專利名稱：電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電流量的幅值和相位的高精度測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是電力系統(tǒng)中電流量的高精度測量、電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)設(shè)備的絕緣監(jiān)測或系統(tǒng)故障保護(hù)以及電子電路、自動控制系統(tǒng)中，都需要高精度的測量電流的幅值、頻率和相位。要測量電力設(shè)備的絕緣介損tanδ，需要研制高精度的電流互感器CT(CurrentTransformer)，為了對被監(jiān)測的電子設(shè)備或系統(tǒng)正常工作沒有影響，希望電流互感器是穿芯式的當(dāng)被測量電流通過穿芯式電流互感器時(shí)，希望在電流互感器的輸出端感應(yīng)出與穿芯被測電流的幅度成比例變化，而相位差為零或相位差(角差)恒定的輸出信號?？紤]到實(shí)際工作時(shí)，被測量的穿芯電流在一定范圍內(nèi)變化，當(dāng)要求測量的精度較高時(shí)，要研制在較寬測量范圍內(nèi)有恒定變比和角差的電流互感器是十分困難的。
現(xiàn)在用于各種電力設(shè)備和電子測量、控制系統(tǒng)的電流互感器，在實(shí)驗(yàn)室測試時(shí)，電流幅度變比和角差精度往往能有良好的性能，能滿足測量的要求，但通常工作一段時(shí)間后，性能劣化，幅度變比和角差(特別是角差)特性發(fā)生較大變化。例如絕緣在線測量系統(tǒng)中使用的電流互感器，都是用高導(dǎo)磁材料作為磁芯繞制而成，實(shí)際在線運(yùn)行后，由于現(xiàn)場的強(qiáng)電磁干擾、環(huán)境溫度及濕度的大幅度變化、沖擊電流等對磁性材料的作用，使電流互感器的性能發(fā)生大幅度的漂移。另一方面，電流測量時(shí)電子電路系統(tǒng)在對電流互感器輸出信號放大處理的過程中，同樣受電磁干擾、工作溫度及濕度、器件漂移等影響，從而在放大信號引入的相移量等方面發(fā)生變化。現(xiàn)有的電流測量方法，無法對這些漂移進(jìn)行有效的標(biāo)定和校驗(yàn)，尤其是在線運(yùn)行環(huán)境下的標(biāo)定和校驗(yàn)，因此現(xiàn)有的大部份絕緣在線監(jiān)測產(chǎn)品在實(shí)際運(yùn)行中，使得如絕緣介損tanδ測量等，不能獲得高精度、穩(wěn)定可靠的測量結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對電流互感器在實(shí)際運(yùn)行中電流量幅值、相位高精度穩(wěn)定測量存在的問題和該技術(shù)目前研究發(fā)展的現(xiàn)狀，研究發(fā)展了一種在任何時(shí)候都可在線標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器的變比和角差的方法。這種方法利用目前在信號處理等領(lǐng)域蓬勃發(fā)展的獨(dú)立元分析、信號分離技術(shù)，能去除溫度、濕度、現(xiàn)場強(qiáng)電磁干擾、沖擊電流、運(yùn)行時(shí)間老化等作用在電流互感器和測量電路中產(chǎn)生的性能漂移，可在線標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器的變比和角差，精確確定及測量電路的放大信號和相移量，最終達(dá)到精確測量電流的幅值、頻率和相位量的目的。
本發(fā)明的另一目的是提供一種絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測工作方法以及絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是設(shè)Ix(t)為被測量電流，例如它可以是被監(jiān)測的電力設(shè)備的對地泄漏電流；Is(t)是我們測量單元產(chǎn)生的電流信號，其幅度、相位和頻率都可以根據(jù)實(shí)際需要改變，它們受測量系統(tǒng)控制，因此Is(t)可以是一個(gè)獨(dú)立于Ix(t)變化、根據(jù)測量需要改變幅度、相位和頻率、受測量系統(tǒng)控制的電流信號；Ig(t)是在電流互感器的輸出信號。
