论多基点高精度电流测量校正算法范文

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摘要:针对故障指示器中平直状开环磁路测量电流精度低的问题，提出一种改进的半环形电流测量磁路和基于改进磁路的多基点自适应电流测量校正算法。该算法将电流测量量程划分为多个区间，每个区间均采用最小二乘法二次校正所测电流值。实际检测结果表明，改进后的磁路和相应电流测量算法对提高电流测量的精度有显著性改善，校正后的测量精度可以达到±1.2%以内，满足现场使用要求。

关键词:半环形磁路;电流测量精度;自适应;最小二乘法

引言

近年来，中压配电网采用故障指示器［1，2，3］对架空线路进行接地和短路故障监控得到广泛应用。具有通信功能的故障指示器必须具有线路电流测量功能。由于受到架空线路不停电安装故障指示器的使用限制，现有故障指示器中的用于加强线圈电感量的硅钢体一般做成非闭合平直状形式。采用非闭合铁芯磁路接触式测量线路电流带来一系列问题:测量精度低，测量误差大，经过校正后一般误差在±5%左右。当线路电流在20A以下或400A以上，误差更大。测量精度受到线路导体粗细和测量相对位置影响较大，产品通用性较差。当线路加粗，测量误差明显加大，测量结果基本上无法满足现场使用要求。产品很难做成高精度等级的测量产品。铁芯在大电流情况下产生的非线性影响进一步加大测量误差。针对以上问题，本文提出一种改进的半环形电流测量磁路和基于改进磁路的多基点自适应电流测量校正算法。两种方法结合使用，使得改进后的故障指示器电流测量精度显著提高，在全量程范围内，基本可以控制在±1.2%以内。

1半环铁芯磁路和测量电路现有故障指示

器电流测量铁芯多采用如图1所示电流测量线圈磁路，这种感应测量原理有很大缺陷:被测导体线径粗细直接影响电流测量精度。被测线路越粗误差越大。如果将图1测量铁芯改造成图2半圆形或U型测量铁芯，则线路粗细对电流测量精度的影响就可以有效地降低。进一步，如果将图2测量铁芯做成闭合形式，线路粗细对电流测量精度影响则可以完全消除，但会带来产品笨重问题。综合考虑，选定图2方案，结合高精度电流测量校正算法，使得电流测量误差可以控制在±1.2%以内。整个装置电流测量误差基本不受线路粗细和线路安装相对位置影响。电流测量综合指标满足现场使用要求。未改进电流测量铁芯，其材质采用硅钢片作为互感铁芯，长度5cm。外部缠绕3500匝直径0.28毫米铜漆包线。A、B点接测量电路，C是被测量线路，与测量线圈垂直放置。当校正故障指示器电流测量系统后，在不变线径情况下，测量精度可以满足现场要求。当线径变大或测量10kV绝缘导线时，故障指示器在不重新校正的情况下，测量误差比较大，超出现场规定要求。现改进故障指示器电流互感测量铁芯，如图2所示。将图1铁芯改进为半径为3cm的圆弧或U型铁芯。事先考虑被测线粗细能够被圆弧包围。同时，将D处铁芯材质改为坡莫合金［4］型，提高电流互感频率特性。通过图2所示改造后，A、B两点接入图3中A、B两点测量电路中，结合电流测量校正算法后，在改变线径情况下，测量精度依然可以满足现场要求。图2半环形电流互感测量铁芯图3是测量电路原理图。R1、R2电阻分压，合理取R1、R2电阻值，对由互感电流产生的电压进行分压采样，保证A/D输入值在线路最大输入电流时不会处于饱和输入状态。W1稳压管保护A/D引脚在电流正半周时不受大电压冲击，在电流负半周时，起到续流作用，使A/D转换电路负半周采样为0。对C1选取合适的电容值，对采样输入信号进行干扰滤波。采样信号处理采用意法半导体公司的STM32F103RET632位芯片完成。采用图2、图3这种改进的电流测量电路，在一定范围内基本可以消除电缆粗细对测量精度的影响。图3电流测量原理电路图

