基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置及方法，属于电气测量技术领域，包括中央控制器、电源模块、信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块，所述电源模块分别给信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块供电，本发明专利技术根据其特有的连接结构，且在运行状态下实时对所采集到的电力数据进行最小二乘算法分析从而得到创建的模型的相关参数，通过相关参数得到相关频率下的电力数据真有效值，从而解决目前已有的依靠傅里叶变换和均方根的方法对相关电力数据进行测量的速度过低的问题。对相关电力数据进行测量的速度过低的问题。对相关电力数据进行测量的速度过低的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及电气测量
，具体是基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置及方法。

技术介绍

[0002]电力行业是关系到国计民生的基础性行业，所以故障一旦发生，必须迅速的切除故障元件，这是保证电力系统安全运行的最有效的方法之一。为了维持系统稳定运行，切除故障的时间常常要求小到百分之几秒，一个电力综合保护装置的一个非常重要的指标就是故障的检测时间。因此应对电力系统的测量速度就提出了更高的要求，目前很多电气设备所用的是全波傅里叶变换和检测零序信号的做法进行相应的故障判断，这些方法由于算法的局限性会导致测量的时间至少为20ms。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，包括中央控制器、电源模块、信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块，所述电源模块分别给信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块供电，中央控制器还分别连接信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块，信号处理模块还连接最小二乘数据分析模块，最小二乘数据分析模块还连接均值嵌套中值滤波模块，均值嵌套中值滤波模块还连接通讯模块和附加模块。信号处理模块还分别连接电压互感器和整流模块。最小二乘数据分析模块还分吧连接ADC采样器、中央处理器和定时器模块。通信模块还分别连接RS485通信模块和通用输出模块。附加模块还分别连接人机交互模块和声光报警器。
[0006]其中，电源模块的功能是为整个系统提供运行能量，电源模块连接信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通讯模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块。
[0007]信号处理模块是将实际使用电压幅值如(高压10kV、低压380V)进行硬件转换，转换为信号处理模块可使用的信号类型。信号处理模块与电源模块、最小二乘数据分析模块进行连接。
[0008]最小二乘数据分析模块负责数据的离散化以及对离散后的数据进行最小二乘算法计算，并将最小二乘所计算出的模型参数进行真有效值计算。最小二乘数据分析模块与电源模块、信号处理模块、均值嵌套中值滤波模块进行连接。
[0009]均值嵌套中值滤波模块负责对最小二乘数据分析模块传输的真有效值进行中值滤波后的均值滤波。均值嵌套中值滤波模块与电源模块、最小二乘数据分析模块、通讯模块、附加模块进行连接。
[0010]通信模块负责整个系统与外部的通信，人机交互方面和信号输出方面。通信模块与均值嵌套中值滤波模块、电源模块连接。
[0011]附加模块是指对于人机交互的优化以及一些其它功能的所需要设立的模块。在本专利技术中指声光报警模块以及云端信息记录模块。附加模块与电源模块、通信模块、均值嵌套中值滤波模块进行连接。
[0012]工作原理如下：电源模块采用开关电源方案为整个系统供电，最小二乘数据分析模块使用12为模数转换器以及中央处理器(STM32F429IGT6单片机)，其所包含的各个模块都属于该单片机所附带的模组。应用场景为正常的运行工况电压：380V；电流：5A。故信号处理模块中的电压互感器的参数为380:100；电流可直接接入该系统中，该系统的连接方式为STM32F429IGT6单片机AD采样器与信号处理模块的输出进行连接，我们采用RS485调试设备作为人机交互设备，RS485调试设备通过通讯模块与中央处理器进行连接。最小二乘数据分析模块和均值嵌套中值滤波模块运行在中央处理器上，在程序中按照信号处理模块连接最小二乘数据分析模块，最小二乘数据分析模块和均值嵌套中值滤波模块连接。
[0013]将要进行监测的电气量(电压、电流)接入相应的端子后，将整个系统进行交流220V供电，并使用人机交互设备将测量时间设置为5ms，滤波频率设置为50hz。最小二乘数据分析模块中的模数转换的采样频率设置为25600，即39us进行一次采样计算流程，即整个准备工作结束。
[0014]待测电气量首先经过信号处理模块进行相应的变比和调节，在本实例中380V正弦电压经过互感器后变比为100V正弦电压信号，经过模拟电路调整为以1.65V为零点基准的幅值为1.5V的正弦信号，送入最小二乘数据分析模块相应的采样引脚由模数转换器进行转换。