Ig(t)是Ix(t)和Is(t)線形混合后的電流互感器感應(yīng)輸出，因此有Ig(t)＝a1Ix(t)a2IS(t)，其中a1，a2是Ix(t)，Is(t)分別對電流互感器輸出信號Ig(t)的感應(yīng)系數(shù)(混合系數(shù))。通過獨(dú)立元分析的方法，將信號Is(t)從信號Ig(t)中分離出來，得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)，從計(jì)算得到的混合系數(shù)a1，a2可計(jì)算獲得電流互感器在實(shí)際工作環(huán)境中的變比和角差等電流互感器特性系數(shù)，其中，Ix(t)為被測量電流，Is(t)是測量單元產(chǎn)生的電流信號，將Is′(t)與Is(t)進(jìn)行比較，可以十分方便、可靠地實(shí)現(xiàn)電流互感器在線校驗(yàn)，以及檢驗(yàn)獨(dú)立元分析計(jì)算結(jié)果的正確與否。
本發(fā)明中，把測試電流Is(t)看成是兩個(gè)正交分量的和，未知加和系數(shù)分別為s1，s2，將混合后的電流互感器輸出信號Ig(t)分別加上這兩個(gè)分量可以人為得到兩個(gè)混合信號，對由這兩個(gè)混合信號以及Ig(t)組成的矩陣進(jìn)行獨(dú)立元分析(ICA)運(yùn)算，可以得到三個(gè)源分量包括上述兩個(gè)正交分量和被測量電流Ix(t)，同時(shí)也得到這三個(gè)分量的混和系數(shù)，分別為s1，s2和a2。再對這兩個(gè)正交分量按照分離結(jié)果中的系數(shù)s1和s2加和得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)和其混和系數(shù)a1。
這種基于獨(dú)立元分析的信號分離方法是現(xiàn)有可用的一種比較成熟的高精度分離方法，獨(dú)立分量分析的基本含義是將多通道觀測信號按照統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的原則，通過優(yōu)化算法分解為若干獨(dú)立分量，這些分量是對源信號的估計(jì)，觀測信號可由這些獨(dú)立分量的線性組合重建。獨(dú)立分量分析的基本前提條件是源信號為非高斯分布。由于ICA對于信號非高斯分布的假設(shè)更符合信號的實(shí)際情況，因此在信號處理領(lǐng)域其有更大的應(yīng)用潛力，目前ICA已經(jīng)成功應(yīng)用于語音信號分離、生物醫(yī)學(xué)信號處理、人臉識別、圖像分離等領(lǐng)域。
通過獨(dú)立元分析的方法，我們能夠?qū)⑿盘朓s(t)從信號Ig(t)中分離出來，得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)。從計(jì)算得到的混合系數(shù)a1，a2可以方便地計(jì)算獲得電流互感器在實(shí)際工作環(huán)境中的變比和角差等電流互感器特性系數(shù)。獨(dú)立元分析在計(jì)算結(jié)果中還可以同時(shí)得到被測電流信號Ix(t)的估計(jì)信號值。因?yàn)閷?shí)際作用于電流互感器的Is(t)是測量單元在系統(tǒng)控制下產(chǎn)生的電流，故獨(dú)立元分析計(jì)算得到的Is′(t)，可以與系統(tǒng)產(chǎn)生、實(shí)際作用于電流互感器的電流信號Is(t)進(jìn)行比較，這樣就可以十分方便、可靠地實(shí)現(xiàn)電流互感器在線校驗(yàn)，以及檢驗(yàn)獨(dú)立元分析計(jì)算結(jié)果的正確與否。這種電流互感器變比和角差的標(biāo)定和校驗(yàn)方法，同樣適合于對在線運(yùn)行的電流互感器進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境下的標(biāo)定和校驗(yàn)，而且可以保證標(biāo)定和校驗(yàn)結(jié)果是高精度的、高可靠的。
具體實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中所述的電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法時(shí)，可以利用CPU計(jì)算單元控制測量電流Is(t)的產(chǎn)生，使Is(t)和Ix(t)共同通過電流互感器，得到混合后的電流互感器輸出信號Ig(t)，將Ig(t)和Is(t)同時(shí)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道1和通道2，數(shù)字化后送入CPU計(jì)算單元進(jìn)行獨(dú)立元分析與信號分離，將分離后的信號與數(shù)字化的Is(t)比較，完成在線標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器的變比和角差。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明所述的電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)技術(shù)，不但可以在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中應(yīng)用，更為關(guān)鍵的是，可以在非實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中應(yīng)用。這種特別適合于現(xiàn)場環(huán)境，且實(shí)時(shí)進(jìn)行在線標(biāo)定和校驗(yàn)的技術(shù)，能夠去除各種外界影響帶來的系統(tǒng)誤差。
