CN112180314A - 一种抗干扰自校正gis电子式互感器采集方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法和装置，包括步骤：对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；对所述数字采样信号进行抗高频干扰处理；通过出厂校验预先获取的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值对经过抗干扰处理后的采样数据进行补偿，得到校正后的采样数据输出。本发明可有效消除高频干扰对采样的影响，在采集装置中实现比差、角差和零漂补偿，现场运行时GIS电子式互感器校正无需后端设备补偿计算。
Description
技术领域
本发明涉及电子式互感器技术领域，具体涉及一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法和装置。
背景技术
随着智能变电站中电子式互感器和智能设备的普遍应用，这些电子设备的稳定性直接决定了智能变电站的运行可靠性。
近年来电子产品更新换代速度飞快，芯片工艺的革新使中央处理器主频更高，逻辑可编程器件容量更大，单一装置可完成的功能更多。这让电子式互感器装置技术革新成为可能。
每个互感器由于其个体差异，其输出与标准互感器输出间存在数据大小的差值，通常用比差衡量互感器的这种误差。其输出与标准互感器输出间存在数据角度的差值，通常用角差衡量互感器的这种误差。同时，电子式互感器由于模数转换时元器件参数差异，会引入一个始终大于或者小于零的恒定值，通常称之为零漂。智能变电站***中，消除比差和角差的方法是进行出厂校验。具体方法为，将数据乘以一个比例系数和调整采样同步节拍，实现样本互感器和标准互感器输出值大小和相角相等。然后，将此比例系数和角差值存储在后端设备合并单元中，由合并单元同步各互感器数据前，将数据乘以该比例系数，调整同步节拍，最终由合并单元实现消除比差和角差。同样，消除零漂的方法也是由合并单元计算正弦信号的平均值，并分时逐步从数据中减去这个平均值，最终实现消除零漂。
现有消除数据比差和角差的方法需要在电子式互感器从出厂到安装调试各环节准确跟踪定位各电子式互感器，最后在工程现场将互感器的比差和角差数据导入到相关合并单元中。有的工程现场不会对每个互感器进行现场校验，即使现场校验，其校验精度也比出厂校验低。因此，比差和角差数据与互感器的一一对应非常关键，一旦出现差错，后端装置无法察觉，给将来计量带来巨大隐患。同时，本级装置的误差依赖于后级装置补偿，装置关联性强，与装置互联互通智能变电站设计思想背道而驰。现有消除数据零漂的方法是由合并单元消除零漂。由于现场运行时干扰数据较多，该方法需要累计多个周期的数据予以抵消噪声干扰，消除零漂的过程也是逐步实现，因此零漂的消除是个滞后***，同时也消耗了合并单元有限的运算资源。
全封闭气体绝缘变电站(Gas Insulated Substations，GIS)因隔离开关、断路器的例行操作和接地故障等引起的特快速暂态过电压会给GIS站内设备带来巨大干扰。用于GIS变电站的电子式互感器，一般称作GIS电子式互感器。通常GIS电子式互感器所承受的干扰可分为高能破坏性干扰和高频骚扰性干扰。现有GIS电子式互感器硬件抗干扰措施，可削弱高能干扰信号，保护装置不受破坏。但对部分已引入采样***的高频干扰无能为力。
电子式互感器包括电流电子式互感器和电压电子式互感器，电子式互感器内部包括互感器本体和采集模块，采集模块采集互感器本体二次侧输出的电压模拟信号转换成数字信号后输出。现有的采集模块只进行了简单的模数转换将采样信号编码组包输出，并不做其他处理。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明提供一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法和装置，解决了现有GIS电子式互感器误差需后级装置校正以及不能有效削弱高频干扰的问题。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，包括步骤：
对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；
对所述数字采样信号进行抗干扰处理；
通过出厂校验预先获取的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值对经过抗干扰处理处理后的采样数据进行补偿，得到校正后的采样数据输出。
进一步的，对所述数字采样信号进行抗干扰处理，方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过设定的阈值，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值。
进一步的，所述判断此差值是否超过设定的阈值的公式为：
|f(n)-f(n-1)|＜k×fmax
其中，f(n)为当前采样点数值，f(n-1)为前一采样点数值，k为门阈系数，fmax为电力***有效电流数值的最大值。
进一步的，所述比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
GIS电子式互感器出厂时，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值；
由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值和角差补偿值；
计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将所述首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
再次给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值，计算得到新的比差补偿值，并写入至非易失性存储模块中。
进一步的，首次比差补偿值为：
角差补偿值为：
新的比差补偿值为：
其中，δ和θ分别为电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值，δ'为电子式互感器校验仪显示的新的比差值。
进一步的，所述比差补偿值初始值为1，角差补偿值初始值为0，零漂补偿值初始值为0。
一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，包括：
采样模块，用于对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；
数字处理模块，包括：抗干扰模块、补偿处理模块、编码组包模块和非易失性存储模块；抗干扰模块用于对采样模块输出的数字采样信号进行抗高频干扰；补偿处理模块用于读取保存在非易失性存储模块中的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值，对抗干扰处理后的采样数据进行补偿；编码组包模块用于对补偿后得到的数字信号进行编码组包后输出。
进一步的，还包括：串口模块，用于将数据写入至非易失性存储模块。
进一步的，对所述数字采样信号进行抗干扰处理，方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过设定的阈值，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值。
进一步的，所述比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
