基于Rogowski线圈的电能计量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术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。
技术介绍
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。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。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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术提供的这种基于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)：i(n)=i(0)-1M·ΔT2[e′(0)+2Σk=1n-1e′(k)e′(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；ΔT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。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采样值e(n)；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：Udc=Σn=0N-1u(n)/N]]>Edc=Σn=0N-1e(n)/N]]>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。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；u′(n)＝u(n)-Udce′(n)＝e(n)-Edc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；Udc为电压的直流分量和Edc为电流通道感应电压的直流分量。所述积分电流信号i(n)的直流分量按下式获取：Idc=Σn=0N-1i(n)/N]]>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。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：i′(n)＝i(n)-Idc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；Idc为经积分还原得到的电流信号i(n)的直流分量。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。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。所述步骤三的信号采样时间间隔ΔT为156us。本专利技术能有效解决Rogowski线圈应用于电能计量时经常遇到的一些问题，如小电流准确度问题、积分稳定性问题、频率影响量问题以及谐波影响量问题。本专利技术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，可广泛应用于基于Rogowski线圈的电能计量领域中。附图说明图1是本专利技术的基本原理框图。图2是本专利技术的流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。如图1所示，本专利技术主要基于数字积分器。首先通过Rogowski线圈取样输入电流信号，利用A/D转换器采样电压信号和Rogowski线圈输出的感应电压信号，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。如图2所示，本专利技术的具体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；ΔT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。

【技术特征摘要】
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；ΔT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采样值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...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪龙峰，任智仁，周杰文，周宣，
申请(专利权)人：威胜集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43