基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，首先通過(guò)Rogowski線圈等手段得到電壓采樣值和電流通道感應(yīng)電壓采樣值；然后對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行過(guò)零檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到有效過(guò)零點(diǎn)，計(jì)算實(shí)際采樣點(diǎn)數(shù)和電壓、電流通道直流分量，同時(shí)進(jìn)行電壓、電流通道直流校正；接著對(duì)直流校正的電流通道信號(hào)進(jìn)行數(shù)字積分還原被測(cè)電流信號(hào)，通過(guò)動(dòng)態(tài)消直流的方法對(duì)電流積分進(jìn)行積分初值補(bǔ)償；最后對(duì)經(jīng)過(guò)前面處理得到的電壓、電流值進(jìn)行點(diǎn)積累積，計(jì)算電壓、電流有效值，功率和電能。本發(fā)明采用數(shù)字積分器替代模擬積分器，積分完全不受環(huán)境因素、實(shí)際器件的影響，相位特性良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，積分準(zhǔn)確、穩(wěn)定，計(jì)量準(zhǔn)確度高，且不增加硬件成本。
【專利說(shuō)明】基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電能計(jì)量方法，尤其涉及一種基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前電能表的電流測(cè)量主要采用電流互感器（CT)或電阻分流器的測(cè)量方法，其 中電流互感器廣泛采用的是電磁式電流互感器，電阻分流器采用的是錳銅電阻。隨著電力 系統(tǒng)的發(fā)展，電力傳輸系統(tǒng)容量不斷增大，運(yùn)行電壓等級(jí)逐漸提高，傳統(tǒng)電流測(cè)量方法的固 有缺陷表現(xiàn)得日益突出。如：CT的動(dòng)態(tài)范圍不寬，大電流下易飽和，無(wú)法計(jì)量直流，容易受 強(qiáng)磁場(chǎng)干擾的影響；錳銅存在自身發(fā)熱嚴(yán)重、無(wú)法隔離或者隔離方案復(fù)雜、存在一定的安全 隱患等缺陷。
[0003] 為了克服傳統(tǒng)電流測(cè)量方法的缺陷，必須尋找一種安全可靠、性能優(yōu)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(tǒng)的電磁式電流互感器和錳銅相比，Rogowski線圈具有動(dòng)態(tài)范圍寬、無(wú)磁飽和現(xiàn) 象、體積小、重量輕、安裝方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]Rogowski線圈應(yīng)用于電能計(jì)量是大勢(shì)所趨，目前市場(chǎng)上已有適用于電能表計(jì)量的 Rogowski線圈。然而Rogowski線圈應(yīng)用于電能計(jì)量目前尚無(wú)比較成熟的解決方案。雖然 目前已有支持Rogowski線圈的專用計(jì)量芯片，但這些計(jì)量芯片都存在各自的缺陷，如小電 流準(zhǔn)確度不高和穩(wěn)定性較差等，且價(jià)格昂貴。因此，如何提高Rogowski線圈計(jì)量的準(zhǔn)確度 和穩(wěn)定性是目前亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能提高Rogowski線圈計(jì)量的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性，并且 應(yīng)用成本低的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法。
[0006] 本發(fā)明提供的這種基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟一，采樣輸入的電壓信號(hào)u(t)和電流信號(hào)i(t)，得到離散的電壓采樣值u(η) 和電流通道感應(yīng)電壓采樣值e(η);
[0008] 步驟二，獲取電壓的直流分量和電流通道感應(yīng)電壓的直流分量，并用得到的直流 分量對(duì)電壓采樣值U(η)和電流通道感應(yīng)電壓采樣值e(η)進(jìn)行直流校正；
[0009] 步驟三，按下式對(duì)步驟二中直流校正后得到的感應(yīng)電壓采樣值進(jìn)行數(shù)字積分，還 原電流信號(hào)i(η):
[0010]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，包括如下步驟： 步驟一，采樣輸入的電壓信號(hào)u(t)和電流信號(hào)i(t)，得到離散的電壓采樣值u(n)和電 流通道感應(yīng)電壓采樣值e(n); 步驟二，獲取電壓的直流分量和電流通道感應(yīng)電壓的直流分量，并用得到的直流分量 對(duì)電壓采樣值u(n)和電流通道感應(yīng)電壓采樣值e(n)進(jìn)行直流校正； 步驟三，按下式對(duì)步驟二中直流校正后得到的感應(yīng)電壓采樣值進(jìn)行數(shù)字積分，還原電 流信號(hào)i(n):
