一种基于曲线拟合的电气数据校准方法技术

本发明专利技术涉及一种基于曲线拟合的电气数据校准方法。其特点是，包括如下步骤：(1)收集电气测量数据的测量值和实际值，并计算出误差值；(2)对得到的测量值和误差值进行可视化处理，定义x轴为测量值，y轴为误差值；(3)根据得到的图像趋势选择合适的模型；(4)根据误差最小原理计算该模型的各项参数；(5)根据该模型带入原始数据计算残差，分析残差是否符合要求，若不符合要求，则返回步骤(3)重新选择更高阶的模型；(6)如果残差符合要求，则根据该模型对该测量值进行校准，将该模型原来的测量值作为模型的输入量，输出量即为校准后的值。本发明专利技术方法可以解决由于传感器硬件的差异导致的非线性误差导致的精度问题。

A calibration method of electrical data based on curve fitting

【技术实现步骤摘要】
一种基于曲线拟合的电气数据校准方法
本专利技术涉及一种基于曲线拟合的电气数据校准方法。
技术介绍
高压成套设备(高压配电柜)是指在电压3kV及以上，频率50Hz及以下的电力系统中运行的户内和户外交流开关设备。主要用于电力系统(包括发电厂、变电站、输配电线路和工矿企业等用户)的控制和保护，既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行，也可在电力设备或线路发生故障时将故障部分从电网快速切除，从而保证电网中无故障部分的正常运行及设备、运行维修人员的安全。整个环节中需要从高压电(3KV及以上)采集电压、电流进行判断，在高压侧的电压电流被称为一次数据，该数据经过互感器进行变比，电流的变比(CT变比)一般在2000倍、电压的变比(PT变比)一般在100倍。经过变换后的数据被称为二次数据。二次数据的误差值会被放大互感器的变比倍率，这样在二次值的精度就显得尤为重要，且不管是综合保护算法还是测量的算法都依据于二次值的数据，所以关于电气数据的精度影响着电气设备以及综合保护设备的质量和安全性，也关乎着电网电力的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于曲线拟合的电气数据校准方法，能够尽可能地提高电气数据二次值的精度。一种基于曲线拟合的电气数据校准方法，其特别之处在于，包括如下步骤：(1)收集电气测量数据的测量值和实际值，并计算出误差值；(2)对得到的测量值和误差值进行可视化处理，定义x轴为测量值，y轴为误差值；(3)根据得到的图像趋势选择合适的模型；(4)根据误差最小原理计算该模型的各项参数；(5)根据该模型带入原始数据计算残差，分析残差是否符合要求，若不符合要求，则返回步骤(3)重新选择更高阶的模型；(6)如果残差符合要求，则根据该模型对该测量值进行校准，将该模型原来的测量值作为模型的输入量，输出量即为校准后的值，至此电气数据的整个校准流程结束。其中电气测量数据具体是指电流、电压、电功率、电能、相位、频率、电阻、电容或者电感。本专利技术方法的有益效果是：1、可以解决由于传感器硬件的差异导致的非线性误差导致的精度问题。2、可以尽可能地提高电气数据二次值的精度。附图说明附图1为A相电压的误差与测量电压之间的关系图；附图2为A相电压拟合曲线与误差曲线；附图3为A相电压拟合图和A相电压拟合后的残差图。具体实施方式本专利技术涉及到一种对于电气数据的需要高精度的解决方法，其基于最小误差理论，可选用不同的模型对整个精度的误差进行匹配，从而建立了一套适用于电气行业的电压、电流精度拟合补偿的方法体系。适用于在微机综合保护以及需要进行高精度电流电压测量的企业单位使用。本专利技术的目的就是为电气数据的原始值提供一种补偿精度的方法，这个方法主要是基于创建的模型和电气数据值的所有误差总和最小或者误差的平方的总和最小两种思想进行。样本回归函数被解释变量的值与已知样本数据点值的总体误差最小，即在坐标图中，在解释变量值相同的情况下拟合函数上的所有被解释变量的点与已知样本数据点的垂直距离最小。