本發(fā)明屬于電工儀器儀表電能校準領域，尤其是一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法及系統(tǒng)。

背景技術：

電子式互感器由連接到傳輸系統(tǒng)和二次轉(zhuǎn)換器的一個或多個電壓或電流傳感器組成，用以傳輸正比于被測量的量,供給測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置。電子式互感器主要應用于電力系統(tǒng)的電參量測量及各類輸入或輸出變頻電量的電器設備的檢測試驗和能效評測，是智能電網(wǎng)中數(shù)字化、智能化的關鍵設備之一。目前由于電子式互感器的可靠性和穩(wěn)定性還有待完善，導致電子式互感器運行時故障率偏高,已經(jīng)成為其在電力系統(tǒng)中應用的瓶頸。在國家標準gb/t20840.7-2007《電子式電壓互感器》和gb/t20840.8-2007《電子式電流互感器》中規(guī)定，數(shù)字化變電站應用的電子式互感器是一種模擬量輸入數(shù)字量輸出的非傳統(tǒng)互感器。但與傳統(tǒng)互感器相同的是,電子式互感器也擔負著電網(wǎng)的精確計量，以及故障監(jiān)測等重要責任。因此對電子式互感器的校驗，準確檢定其誤差范圍，具有十分重要的意義。

目前，電子式互感器的準確度校驗主要以傳統(tǒng)方法為基礎，即以含鐵芯的傳統(tǒng)標準互感器作為標準源，通過對鐵芯繞組抽頭引線的方式實現(xiàn)對不同規(guī)格額定一次電壓電流的測量，并通過電子式互感器校驗儀內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再將其與被測電子式互感器輸出的數(shù)字信號對比，最后采用差值法分析得出誤差及相差數(shù)據(jù)。

以上采用鐵芯式標準互感器的校驗方式存在鐵磁諧振及鐵磁飽和缺陷、增容困難、二次接線繁瑣以及二次開路高壓危險等問題，導致其對電子式互感器校驗的效果差、準確性低。同時,傳統(tǒng)校驗方法主要基于差值法原理，即將標準互感器與被校電子式互感器的模擬輸出做差，再對差值信號進行處理得到比差和角差。與標準互感器模擬輸出相比，電子式互感器的數(shù)字輸出是離散序列，因此，若將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號再用差值法將很難滿足準確度要求。另外，由于數(shù)字輸出電子式互感器的二次裝置和一次側(cè)存在延時現(xiàn)象，因此,直接將兩路信號直接做差會引起較大偏差，進一步降低了校驗的準確性。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處，提供一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術中校驗的效果差、準確性低的技術問題。

本發(fā)明解決其技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：

一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法，其特征在于：包括以下步驟：

⑴同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)；

⑵采用改進數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理,并輸出所述數(shù)字濾波處理數(shù)據(jù)；

⑶采用過零點檢測法分別提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量；

⑷根據(jù)相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值；

⑸根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度。

而且，所述步驟⑵中改進數(shù)字濾波算法，步驟為：

①建立一個容納n個數(shù)據(jù)的隊列；

②將所述采樣數(shù)據(jù)輸入所述隊列,并判斷所述隊列是否已滿；

③若所述隊列未滿,則將所述采樣數(shù)據(jù)輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟；

④若所述隊列已滿,則去除所述隊列中的最大值和最小值,并求取剩余(n-2)個數(shù)據(jù)的算術平均值,將所述算術平均值輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟。

而且，所述步驟⑵改進數(shù)字濾波算法中④若所述隊列已滿，步驟包括：

a對所述采樣數(shù)據(jù)按照冒泡排序法排序；

b存儲所述隊列中最大值和最小值。

而且，所述步驟a的具體方法為：對于一個存有n個數(shù)據(jù)的數(shù)組，從第一個數(shù)開始從頭到尾兩兩比較，當前一個數(shù)比后一個數(shù)大時，則交換它們的位置，直到最大的一個數(shù)被排在了數(shù)組的后尾；然后最后一個數(shù)固定，不再需要比較，只需要按照上述方法重復比較前面的n-1個數(shù)，直到排出順序。