2.本發(fā)明所述的電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)技術(shù)，不會影響電流互感器原來的工作。當(dāng)標(biāo)定和校驗(yàn)開始時(shí)，可以采用模擬開關(guān)斷開傳感器的原工作，直到標(biāo)定和校驗(yàn)完成再返回原來的工作。
3.低成本完成電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)。本發(fā)明和現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)相比，幾乎沒有增加硬件方面的開銷，技術(shù)的改進(jìn)是通過計(jì)算方法的改進(jìn)完成的，且信號分離的算法是靈活可變的，基于獨(dú)立元分析的信號分離方法只是現(xiàn)有可用的一種高精度分離方法。
4.從電流互感器輸出信號Ig(t)中能夠精確的分離出Is(t)信號的估計(jì)信號Is′(t)，可以將Is′(t)與系統(tǒng)產(chǎn)生、實(shí)際作用于電流互感器的電流信號Is(t)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)電流互感器在線標(biāo)定和校驗(yàn)，保證了最終測量結(jié)果的高精確性和高可靠性。
5.測量單元產(chǎn)生的電流信號Is(t)容易獲得，其幅度、相位和頻率都可以根據(jù)實(shí)際需要改變，它們受測量單元的精確控制。
6.電流互感器能夠在一個(gè)寬的頻率范圍內(nèi)保證性能的穩(wěn)定，也就是說，根據(jù)人為地加入一個(gè)刺激信號Is(t)，能夠在一個(gè)寬的頻率范圍內(nèi)標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器性能。得到的電流互感器的變比和角差，能夠反應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境下，被測量電流Ix(t)通過電流互感器后得到的變比和角差。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖及實(shí)施案例對本發(fā)明詳細(xì)說明如后，其中圖1絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1，為本發(fā)明絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測工作方法，CPU計(jì)算單元控制測量電流Is(t)的產(chǎn)生，Is(t)和Ix(t)共同通過電流互感器，得到混和電流Ig(t)，Ig(t)＝a1Ix(t)+a2IS(t)，將Ig(t)和Is(t)同時(shí)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道1和通道2，數(shù)字化后送入CPU計(jì)算單元進(jìn)行獨(dú)立元分析與信號分離，可以得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)。從計(jì)算得到的混合系數(shù)a1，a2可以方便地計(jì)算獲得電流互感器在實(shí)際工作環(huán)境中的變比和角差等電流互感器特性系數(shù)，精確確定及測量電路的放大信號和相移量。獨(dú)立元分析在計(jì)算結(jié)果中還可以同時(shí)得到被測電流信號Ix(t)的估計(jì)信號值。將計(jì)算得到的Is′(t)，與系統(tǒng)產(chǎn)生、實(shí)際作用于電流互感器的電流信號Is(t)進(jìn)行比較，完成在線標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器的變比和角差?？梢允址奖?、可靠地實(shí)現(xiàn)電流互感器在線校驗(yàn)，以及檢驗(yàn)獨(dú)立元分析計(jì)算結(jié)果的正確與否。
一種絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，由電流互感器、Is(t)產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU計(jì)算單元組成，電流互感器的輸出連接于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道2，Is(t)產(chǎn)生電路的輸出連接于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出連接于CPU計(jì)算單元，CPU計(jì)算單元的輸出連接于Is(t)產(chǎn)生電路。
