub+J-Xub Uc = U.sin (ω t+240° ) = RUc+jXUc 上式中，Ua、Ub、Uc分别为输入的标准A相、B相、C相电压，Rua, Rub, RUc;、XUa、Xub, Xuc分别为向量表不的输入A相、B相、C相电压的实部和虚部，U为输入电压的幅值； 对应上述输入值，将AD采样值进行傅立叶变换后输出:
UaCal RuaCal+jXlJaCal
UbCal — RubCal+jXubCal
UcCal — RucCal+J^UcCal 上式中， UaCal、UbCal、^cCal 分别为经傅立叶变换得到的A相、B相、C相电压，Ruacal, Rubcal,RueCal > XuaCal > h、XucCal分别为向量表示的傅立叶变换得到的A相、B相、C相电压的实部和虚部； a)校准A相电压，由式⑴求出A相电压的校正向量Adja，将设定的标准输入电压值带入式⑴:
Mc^ec Adja = Rllaadj +JXuaadf(1)
上式中， ^Uaadj Λ ^Uaadj
为校正向量Adja的实部和虚部； 在AD正常采集中，将经傅立叶变换的AD采样值带入公式(2)中，即得到A相电压的校正值:
Uaadjed； = UaCal ' * Adja(2) 上式中，Uaca/为经傅立叶变换的未校正的A相采样值，Uaatued'为校正后的A相电压值； b)校准B相电压、C相电压，由式(3)、式(4)求B相电压的校正向量Adjb和C相电压的校正向量Adj。，将设定的标准输入电压值带入式(3)、式(4)中:
2.根据权利要求1所述的一种模拟量校正方法，其特征在于，还包括电流信号的校正，校准时，输入的标准电流为:
Ia = I.sin(cot-30° ) = RIa+jXIa
Ib = I * sin(cot-150。) = RIb+jXIb
Ic = I.sin (ω t-270° ) = RIc+j'XIc 上式中，Ia、Ib、I。分别为输入的标准A相、B相、C相电流，RIa、RIb、Rlc, Xla, Xlb, Xlc分别为向量表示的输入A相、B相、C相电流的实部和虚部，I为输入电流的幅值； 对应上述输入值，AD将采样值经傅立叶变换后输出:
IaCal RlaCal+jXlaCal
IbCal — RlbCal+J^IbCal
IcCal 一 RlcCal+J-^IcCal 上式中，I
aCal、-^bCal、了 cCal
分别为傅立叶变换得到的A相、B相、C相电流，Rlacai > RlbCal > RlcCal >XlcCal > XlbCal > XlcCal分别为向量表示的傅立叶变换得到的A相、B相、C相电流的实部和虚部；电流的校正向量式如下:
3.根据权利要求2所述的一种模拟量校正方法，其特征在于，电路相间电压、视在功率、有功功率、无功功率或功率因数的校正通过校正后的电压和电流值计算获得。
4.一种基于权利要求1、2或3所述的一种模拟量校正方法的单CPU低压保护装置，其特征在于: 包括一 CPU微处理器单元及与所述微处理器单元连接的开关量输入/输出单元、继电器单元、存储器单元、定时器单元和外部接口，所述微处理器单元与AD信号采集电路连接，所述外部接口包括人机接口和通讯接口，所述人机接口与显示器、输入装置或警示设备连接，所述通讯接口与后台计算机系统连接； 所述微处理器单元检测分析开关量的输入信号，通过开关量输出系统向继电器发出控制命令；所述微处理器单元接收AD装置的采样信号，并通过模拟量校正方法完成对电信号采样值的校正。
5.根据权利要求4所述的单CPU低压保护装置，其特征在于，所述AD装置为非同步采样AD。
【文档编号】H02H7/00GK103487778SQ201310476013
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】沈波, 陈伟, 张厚成, 蔡黎明 申请人:南京深科博业电气股份有限公司