一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗系統(tǒng)，其特征在于：包括：

采樣數(shù)據(jù)獲取模塊,所述采樣數(shù)據(jù)獲取模塊用于同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)；

數(shù)字濾波處理模塊,所述數(shù)字濾波處理模塊用于采用改進數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理；

基頻分量提取模塊,所述基頻分量提取模塊用于采用過零點檢測法分別提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量；

頻率、相位和幅值獲取模塊,所述頻率、相位和幅值獲取模塊用于根據(jù)相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值；

相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度計算模塊,所述相位誤差、電流誤差、電壓誤差和類不確定度計算模塊用于根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度。

而且，所述數(shù)字濾波處理模塊包括依次順序連接的隊列建立子模塊、隊列輸入子模塊、采樣數(shù)據(jù)輸出子模塊以及算術平均值輸出子模塊：

隊列建立子模塊,所述隊列建立子模塊用于建立一個容納n個數(shù)據(jù)的隊列；

隊列輸入子模塊,所述隊列輸入子模塊用于將所述采樣數(shù)據(jù)輸入所述隊列,并判斷所述隊列是否已滿；

采樣數(shù)據(jù)輸出子模塊,所述采樣數(shù)據(jù)輸出子模塊用于當所述隊列未滿時,將所述采樣數(shù)據(jù)輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟；

算術平均值輸出子模塊,所述算術平均值輸出子模塊用于當所述隊列已滿時,去除所述隊列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2個數(shù)據(jù)的算術平均值,將所述算術平均值輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟。

而且，所述數(shù)字濾波處理模塊包括相互連接的采樣數(shù)據(jù)排序子模塊和存儲子模塊，

所述采樣數(shù)據(jù)排序模塊用于對所述采樣數(shù)據(jù)按照冒泡排序法排序；

所述存儲子模塊用于存儲所述隊列中最大值和最小值。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本發(fā)明提供一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法，所述電子式互感器校驗方法包括同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)；采用改進數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理；采用過零點檢測法分別提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量；根據(jù)相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值；根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度。

2、本發(fā)明基于絕對測量法，首先同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)，即在同一時刻，分別獲取模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)和待測電了式互感器的數(shù)字輸出信號，并對所述數(shù)字輸出信號直接進行頻率、幅值和相位的比對。不同于差值法,本方法直接對模擬信號進行數(shù)字化采樣，無需將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號再進行比對，而且對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理，大大降低了突發(fā)干擾的影響，校驗的準確性高，實時性強，不存在延時現(xiàn)象。因此，本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術中校驗的效果差、準確性低的技術問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例中校驗方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明實施例中提供的步驟s02的流程圖；

圖3是本發(fā)明實施例中提供的步驟s204的流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例中校驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例中提供的數(shù)字濾波處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例中提供的算術平均值輸出子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述,各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可,每個實施例重點說明的都是與其它實施例的不同之處。

一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法，

請參考圖1所示為本發(fā)明實施例的流程圖，由圖1可知一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法,所述采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗方法包括以下步驟：

s01：同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)；

s02：采用改進數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理,并輸出所述數(shù)字濾波處理數(shù)據(jù)；

s03：采用過零點檢測法分別提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量；

s04：根據(jù)相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值；

s05：根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度。

通常，校驗標準源的輸入信號除了含有基波分量外，還含有高次諧波分量及白噪聲等，干擾量的來源一般有兩個方面，一是電力系統(tǒng)的高次諧波，一是環(huán)境的電磁干擾和噪聲干擾。校驗系統(tǒng)設計抗干擾措施主要包括部分環(huán)節(jié)屏蔽、系統(tǒng)接地、采集回路設計低通濾波器等抗干擾措施。因此，對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理是電子式互感器校驗的必要步驟，數(shù)字濾波處理有利于提高校驗精度。本實施例中提供的改進數(shù)字濾波算法在滑動平均值濾波算法、算術平均值濾波法以及防脈沖干擾平均濾波法的基礎上進行了改進,更加適用于特定的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