[0015]将由数模转换器进行采样的数据转换后传送至最小二乘算法中，按照最小二乘算法模型：y＝Asin〔50t+b)，根据最小二乘算法将模型预测值和真实的离散值按照每个点进行平方求和，在求和最小时取得的A和b分别是该正弦函数也就是该电气量的振幅大小和相位。根据振幅可以根据真有效值公式和电路中的相应变比计算得到电气数据的值。
[0016]实施例2，在实施例1的基础上，本设计还公开了基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量方法，采用上述测量装置，包含以下步骤：
[0017]步骤1：操作人员根据人机交互界面整定最小二乘的模型与测量速度，进行最小二乘算法的模型为y＝Asin(wt+b)，其中的w是由用户整定参数，在电气模拟量中其代表的含义为频率，操作人员整定了w也就相当于整定了整个算法的滤波频率，如w＝50，则之后的算法中应只对50hz频率分量进行计算有效值。整定完最小二乘模型的频率后操作人员应整定该设备的测量速度，测量速度整定时间为ms，范围为5ms～1s；
[0018]步骤2：将电气数据接入信号处理模块，由信号处理模块中的电压、电流互感器进行信号变比，变比要求为将正常运行的电压(如10kv)变比为100V，将正常运行的电流变比为5A。电压变比系数＝正常运行电压/100；电流变比系数＝正常运行电流/5；变比后的信号接入整流模块进行电压电流的缩小和滤波。将采集到的电压电流通过模拟电路组合整理为0
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3.3V可供数据转换模块使用的信号；
[0019]步骤3：数据转换模块中通过模数转换实现对由信号处理模块传送进来的信号进行离散化，采样时间间隔设为定值，采样时间间隔不应大于1.25ms应根据中央处理器的性
能尽可能的提高采样率。采样率＝1/采样时间；每隔采样时间间隔长度向相应的一维存储矩阵中增长型赋值，该一维存储矩阵应可存储10个周波的采样数据；赋值计数到矩阵的上限后从矩阵起始继续赋值；
[0020]步骤4：通过定时器模块定时调用中央处理器对数据进行最小二乘算法的处理，每隔一个采样数据间隔故障判别模块使用数据转换模块中的赋值计数值以及当前的采样率确定在一维矩阵中的序列进行最小二乘算法处理，上述确定的最小二乘模型函数依据最小误差进行拟合，最小二乘的数学表达式为其中，f(xi)表示所创建的模型得到的y预测值，yi则是离散过后的真实值，使得所有的两者之差平方和最小，则认为所有的预测值偏离真实值的程度最小，其矩阵型式为y(i)＝A(i)X，式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，包括中央控制器、电源模块、信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块，其特征在于，所述电源模块分别给信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块供电，中央控制器还分别连接信号处理模块、最小二乘数据分析模块、通信模块、附加模块和均值嵌套中值滤波模块，信号处理模块还连接最小二乘数据分析模块，最小二乘数据分析模块还连接均值嵌套中值滤波模块，均值嵌套中值滤波模块还连接通讯模块和附加模块。2.根据权利要求1所述的基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，其特征在于，所述信号处理模块还分别连接电压互感器和整流模块。3.根据权利要求2所述的基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，其特征在于，所述最小二乘数据分析模块还分吧连接ADC采样器、中央处理器和定时器模块。4.根据权利要求3所述的基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，其特征在于，所述通信模块还分别连接RS485通信模块和通用输出模块。5.根据权利要求4所述的基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量装置，其特征在于，所述附加模块还分别连接人机交互模块和声光报警器。6.基于最小二乘算法的新型交变电气快速测量方法，其特征在于，采用权利要求1
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5任一所述的测量装置，包含以下步骤：步骤1：操作人员根据人机交互界面整定最小二乘的模型与测量速度，进行最小二乘算法的模型为y＝Asin(wt+b)，其中的w是由用户整定参数，在电气模拟量中其代表的含义为频率，操作人员整定了w也就相当于整定了整个算法的滤波频率，如w＝50，则之后的算法中应只对50hz频率分量进行计算有效值。整定完最小二乘模型的频率后操作人员应整定该设备的测量速度，测量速度整定时间为ms，范围为5ms～1s；步骤2：将电气数据接入信号处理模块，由信号处理模块中的电压、电流互感器进行信号变比，变比要求为将正常运行的电压(如10kv)变比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王川，张衍奎，朱建华，姚婷，殷宝玉，杜海燕，
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：