權(quán)利要求
1.一種電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法，其特征是主動給電流互感器CT通入一個(gè)電流信號Is(t)，測量單元產(chǎn)生的電流信號Is(t)可以是一個(gè)獨(dú)立于被測量電流Ix(t)變化、根據(jù)測量需要改變幅度、相位和頻率、受測量系統(tǒng)控制的電流信號，Ig(t)是Ix(t)和Is(t)線形混合后的電流互感器感應(yīng)輸出，因此有Ig(t)＝a1Ix(t)+a2IS(t)，其中a1，a2是Ix(t)，Is(t)分別對電流互感器輸出信號Ig(t)的感應(yīng)系數(shù)，通過獨(dú)立元分析的方法，將信號Is(t)從信號Ig(t)中分離出來，得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)，從計(jì)算得到的混合系數(shù)a1，a2可計(jì)算獲得電流互感器在實(shí)際工作環(huán)境中的變比和角差等電流互感器特性系數(shù)，將Is′(t)與Is(t)進(jìn)行比較，可以十分方便、可靠地實(shí)現(xiàn)電流互感器在線校驗(yàn)，以及檢驗(yàn)獨(dú)立元分析計(jì)算結(jié)果的正確與否。
2.如權(quán)利要求1所述的電流互感器的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法，其特征是基于獨(dú)立元分析的信號分離方法是現(xiàn)有可用的一種比較成熟的高精度分離方法，把測試電流Is(t)看成是兩個(gè)正交分量的和，未知加和系數(shù)分別為s1，s2，將混合后的電流互感器輸出信號Ig(t)分別加上這兩個(gè)分量可以人為得到兩個(gè)混合信號，對由這兩個(gè)混合信號以及Ig(t)組成的矩陣進(jìn)行獨(dú)立元分析運(yùn)算，可以得到三個(gè)源分量包括上述兩個(gè)正交分量和被測量電流Ix(t)，同時(shí)也得到這三個(gè)分量的混和系數(shù)，分別為s1，s2和a2，再對這兩個(gè)正交分量按照分離結(jié)果中的系數(shù)s1和s2加和得到Is(t)的估計(jì)信號Is′(t)和其混和系數(shù)a1。
3.一種絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測工作方法，其特征是CPU計(jì)算單元控制測量電流Is(t)的產(chǎn)生，Is(t)和Ix(t)共同通過電流互感器，得到混合后的電流互感器輸出信號Ig(t)，Ig(t)＝a1Ix(t)+a2IS(t)，將Ig(t)和Is(t)同時(shí)送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道1和通道2，數(shù)字化后送入CPU計(jì)算單元進(jìn)行獨(dú)立元分析與信號分離，將分離后的信號與數(shù)字化的Is(t)比較，完成在線標(biāo)定和校驗(yàn)電流互感器的變比和角差。
4.一種絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征是由電流互感器、Is(t)產(chǎn)生電路、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、CPU計(jì)算單元組成，電流互感器的輸出連接于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道2，Is(t)產(chǎn)生電路的輸出連接于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道1，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出連接于CPU計(jì)算單元，CPU計(jì)算單元的輸出連接于Is(t)產(chǎn)生電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及電流量的幅值和相位的高精度測量技術(shù)領(lǐng)域，是電流互感器CT的變比和角差的在線標(biāo)定和校驗(yàn)方法及系統(tǒng)。方法是，I
文檔編號G01R35/00GK101059559SQ200610066658
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者魯華祥, 李寧, 馬曉燕, 陳天翔, 李彪 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所