本實施例采用相似三角形原理的過零點檢測法提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量，該方法要求波形必須經(jīng)過數(shù)字濾波處理,濾除直流和諧波的干擾才能精確判別過零點，然后采用國際標準規(guī)定的10個周期計算頻率作均值估計。

本實施例中提供的利用相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值具體為：

利用插值fft算法分別分析各次諧波的參數(shù),具體公式如下：

可推得信號的幅值、相位和頻率的值分別為：

fm＝m·(k1+δ1)fs/n

式中m為諧波次數(shù),fs為采樣頻率,km為諧波信號采樣序列對應的離散頻點,δm為頻譜偏離估計值,且0≤δm≤1,xh為采樣點,wh為矩形窗。

本實施例中,根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度具體為：

相位誤差φe：φe＝φ-(φor+2πftdr)

式中,φ為相位差,φor為電子式互感器因技術產(chǎn)生的額定相位差,f為頻率,tdr為數(shù)據(jù)處理和傳輸所需時間的額定值。

電流誤差εi：

式中，是額定變化,是信號源電流,為測量條件下,施加時的實際二次電流。

電壓誤差εu：

式中,為額定電壓比,為信號源電壓,為測量條件下,施加時的實際二次電壓。

a類不確定度：

式中，x為測量的電壓/電流值,n-1為自由度。

本發(fā)明基于絕對測量法，首先同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)，即在同一時刻，分別獲取模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)和待測電了式互感器的數(shù)字輸出信號，并對所述數(shù)字輸出信號直接進行頻率、幅值和相位的比對。不同于差值法,本方法直接對模擬信號進行數(shù)字化采樣，無需將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號再進行比對，而且對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理，大大降低了突發(fā)干擾的影響，校驗的準確性高，實時性強，不存在延時現(xiàn)象。因此，本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術中校驗的效果差、準確性低的技術問題。

請參考圖2所示為本發(fā)明實施例中提供的步驟s02的流程圖；

由圖2可知所述改進數(shù)字濾波算法包括建立一個容納n個數(shù)據(jù)的隊列；將所述采樣數(shù)據(jù)輸入所述隊列,并判斷所述隊列是否已滿；若所述隊列未滿,則將所述采樣數(shù)據(jù)輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟；若所述隊列已滿,則去除所述隊列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2個數(shù)據(jù)的算術平均值,將所述算術平均值輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟。

請參考圖3所示為本發(fā)明實施例中提供的步驟s204的流程圖；

步驟s02中的改進數(shù)字濾波算法，包括對所述采樣數(shù)據(jù)按照冒泡排序法排序，然后，存儲所述隊列中最大值和最小值。

本發(fā)明采用改進數(shù)字濾波算法對采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理,改進后的數(shù)字濾波算法的主要內(nèi)容是先建立一個隊列，以便能夠?qū)崿F(xiàn)實時輸出,也就是說每進來一個數(shù)據(jù)就會馬上輸出一個數(shù)據(jù)，這樣可以保證數(shù)據(jù)的實時性和快速性,避免在純粹的算術平均值法當中出現(xiàn)的要采集多次數(shù)據(jù)才能濾波輸出一個數(shù)據(jù)的情況。

當隊列滿后，熱靶溫度不斷上升，每次進來一個新數(shù)據(jù)的同時也會丟棄一個最“老”的數(shù)據(jù),使得整個隊列始終保持固定的長度。

在每進來一個數(shù)據(jù)后判斷這個數(shù)據(jù)是否為最大值或者最小值，在進行濾波算法的時候首先除去最大值和最小值，默認這兩個值為干擾值，在進行算法時首先要在輸入的n個采樣數(shù)據(jù)xi(i＝1～n)中去除最大值xmax和最小值xmin，按去除后的n-2個采樣數(shù)據(jù)尋找y，使y與各采樣值間的偏差平方和最小,其公式為：

通過對上式取極值即可得出，即算術平均值的算法公式。該方法是把n-2個采樣值相加,然后取其算術平均值為本次采樣值并輸出。

然后剩下的數(shù)據(jù)采用算術平均法濾波，通過計算后就能輸出一個經(jīng)過濾波后的數(shù)據(jù)。

請參考圖4所示為本發(fā)明實施例中提供的一種采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖4可知所述采用改進數(shù)字濾波算法的電子式互感器校驗系統(tǒng)包括：

