基於Rogowski線圈的電能計量方法

2023-06-21 03:19:31

基於Rogowski線圈的電能計量方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於Rogowski線圈的電能計量方法，首先通過Rogowski線圈等手段得到電壓採樣值和電流通道感應電壓採樣值；然後對電壓信號進行過零檢測，當檢測到有效過零點，計算實際採樣點數和電壓、電流通道直流分量，同時進行電壓、電流通道直流校正；接著對直流校正的電流通道信號進行數字積分還原被測電流信號，通過動態消直流的方法對電流積分進行積分初值補償；最後對經過前面處理得到的電壓、電流值進行點積累積，計算電壓、電流有效值，功率和電能。本發明採用數字積分器替代模擬積分器，積分完全不受環境因素、實際器件的影響，相位特性良好，結構簡單，積分準確、穩定，計量準確度高，且不增加硬體成本。
【專利說明】基於Rogowski線圈的電能計量方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種電能計量方法，尤其涉及一種基於Rogowski線圈的電能計量方 法。

【背景技術】
[0002] 目前電能表的電流測量主要採用電流互感器（CT)或電阻分流器的測量方法，其 中電流互感器廣泛採用的是電磁式電流互感器，電阻分流器採用的是錳銅電阻。隨著電力 系統的發展，電力傳輸系統容量不斷增大，運行電壓等級逐漸提高，傳統電流測量方法的固 有缺陷表現得日益突出。如：CT的動態範圍不寬，大電流下易飽和，無法計量直流，容易受 強磁場幹擾的影響；錳銅存在自身發熱嚴重、無法隔離或者隔離方案複雜、存在一定的安全 隱患等缺陷。
[0003] 為了克服傳統電流測量方法的缺陷，必須尋找一種安全可靠、性能優越的新型電 流互感器。Rogowski線圈便是其中的代表之一。Rogowski線圈是一種新型電子式電流互 感器，與傳統的電磁式電流互感器和錳銅相比，Rogowski線圈具有動態範圍寬、無磁飽和現 象、體積小、重量輕、安裝方便、成本低等優點。
[0004]Rogowski線圈應用於電能計量是大勢所趨，目前市場上已有適用於電能表計量的 Rogowski線圈。然而Rogowski線圈應用於電能計量目前尚無比較成熟的解決方案。雖然 目前已有支持Rogowski線圈的專用計量晶片，但這些計量晶片都存在各自的缺陷，如小電 流準確度不高和穩定性較差等，且價格昂貴。因此，如何提高Rogowski線圈計量的準確度 和穩定性是目前亟待解決的問題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的在於提供一種能提高Rogowski線圈計量的準確度和穩定性，並且 應用成本低的基於Rogowski線圈的電能計量方法。
[0006] 本發明提供的這種基於Rogowski線圈的電能計量方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一，採樣輸入的電壓信號u(t)和電流信號i(t)，得到離散的電壓採樣值u(η) 和電流通道感應電壓採樣值e(η);
[0008] 步驟二，獲取電壓的直流分量和電流通道感應電壓的直流分量，並用得到的直流 分量對電壓採樣值U(η)和電流通道感應電壓採樣值e(η)進行直流校正；
[0009] 步驟三，按下式對步驟二中直流校正後得到的感應電壓採樣值進行數字積分，還 原電流信號i(η):
[0010]

【權利要求】
1. 一種基於Rogowski線圈的電能計量方法，包括如下步驟： 步驟一，採樣輸入的電壓信號u(t)和電流信號i(t)，得到離散的電壓採樣值u(n)和電 流通道感應電壓採樣值e(n); 步驟二，獲取電壓的直流分量和電流通道感應電壓的直流分量，並用得到的直流分量 對電壓採樣值u(n)和電流通道感應電壓採樣值e(n)進行直流校正； 步驟三，按下式對步驟二中直流校正後得到的感應電壓採樣值進行數字積分，還原電 流信號i(n):
式中，i(n)為經數字積分還原得到的電流信號；i(0)為電流的積分初值；AT為信號採 樣時間間隔；e' (0)、e' (k)和e' (n)均為電流通道感應電壓採樣值經直流校正後的數 據；M為Rogowski線圈與被測電流的互感係數； 步驟四，獲取所述積分還原得到的電流信號i(n)的直流分量，用得到的直流分量對所 述積分還原得到的電流信號i(n)進行積分初值補償； 步驟五，對步驟二得到的電壓採樣值u(n)經直流校正後的數據u' (n)和步驟四得到 的所述積分還原得到的電流信號i(n)經積分初值補償後的數據i' (n)進行點積運算並累 積，獲取電壓有效值、電流有效值、功率和電能。
2. 根據權利要求1所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述步驟 二包括： a. 電壓信號u(t)採用電阻分壓取樣得到電壓取樣信號u' (t);電流信號採用 Rogowski線圈取樣得到感應電壓e(t) =di(t)/dt; b. 電壓取樣信號u' (t)和電流取樣信號e(t)分別經過信號調理電路輸入到MCU的 模擬前端，經MCU內置A/D轉換器採樣和轉換得到離散的電壓採樣值u(n)和電流通道感應 電壓米樣值e(n)。
3. 根據權利要求1所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述電壓 的直流分量按照下式獲取，所述電流通道感應電壓的直流分量按照下式獲取：
式中，u(n)和e(n)為所述步驟一採集得到的每個周期電壓和電流通道感應電壓第n個 採樣點值，N為每個周期的採樣點數。
4. 根據權利要求3所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述電壓 採樣值u(n)根據其直流分量按照下式進行直流校正，所述電流通道感應電壓採樣值e(n) 根據其直流分量按照下式進行直流校正；
式中，u(n)和e(n)為所述步驟一採集得到的每個周期電壓和電流通道感應電壓第n個 採樣點值；U' (n)為電壓採樣值u(n)經直流校正後的數據；e' (n)為電流通道感應電壓 採樣值e(n)經直流校正後的數據；Ud。為電壓的直流分量和Ed。為電流通道感應電壓的直流 分量。
5. 根據權利要求1所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述積分 電流信號i(n)的直流分量按下式獲取：
式中，i(n)為步驟三經數字積分還原得到的電流信號，N為每個周期的採樣點數。
6. 根據權利要求5所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述積分 還原得到的電流信號i(n)根據得到的直流分量按照下式進行積分初值補償：
式中，i(n)為步驟三經數字積分還原得到的電流信號；i' (n)為經數字積分還原得到 的電流信號i(n)進行初值補償後的數據；Id。為經積分還原得到的電流信號i(n)的直流分 量。
7. 根據權利要求3所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述每個 周期的採樣點數N為相鄰2個正向過零點之間的採樣點數。
8. 根據權利要求7所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述正向 過零點的判別方法是：當檢測到電壓採樣值由負變正的時候，即前一個採樣點電壓值為負 數，後一個採樣點為正數，則該正數點為一個有效過零點；該正數點為正向過零點。
9. 根據權利要求1所述的基於Rogowski線圈的電能計量方法，其特徵在於，所述步驟 三的信號採樣時間間隔AT為156us。
【文檔編號】G01R22/10GK104483542SQ201410833158
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月29日 優先權日:2014年12月29日
【發明者】汪龍峰, 任智仁, 周杰文, 周宣 申請人:威勝集團有限公司