GIS电子式互感器出厂时，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值；
由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值和角差补偿值；
计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将所述首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
再次给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值，计算得到新的比差补偿值，并写入至非易失性存储模块中；
首次比差补偿值为：
角差补偿值为：
新的比差补偿值为：
其中，δ和θ分别为电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值，δ'为电子式互感器校验仪显示的新的比差值。
本发明所达到的有益效果：本发明在GIS电子式互感器的采集装置中实现针对单点大值的抗干扰运算，可有效消除高频干扰对采样的影响，在采集装置中实现比差、角差和零漂补偿，现场运行时GIS电子式互感器校正无需后端设备补偿计算。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中的一种采集装置框图；
图2是本发明具体实施方式中的一种采集方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1：
如图2所示，一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，包括步骤：
步骤1：对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；预处理方法包括：滤波调理和AD采样；
步骤2：对所述数字采样信号进行抗干扰处理；方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过阈值k×fmax，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值；
判断公式为：
|f(n)-f(n-1)|＜k×fmax (1)
其中，f(n)为当前采样点数值，f(n-1)为前一采样点数值，k为门阈系数，fmax为电力***有效电流数值的最大值。
由于电力***中，最大故障电流不会超过额定保护电流的100倍，因此设置fmax为额定保护电流最大值的100倍，因此可得：
上式fyou为GB/T 20840.8中规定的额定保护电流有效值463，
为额定保护电流最大值，
为100倍额定保护电流最大值。
本实施例中的采样频率为10kHz，每周波采样点数为200，设定门阈系数k为正弦信号相邻两个采样数据之差的最大值，即正弦信号的导数，余弦信号最大值。当时域为零时，余弦信号取最大值。因此，本实施例中取2个采样数据点，这2个点以时域零值为中心，前后1/2采样时间的采样数据之差为最大值。由此可得，门阈系数计算公式为：
其中，m为每周波采样点数，当m为200时，k为0.0314；
因此计算中公式(1)可推导为：
|f(n)-f(n-1)|＜2056 (4)预测当前采样点数值的公式为：
f(n)＝f(n-1)+f(n-1)-f(n-2) (5)
其中，f(n)为预测当前采样点数值，f(n-1)为前一采样点数值，f(n-2)为前两采样点数值。
上述已完成针对单点大值的抗干扰运算，可有效消除干扰对采样的影响。
步骤3：通过预先保存在非易失性存储模块中的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值对经过抗干扰处理处理后的采样数据进行补偿，得到校正后的采样数据，进行编码组包输出。
比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
1)互感器出厂时校验试验，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值(电压或电流额定值)，记录电子式互感器校验仪显示的比差值δ和角差值θ；
2)由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值δ1和角差补偿值θ1，具体为：
比差补偿值δ1初始值为1，角差补偿值θ1初始值为0，零漂数据初始值为0。
由比差公式：
可推导出：
比差补偿值定义为：
结合公式(7)，得到比差补偿值为：
其中，x为GIS电子式互感器输出的数字采样值，X为标准互感器输出的数字采样值，通过公式(9)求得比差补偿值δ1；
由角差θ可知单位为°，超前为正值，滞后为负值。电力***1周波为360°，时间为20ms。将角度值转换为时间值，定义为角差补偿值θ1，单位为20ns，角差补偿值公式为：
由(10)式可得：
通过公式(11)可计算出角差补偿值θ1。
由PC机将比差补偿值δ1和角差补偿值θ1，通过GIS电子式互感器采集装置的串口模块写入至非易失性存储模块中。
3)计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
本实施例中，给GIS电子式互感器施加稳定额定值约13s。该方法的数字采样频率为10kHz，每周波采样点数为200点。***每采集12800个点数据即64个周波数据，每点间100us时间间隔，需要时间约13s。将此12800个点数据的累加和除以64，获得1个周波数据的平均数，此平均数即为零漂数据。
重复10次，获得10组零漂数据，去除最大值和最小值，将计算获得的8组零漂数据的平均值作为零漂补偿值通过串口模块写入至非易失性存储中。
4)给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值δ'，计算得到新的比差补偿值δ2，并写入至非易失性存储模块中。
由于经过零漂补偿后，采样数据的比差会有微小变化，因此重复一次校验，之后再次计算比差补偿值，新的比差补偿值公式为：
其中，δ2为新的比差补偿值，δ'为新的比差值，δ1为首次比差补偿值。
由PC机将新的比差补偿值δ2，通过串口模块写入至采集装置的非易失性存储模块中。
对经过抗干扰处理处理后的采样数据进行补偿，方法包括：
1)将经过抗干扰处理处理后的采样数据乘以比差补偿值得出比差补偿后的采样数据；
2)将比差补偿后的采样数据减去零漂补偿值得到零漂补偿后的采样数据；-
3)根据角差补偿值调整数据发送节拍与模拟采样节拍的时间差为角差补偿值θ1个时钟周期(1个时钟周期为20ns)。
将经过上述补偿后的采样数据编码组包输出。
现场运行时GIS电子式互感器校正无需后端设备补偿计算，能够有效削弱高频干扰。
实施例2：
如图1所示，一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，包括：
采样模块，用于采集GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号，并对采集的模拟信号进行初步滤波调理和模数转换，得到数字采样信号，输出给数字处理模块；
采样模块包括：滤波调理模块和AD采样模块，滤波调理模块用于对电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行初步滤波调理；AD采样模块用于对滤波调理之后的模拟小信号进行采样保持和模数转换；
数字处理模块，包括：抗干扰模块、补偿处理模块、编码组包模块和非易失性存储模块；
抗干扰模块用于对采样模块输出的数字采样信号进行抗高频干扰；
