配网ct校验方法
阅读说明：本技术 配网ct校验方法 (Distribution network CT (computed tomography) calibration method ) 是由 蒋红亮 徐政 林振 王申华 方小方 方跃进 熊庄 管新涌 何华庆 金志武 吴辉 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本申请提出了配网CT校验方法,包括获取高压输电中直流电压中的交流部分,调用数字低通滤波器对交流部分进行滤波处理；基于函数相关性对滤波后的高压输电信号进行自相关运算,得到被检互感器与标准互感器的模拟输出；采用离散傅里叶变换对被检互感器与标准互感器的模拟输出量进行频谱分析以确定频率响应差异。通过依次执行直流滤波算法、信号时延测量算法、频谱分析算法,能够降低高压输电中直流电压和电流成分中因交流脉动信号导致被检直流合并单元输出的采样值波动较大的缺陷,从而提高其采集精度。(The application provides a distribution network CT (computed tomography) calibration method which comprises the steps of obtaining an alternating current part in direct current voltage in high-voltage power transmission, and calling a digital low-pass filter to filter the alternating current part; carrying out autocorrelation operation on the filtered high-voltage power transmission signal based on the functional correlation to obtain analog outputs of the detected mutual inductor and the standard mutual inductor; and performing spectrum analysis on the analog output quantities of the detected transformer and the standard transformer by adopting discrete Fourier transform to determine the frequency response difference. By sequentially executing the direct current filtering algorithm, the signal time delay measuring algorithm and the frequency spectrum analysis algorithm, the defect that the fluctuation of the sampling value output by the detected direct current merging unit is large due to alternating current pulse signals in direct current voltage and current components in high-voltage power transmission can be reduced, and the acquisition precision of the sampling value is improved.)
技术领域
本发明属于误差校验领域，尤其涉及配网CT校验方法。
背景技术
随着城市化的发展，为了提高配网供电可靠性和提升服务质量，满足人民美好生活对优质供电服务的需求，国家和公司都投入了大量的人力和物力加强配网的建设和升级改造。特别是大量配网自动化装置都含有互感器类设备(如PT或CT)，这类设备因为质量、工艺和结构等原因，不满足带电操作的要求而出现事故。因而针对含互感器类配网自动化设备的不停电作业技术研究，可减少或避免这类设备因为不当操作而出现损坏或故障，影响设备和作业人员的安全，并且首次开展配网自动化设备不停电作业技术的研究，填补公司在这方面的空白，减少工程类预安排停电，提高供电可靠性。