式中，i(n)為經(jīng)數(shù)字積分還原得到的電流信號(hào)；i(0)為電流的積分初值；AT為信號(hào)采 樣時(shí)間間隔；e' (0)、e' (k)和e' (n)均為電流通道感應(yīng)電壓采樣值經(jīng)直流校正后的數(shù) 據(jù)；M為Rogowski線圈與被測(cè)電流的互感系數(shù)； 步驟四，獲取所述積分還原得到的電流信號(hào)i(n)的直流分量，用得到的直流分量對(duì)所 述積分還原得到的電流信號(hào)i(n)進(jìn)行積分初值補(bǔ)償； 步驟五，對(duì)步驟二得到的電壓采樣值u(n)經(jīng)直流校正后的數(shù)據(jù)u' (n)和步驟四得到 的所述積分還原得到的電流信號(hào)i(n)經(jīng)積分初值補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)i' (n)進(jìn)行點(diǎn)積運(yùn)算并累 積，獲取電壓有效值、電流有效值、功率和電能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述步驟 二包括： a. 電壓信號(hào)u(t)采用電阻分壓取樣得到電壓取樣信號(hào)u' (t);電流信號(hào)采用 Rogowski線圈取樣得到感應(yīng)電壓e(t) =di(t)/dt; b. 電壓取樣信號(hào)u' (t)和電流取樣信號(hào)e(t)分別經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路輸入到MCU的 模擬前端，經(jīng)MCU內(nèi)置A/D轉(zhuǎn)換器采樣和轉(zhuǎn)換得到離散的電壓采樣值u(n)和電流通道感應(yīng) 電壓米樣值e(n)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述電壓 的直流分量按照下式獲取，所述電流通道感應(yīng)電壓的直流分量按照下式獲取：
式中，u(n)和e(n)為所述步驟一采集得到的每個(gè)周期電壓和電流通道感應(yīng)電壓第n個(gè) 采樣點(diǎn)值，N為每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述電壓 采樣值u(n)根據(jù)其直流分量按照下式進(jìn)行直流校正，所述電流通道感應(yīng)電壓采樣值e(n) 根據(jù)其直流分量按照下式進(jìn)行直流校正；
式中，u(n)和e(n)為所述步驟一采集得到的每個(gè)周期電壓和電流通道感應(yīng)電壓第n個(gè) 采樣點(diǎn)值；U' (n)為電壓采樣值u(n)經(jīng)直流校正后的數(shù)據(jù)；e' (n)為電流通道感應(yīng)電壓 采樣值e(n)經(jīng)直流校正后的數(shù)據(jù)；Ud。為電壓的直流分量和Ed。為電流通道感應(yīng)電壓的直流 分量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述積分 電流信號(hào)i(n)的直流分量按下式獲?。?br> 式中，i(n)為步驟三經(jīng)數(shù)字積分還原得到的電流信號(hào)，N為每個(gè)周期的采樣點(diǎn)數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述積分 還原得到的電流信號(hào)i(n)根據(jù)得到的直流分量按照下式進(jìn)行積分初值補(bǔ)償：
式中，i(n)為步驟三經(jīng)數(shù)字積分還原得到的電流信號(hào)；i' (n)為經(jīng)數(shù)字積分還原得到 的電流信號(hào)i(n)進(jìn)行初值補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)；Id。為經(jīng)積分還原得到的電流信號(hào)i(n)的直流分 量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述每個(gè) 周期的采樣點(diǎn)數(shù)N為相鄰2個(gè)正向過(guò)零點(diǎn)之間的采樣點(diǎn)數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述正向 過(guò)零點(diǎn)的判別方法是：當(dāng)檢測(cè)到電壓采樣值由負(fù)變正的時(shí)候，即前一個(gè)采樣點(diǎn)電壓值為負(fù) 數(shù)，后一個(gè)采樣點(diǎn)為正數(shù)，則該正數(shù)點(diǎn)為一個(gè)有效過(guò)零點(diǎn)；該正數(shù)點(diǎn)為正向過(guò)零點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Rogowski線圈的電能計(jì)量方法，其特征在于，所述步驟 三的信號(hào)采樣時(shí)間間隔AT為156us。
【文檔編號(hào)】G01R22/10GK104483542SQ201410833158
【公開(kāi)日】2015年4月1日 申請(qǐng)日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】汪龍峰, 任智仁, 周杰文, 周宣 申請(qǐng)人:威勝集團(tuán)有限公司