2多基点自适应高精度电流测量校正算法

针对图3测量电路原理，采用基于多基点自适应高精度电流测量校正算法对半波积分法［5］电流值进行二次校正计算。

2.1半波积分和单基点自适应校正

正弦周期信号在任意半波内，正弦量的绝对值积分为一常数C，其数学描述是:系数。根据图3电流采样电路工作原理可知，系统A/D采样电路在电流负半周采样值为0，在电流正半周采样值非0，所以实际线路中电流值只能用到电流正半周时的离散采样值来代表。这里采用半波积分法求取一个周期内线路电流值。设一个电流周期内采样N(偶数)个点，则有N/2个零点，为统一计算方便，零也计入在内。在A/D电路中，一个周期内电流离散采样积分值定义为Current_temp，则有Current_temp=Σn1(A/D)_Result(n)(3)设C=β2Current_temp，β2定义为二级修正系数。考虑整数ARM处理器和一般单片机除法运算速度，采用寄存器左移做除法运算，则实际电流有效值计算公式为I=β1β1Current_temp=(β*Current_temp)/213(4)其中β=β1β2*213，定义为系统实际电流修正系数，其在程序中自适应计算方法为I(5)在实际校准中，β可以初始化为任意大于0的整数，在系统几次自动校准后，其值可以自动优化为最佳值。由公式(4)和公式(5)计算，可以较精确校正任意单一点处的电流值，误差在±1%以内。

2.2最小二乘法分段校正

电力行业标准中，一般要求故障指示器电流测量误差分段满足技术指标要求。在线路电流在0A＜I＜20A时，测量绝对误差在±3A以内。在线路电流在20A＜=I＜=600A时，测量相对误差在±5%以内。为了让故障指示器电流测量误差达到要求，这里选取10A、50A、100A、150A、200A、250A、300A、350A、400A、450A、500A、550A这些电流值作为理论校准值，采用公式(3)、(4)、(5)计算出系统实际电流修正系数β10A、β50A…、β550A。取β10A，以10A为中心，对系统11个标定值Y1－11:0A、2A、4A、6A、8A、10A、12A、14A、16A、20A、22A求取电流相对应的正行程和反行程测量值［6，7］的平均值X1～11。根据最小二乘法［8］计算公式(6)、(7):可以求取0A到22A最佳拟合直线的斜率k10A和截距b10A，由此计算出拟合直线y=k10AX+b10A，当实际电流测量值在0到20A以内时，用此直线进行校正。当实际电流值为零时，需要进行特殊处理。同理，可以分别求出以50A、100A、…、550A为校准参考中心点的分段校准拟合直线y=k50AX+b50A，y=k100AX+b100A，…，y=k550AX+b550A。若某一实际测量待校准的电流值是相邻两个拟合区域的公共覆盖点时，则采用相邻两个拟合直线分别校准，然后取平均值作为最后实际测量值。公共覆盖点处测量误差一般比较大。

3基于多基点自适应高精度电流测量校正算法程序设计

取10A、50A、100A、150A、200A、250A、300A、350A、400A、450A、500A、550A这些电流值作为测量基点;取y=k10AX+b10A，y=k50AX+b50A，y=k100AX+b100A，…，y=k550AX+b550A作为电流校准曲线;取20A、70A、120A、170A、220A、270A、320A、370A、420A、470A、520A分别作为y=k10AX+b10A和y=k50AX+b50A，y=k50AX+b50A和y=k100AX+b100A，…，y=k500AX+b500A和y=k550AX+b550A计算分界点。设故障指示器某时刻未校正电流测量值为I未，校正后电流测量为I。则基于多基点自适应高精度电流测量校正算法描述伪语言如下: 通过铁芯改进和校正算法改进而设计的故障指示器电流测量参数曲线拟合前后比对图如图4所示，由图中曲线拟合结果可以得出结论，未校正之前，线上实际电流和非校正电流测量值之间差异较大，电流越大，误差越大。校正后所测得电流值与线上实际电流值非常吻合，百分比误差可以控制在±1.2%以内。

4结论

通过改进电流测量铁芯形状和材质并结合多基点自适应高精度电流测量校正算法，改进型故障指示器电流测量精度符合技术指标要求。该款产品在实际现场投入使用后，由于电流测量精度比以前设备提高很多，又进一步提高了接地故障判断准确率。

参考文献:

［1］陈彬，张功林，黄建业．配电自动化系统实用技术［M］.北京:机械工业出版社，2015.

［2］程利军．智能配电网［M］.北京:中国水利水电出版社，2013.

［3］郭谋发．配电网自动化技术［M］.北京:机械工业出版社，2012.

［4］黄一菲，郑神，吴亮，等.坡莫合金磁阻传感器的特性研究和应用［J］.物理实验，2002(4):45－48.

［5］刘小波，刘万斌，丁俊健.一种基于半波积分的电流幅值算法［J］.华电技术，2015(11):5－8.

［6］王晓红，李文秀.传感器应用技术［M］.北京:清华大学出版社，2014.

［7］周怀芬.传感器应用技术［M］.北京:机械工业出版社，2017.

［8］高斯.最小二乘法在天体轨道上的计算［M］.天体运动论.

作者：宋延军 顾涛 单位：蚌埠供电公司