带电断接引流线是10kV架空配电线路最基本的常规带电作业项目，占电力公司各单位每年带电作业次数的60％左右。为保证带电作业安全，安规规定:“带电断、接空载线路时，必须应确认线路的另一端断路器(开关)和隔离开关(刀开关)确已断开，接入线路侧的变压器、电压互感器确已退出运行后，方可进行”。然而随着城市电网配电线路自动化改造工作的全面推进，各种负荷开关广泛使用，为负荷开关的控制器和操作装置提供电源的变压器(简称取能PT)在带电作业时不能退出运行。能否带电安装取能PT以及带PT断接引流线成为目前带电工作亟需解决的难题。
互感器作为电能计量装置的重要组成部分，是发电公司与电网公司、电网公司与供电公司、供电公司与电力用户之间进行公平公正贸易结算，正确计算、考核电力系统内部技术经济指标的法定计量器具。根据现行国家检定规程，电网中用于计量的互感器(包括电压互感器，电流互感器)必须定期进行误差特性检测。根据常规检测方法，需要将运行的互感器离线才能进行误差特性检测，这必然影响供电可靠率。而且我国电力系统有数量庞大的电力互感器，停电测试它们的误差性能工作量庞大，费时费力，而且不能获得三相带电状态下的真实数据。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了配网CT校验方法，所述校验方法包括：
获取高压输电中直流电压中的交流部分，调用数字低通滤波器对交流部分进行滤波处理；
基于函数相关性对滤波后的高压输电信号进行自相关运算，得到被检互感器与标准互感器的模拟输出；
采用离散傅里叶变换对被检互感器与标准互感器的模拟输出量进行频谱分析以确定频率响应差异。
可选的，所述获取高压输电中直流电压中的交流部分，调用数字低通滤波器对交流部分进行滤波处理，包括：
确定数字滤波器的传递函数表达式以及差分方程；
基于预设的性能参数对数字滤波器的表达式进行调整；
获取调整后满足需求的数字低通滤波器的误差计算公式。
可选的，所述基于函数相关性对滤波后的高压输电信号进行自相关运算，得到被检互感器与标准互感器的模拟输出，包括：
获取自相关运算表达式
上式中x1(t)和x2(t)分别为系统接收到的同一时刻的数据，即被检互感器和标准互感器的模拟输出，D为延时，n1(t)和n2(t)为加性噪声，假定其为零均值，方差为1的正态分布随机过程，且与信号源s(t)三者互相独立；其接收到的标准互感器和被测的互感器数据的相关函数如下：
式中：Rss表示源信号s(t)的自相关函数，E[·]表示数学期望，其中假设s(t)、n1(t)和n2(t)三者互相独立，则有：
即源信号和噪声之间及噪声和噪声之间完全正交，此时有：
R12(τ)＝Rss(τ-D)
由自相关函数性质有：
|Rss(τ-D)|≤Rss(0)
此时可知τ-D＝0时，Rss(τ-D)取得最大值，即峰值。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过依次执行直流滤波算法、信号时延测量算法、频谱分析算法，能够降低高压输电中直流电压和电流成分中因交流脉动信号导致被检直流合并单元输出的采样值波动较大的缺陷，从而提高其采集精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提出的配网CT校验方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提出的FIR直接型结构；
图3为本申请实施例提出的相位关系示意图；
图4为本申请实施例提出的8点FFT的蝶形形式示意图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
由于项目要求除了对高压电流直流成分进行高精度的检测外，还需对直流信号50Hz至1200Hz范围内的交流脉动进行高精度检测，必须通过相关算法才能实现，算法的设计能对系统精度的有很大提高，主要有直流滤波算法、信号时延测量算法、频谱分析算法。
本申请提出的配网CT校验方法，如图1所示，所述校验方法包括：
11、获取高压输电中直流电压中的交流部分，调用数字低通滤波器对交流部分进行滤波处理；
12、基于函数相关性对滤波后的高压输电信号进行自相关运算，得到被检互感器与标准互感器的模拟输出；
13、采用离散傅里叶变换对被检互感器与标准互感器的模拟输出量进行频谱分析以确定频率响应差异。
其中，所述获取高压输电中直流电压中的交流部分，调用数字低通滤波器对交流部分进行滤波处理，包括：
确定数字滤波器的传递函数表达式以及差分方程；
基于预设的性能参数对数字滤波器的表达式进行调整；
获取调整后满足需求的数字低通滤波器的误差计算公式。所述基于函数相关性对滤波后的高压输电信号进行自相关运算，得到被检互感器与标准互感器的模拟输出，包括：
获取自相关运算表达式