补偿处理模块用于读取保存在非易失性存储模块中的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值，对数字采样信号的比差、角差、零漂进行补偿；
非易失性存储模块，用于存储比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值；
编码组包模块用于对补偿后得到的数字信号进行编码组包后输出；
串口模块，用于将数据写入至数字处理模块中的非易失性存储模块。串口模块具体为RS232模块。
对数字采样信号进行抗高频干扰，方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过设定的阈值，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值。
所述比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
GIS电子式互感器出厂时，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值；
由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值和角差补偿值；
计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将所述首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
再次给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值，计算得到新的比差补偿值，并写入至非易失性存储模块中；
首次比差补偿值为：
角差补偿值为：
新的比差补偿值为：
其中，δ和θ分别为电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值，δ'为电子式互感器校验仪显示的新的比差值。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征在于：包括步骤：
对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；
对所述数字采样信号进行抗高频干扰处理；
通过出厂校验预先获取的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值对经过抗干扰处理处理后的采样数据进行补偿，得到校正后的采样数据。
2.根据权利要求1所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征是：所述对所述数字采样信号进行抗干扰处理，方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过设定的阈值，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值。
3.根据权利要求2所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征是：所述判断此差值是否超过设定的阈值的公式为：
|f(n)-f(n-1)|＜k×fmax
其中，f(n)为当前采样点数值，f(n-1)为前一采样点数值，k为门阈系数，fmax为电力***有效电流数值的最大值。
4.根据权利要求1所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征是：所述比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
GIS电子式互感器出厂时，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值；
由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值和角差补偿值；
计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将所述首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
再次给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值，计算得到新的比差补偿值，并写入至非易失性存储模块中。
5.根据权利要求4所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征是：首次比差补偿值为：
角差补偿值为：
新的比差补偿值为：
其中，δ和θ分别为电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值，δ'为电子式互感器校验仪显示的新的比差值。
6.根据权利要求4所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集方法，其特征是：所述比差补偿值初始值为1，角差补偿值初始值为0，零漂补偿值初始值为0。
7.一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，其特征是：包括：
采样模块，用于对GIS电子式互感器本体二次侧输出的模拟信号进行采样，预处理后得到数字采样信号；
数字处理模块，包括：抗干扰模块、补偿处理模块、编码组包模块和非易失性存储模块；抗干扰模块用于对采样模块输出的数字采样信号进行抗高频干扰；补偿处理模块用于读取保存在非易失性存储模块中的比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值，对抗干扰处理后的采样数据进行补偿；编码组包模块用于对补偿后得到的数字信号进行编码组包后输出。
8.根据权利要求7所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，其特征是：还包括：串口模块，用于将数据写入至非易失性存储模块。
9.根据权利要求7所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，其特征是：对所述数字采样信号进行抗干扰处理，方法包括：
将当前采样点和前一采样点求差，判断此差值是否超过设定的阈值，如果超过，判定当前采样点为干扰大值，将该采样点数值丢弃，预测当前采样点数值后保存，如果不超过，认为该点正常，保存当前采样点数值。
10.根据权利要求7所述的一种抗干扰自校正GIS电子式互感器采集装置，其特征是：所述比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值的获取方法为：
GIS电子式互感器出厂时，电子式互感器校验仪分别连接GIS电子式互感器和标准互感器，给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值；
由比差值δ和角差值θ计算获得首次比差补偿值和角差补偿值；
计算一段时间内的GIS电子式互感器输出的数字采样值周波数据的平均值，将此平均值作为零漂数据，采集若干组零漂数据，再计算其平均值作为零漂补偿值，将所述首次比差补偿值、角差补偿值和零漂补偿值写入至采集装置的非易失性存储模块中；
再次给GIS电子式互感器和标准互感器同时施加额定值，记录电子式互感器校验仪显示的新的比差值，计算得到新的比差补偿值，并写入至非易失性存储模块中；
首次比差补偿值为：
角差补偿值为：
新的比差补偿值为：
其中，δ和θ分别为电子式互感器校验仪显示的比差值和角差值，δ'为电子式互感器校验仪显示的新的比差值。
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