采樣數(shù)據(jù)獲取模塊,所述采樣數(shù)據(jù)獲取模塊用于同步獲取待測電子式互感器和模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量系統(tǒng)的采樣數(shù)據(jù)；

數(shù)字濾波處理模塊,所述數(shù)字濾波處理模塊用于采用改進數(shù)字濾波算法對所述采樣數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理；

基頻分量提取模塊,所述基頻分量提取模塊用于采用過零點檢測法分別提取所述采樣數(shù)據(jù)的基頻分量；

頻率、相位和幅值獲取模塊,所述頻率、相位和幅值獲取模塊用于根據(jù)相位差法分別獲取所述采樣數(shù)據(jù)的頻率、相位和幅值；

相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度計算模塊,所述相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度計算模塊用于根據(jù)所述頻率、所述相位和所述幅值計算待測電子式互感器的相位誤差、電流誤差、電壓誤差和a類不確定度。

請參考圖5,所示為本發(fā)明實施例中提供的數(shù)字濾波處理模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5可知所述數(shù)字濾波處理模塊包括:

隊列建立子模塊,所述隊列建立子模塊用于建立一個容納n個數(shù)據(jù)的隊列；

隊列輸入子模塊,所述隊列輸入子模塊用于將所述采樣數(shù)據(jù)輸入所述隊列,并判斷所述隊列是否已滿；

采樣數(shù)據(jù)輸出子模塊,所述采樣數(shù)據(jù)輸出子模塊用于當所述隊列未滿時,將所述采樣數(shù)據(jù)輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟；

算術平均值輸出子模塊,所述算術平均值輸出子模塊用于當所述隊列已滿時,去除所述隊列中的最大值和最小值,并求取剩余n-2個數(shù)據(jù)的算術平均值,將所述算術平均值輸出,并重復判斷所述隊列是否已滿的步驟。

參考圖6所示為本發(fā)明實施例中提供的算術平均值輸出子模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

由圖6可知,采樣數(shù)據(jù)排序子模塊,所述采樣數(shù)據(jù)排序模塊用于對所述采樣數(shù)據(jù)按照冒泡排序法排序；存儲子模塊,所述存儲子模塊用于存儲所述隊列中最大值和最小值。

以上所述的本發(fā)明實施方式,并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的修改、等同替換和改進等,均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述,各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其,對于裝置或系統(tǒng)實施例而言,由于其基本相似于方法實施例,所以描述得比較簡單,相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的裝置及系統(tǒng)實施例僅僅是示意性的,其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的,作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元,即可以位于一個地方,或者也可以分布到多個網(wǎng)絡單元上。可以根

據(jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現(xiàn)本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下,即可以理解并實施。

可以理解的是,本發(fā)明可用于眾多通用或?qū)Ｓ玫挠嬎阆到y(tǒng)環(huán)境或配置中。例如個人計算機、服務器計算機、手持設備或便攜式設備、平板型設備、多處理器系統(tǒng)、基于微處理器的系統(tǒng)、置頂盒、可編程的消費電子設備、網(wǎng)絡pc、小型計算機、大型計算機、包括以上任何系統(tǒng)或設備的分布式計算環(huán)境等等。

本發(fā)明可以在由計算機可執(zhí)行的指令的一般上下文中描述,例如程序模塊。一般地,程序模塊包括執(zhí)行特定任務或?qū)崿F(xiàn)特定抽象數(shù)據(jù)類型的例程、程序、對象、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等等。也可以在分布式計算環(huán)境中實踐本發(fā)明,在這些分布式計算環(huán)境中,由通過通信網(wǎng)絡而被連接的遠程處理設備來執(zhí)行任務。在分布式計算環(huán)境中,程序模塊可以位于包括存儲設備在內(nèi)的本地和遠程計算機存儲介質(zhì)中。

盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實施例和附圖，但是本領域的技術人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。