该方法原理如下所示：对于一组给定的数据点{(xi，yi)：i＝1，2，3，…，n}，若拟合曲线模型为则第i处误差距离为那么第i处拟合曲线模型值F(xi)与实际给定数据点Yi之差的平方和就是进而求出的最小值对应的参数，得到拟合曲线该方法先确定索要进行拟合曲线的模型，如线性模型、二次方模型、三次方模型、四阶多项式、五阶多项式等。当确定好模型后，根据最小误差的思想确定所选定模型的各项参数。当得到模型的各项参数后，将需要进行拟合的原始数据当作该模型的变量进行输入，得到的输出即是拟合结束的数据。关于线性拟合的原理，对于给定的数据点(xi，yi)：＝1，2，3，…，n求作一次式y＝a+bx，使总误差为最小，使Q达到极致的参数a、b应满足即成立。然后根据上面的方程式组，求出线性模型的参数。关于多项式拟合的原理，有时所给的数据点用直线拟合并不合适，这时就要考虑使用多项式拟合。对于给定的数据点(xi，yi)：i＝1，2，3，…，n求作m(m＜＜n)次多项式使总误差为最小。由于Q可以视作关于aj(j＝0，1，…，m)的多元函数，故上述拟合多项式的问题可以归结为多元函数的极值问题。得即得到关于系数aj得线性方程组通常称为正则方程组。实施例1：第一步，收集电气数据的测量值和实际值，并计算其误差值。该方法的第一步是收集到符合要求的电气数据，收集电气数据的方式可以参考如下方案，将高电压、高电流即一次侧的电压和电流经过互感器变压后送入二次互感器，将3kv及以上变换为110V，将10kA变换至5A范围，经过高精度的AD采样器，对该交流数据进行采样，采样后的数据经过傅里叶变换或均方根方法计算其有效值，对所需要进行精度补偿的数据区间进行取值，需要注意的是，这个区间取的值步长越小，补偿精度越高。用实际值减去测量值得到误差值如下表所示。第二步，对该数据进行可视化处理：对该数据进行可视化处理，横轴(x)为测量数据，竖轴(y)为误差值，可以看出x(补偿完后)＝x+y；y＝f(x)，接下来我们需要找到f(x)，详见附图1。第三步，选择合适的函数模型并计算模型参数：根据误差和测量数据的图形趋势选择合适的函数模型，在这我们选择线性模型，根据误差最小原理，并根据上述所说明的专利技术原理，我们得到该模型的参数。该线性模型为y＝0.089x-0.18。对其进行可视化如下图所示，详见附图2。第四步，计算残差，并判断是否满足要求：计算补偿曲线和误差曲线之间的残差，残差即为补偿曲线的误差波动，可以看出补偿后的误差波动基本上在0.2V以内，若不满足则再进行高次模型进行补偿，详见附图3。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于曲线拟合的电气数据校准方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)收集电气测量数据的测量值和实际值，并计算出误差值；/n(2)对得到的测量值和误差值进行可视化处理，定义x轴为测量值，y轴为误差值；/n(3)根据得到的图像趋势选择合适的模型；/n(4)根据误差最小原理计算该模型的各项参数；/n(5)根据该模型带入原始数据计算残差，分析残差是否符合要求，若不符合要求，则返回步骤(3)重新选择更高阶的模型；/n(6)如果残差符合要求，则根据该模型对该测量值进行校准，将该模型原来的测量值作为模型的输入量，输出量即为校准后的值，至此电气数据的整个校准流程结束。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于曲线拟合的电气数据校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)收集电气测量数据的测量值和实际值，并计算出误差值；
(2)对得到的测量值和误差值进行可视化处理，定义x轴为测量值，y轴为误差值；
(3)根据得到的图像趋势选择合适的模型；
(4)根据误差最小原理计算该模型的各项参数；
(5)根据该模型带入原始数据计算残差，分析残差是否符合要求，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张衍奎，王川，朱建华，鲍伟，谢秉旺，闫亮，马伟伟，
申请(专利权)人：宁夏凯晨电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：宁夏;64