上式中x1(t)和x2(t)分别为系统接收到的同一时刻的数据，即被检互感器和标准互感器的模拟输出，D为延时，n1(t)和n2(t)为加性噪声，假定其为零均值，方差为1的正态分布随机过程，且与信号源s(t)三者互相独立；其接收到的标准互感器和被测的互感器数据的相关函数如下：
式中：Rss表示源信号s(t)的自相关函数，E[·]表示数学期望，其中假设s(t)、n1(t)和n2(t)三者互相独立，则有：
即源信号和噪声之间及噪声和噪声之间完全正交，此时有：
R12(τ)＝Rss(τ-D)
由自相关函数性质有：
|Rss(τ-D)|≤Rss(0)
此时可知τ-D＝0时，Rss(τ-D)取得最大值，即峰值。
直流合并单元的数值来自标准功率源的采样值和被检合并单元，标准功率源信号质量较好，可以满足校验要求，但高压输电中直流电压和电流成分中含有丰富的交流脉动信号，导致被检直流合并单元输出的采样值波动较大，所以必须采用算法优化的方案来提高其采集精度。
数字低通滤波器是比较好的选择，可以将前端采集到的数字信号经过FIR数字滤波器进行滤波。根据FIR数字滤波器的传递函数形式：
且其差分方程如下：
其存在多种基本结构，本系统采用直接型进行数字滤波器设计，该优点是运算量较小，且结构简单，直接型的结构如图2所示。
要滤除50Hz及以上的信号，该低通滤波器截止频率为5Hz。FIR低通数字滤波器的设计过程可利用MATLAB设计工具进行辅助设计。
本方案中FIR低通滤波器的设计具备以下特征：Equiripple的设计方法、通带下限截止频率5Hz，通带幅度衰减1dB，下阻带截止频率10Hz，下阻带幅度衰减80dB，采样率为200Hz。系统自动设计后可以自动生成各项参数，该方案设计完将生成一个102阶，即N＝102的直接型FIR滤波器，同时其具备2型的线性相位特征。相位关系如图3所示。
由此数字滤波器可以对大于5Hz的交流信号进行衰减，大大的增加其直流检测的精度。最后通过误差计算，其计算方式如下：
式中：Us为标准直流功率源的二次输出值；Uc为被校直流合并单元的测量值。从而得到其比值误差，同时通过数据统计等方法得出比差平均值、比差最大值和比差最小值等数据。
信号时延测量算法
本方案采用了相关函数分段时延算法，两信号的相对延时范围比较小，因此可以在一定时域内将其中一函数时域基数固定，另一函数时域基数移动，每移动一个单位进行一次两离散序列的互相关计算，由于受检测的两函数相关，因此即使在有噪声存在的情况下，当两函数重叠率最高时其互相关计算出来的数值越大，即出现峰值的点即为对应的延时长度。利用此思想能更好的适应本系统的应用。其自相关运算过程如下：
上式中x1(t)和x2(t)分别为系统接收到的同一时刻的数据，即被检互感器和标准互感器的模拟输出，D为延时，n1(t)和n2(t)为加性噪声，假定其为零均值，方差为1的正态分布随机过程，且与信号源s(t)三者互相独立；其接收到的标准互感器和被测的互感器数据的相关函数如下：
式中：Rss表示源信号s(t)的自相关函数，E[·]表示数学期望，其中假设s(t)、n1(t)和n2(t)三者互相独立，则有：
即源信号和噪声之间及噪声和噪声之间完全正交，此时有：
R12(τ)＝Rss(τ-D)
由自相关函数性质有：
|Rss(τ-D)|≤Rss(0)
此时可知τ-D＝0时，Rss(τ-D)取得最大值，即峰值。
本方案中采用主动逼近的方法求得延时D，具体误差来源于系统的采样率，即时域的分辨率大小。同时，为减小计算量，其主动逼近的方法具备一定的逼近过程，即实时检测其移动的方向向着峰值的方向移动。自相关函数的C语言计算过程由MATLAB直接生成。在确定了其延时D之后即可通过t＝D*T确定延时时间t，其中T为采样周期，即T＝1/10240s。
频谱分析算法
采用DFT对两路信号进行频谱分析可以确定其时延区间。对模拟量标准输入通道，频率为50Hz时，采用每周波256个采样点，采样速率为12.8kHz，同时DFT计算时其区间取样点为1024点，即其每次进行DFT运算时包含时域的时间为80ms，具备足够的能量谱分布对信号进行误差分析。对于数字量输入的被检合并单元，在基波50Hz时其采样率为4kHz，即每周波点数为80个点。
本方案中采用了时间抽选基2DFT算法，其蝶形运算形式具备简洁，少内存，变址等优点。为了最大限度的最大系统精度，此处的旋转因子均采用32位整形，通过MATLAB生成其运算过程需要的旋转因子存储在DSP中，DSP进行计算时通过查表的方式进行，极大的提高其运算的速度。
其8点FFT的蝶形形式如图4所示，系统通过对两个信号1024个点的序列分别通过快速DFT运算，通过运算后的结果可以对比出被检合并单元和校验仪之间的频率响应差异，从而确定其50～1200Hz范围内的频率响应性能。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。