Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法

摘要

本发明公开了一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法，包括以下步骤：获取基准温度下Rogowski线圈电子式电流互感器的基本参数，取样电阻R

说明书

技术领域

本发明涉及Rogowski线圈电子式电流互感器测量校正技术领域，具体涉及一种 Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法。

背景技术

Rogowski线圈又叫电流测量线圈、微分电流传感器，是一个均匀缠绕在非铁磁性材 料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分，通过一个对输出的电压信号进行积分的 电路，就可以真实还原输入电流。Rogowski线圈电子式电流互感器是电力系统中用于电 能计量和继电保护的重要设备，其精确度和工作的可靠性对电力系统的安全和经济运行起 着至关重要的作用。但是在实际运行条件下，由于运行环境温度影响Rogowski线圈电子 式电流互感器内部参数变化，使得其传变特性发生变化，其测量存在较大误差，难以满足 IEC60044-8标准0.2级的精度要求，甚至进一步导致继电保护装置误动作。现有技术中考 虑运行环境影响下电子式电流互感器的传变特性研究，大都侧重于模拟积分环节，如温漂 影响模拟积分器件的参数进而影响互感器的传变特性。随着技术的不断发展，现有 Rogowski线圈电子式电流互感器是利用具有更高的精度和稳定性的数字积分，直接通过 软件算法来实现，不存在温漂问题。实际中影响Rogowski线圈电子式电流互感器测量精 度的是Rogowski线圈本身的内部参数，它们会随运行环境的变化而发生改变，从而影响 Rogowski线圈电子式电流互感器的传变特性，导致测量误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿 方法，该方法能够有效地消除温度对Rogowski线圈电子式电流互感器测量精度的影响， 保证Rogowski线圈电子式电流互感器在线圈内阻变化的情况下仍能准确的还原一次侧电 流信号。

本发明的目的是采用以下技术方案实现的：

一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法，包括以下步骤：

(1)获取基准温度下Rogowski线圈电子式电流互感器的基本参数，包括：取样电阻 R_f，25℃环境温度下的Rogowski线圈内阻R₂₅，Rogowski线圈内阻的温度系数α；

(2)获取Rogowski线圈输出的电压信号u₀，通过A/D采样后将电压值u₀输入数字 积分环节，并在数字积分环节中，采用梯形数字积分算法计算出电流信号i₂′；

(3)测量Rogowski线圈电子式电流互感器实际工作的环境温度T，并将温度信号输 入数字积分环节，并在积分算法编程中，按照以下公式计算环境温度T下的Rogowski线 圈内阻值，

R_T＝R₂₅(1+αΔT)

式中，R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示基准温度25℃下的 Rogowski线圈内阻值；α表示Rogowski线圈内阻的温度系数；ΔT＝T-25，表示环境温 度T相对于25℃的温度变化量；

(4)构建对Rogowski线圈电子式电流互感器积分环节输出信号的补偿函数f_c，

$f_c\approx \frac{\frac{R_T}{R_f}+1}{\frac{R_{25}}{R_f}+1}=\frac{R_T+R_f}{R_{25}+R_f}$

式中，补偿函数f_c的值为常量，与一次侧电流信号无关；R_f表示Rogowski线圈电子 式电流互感器的取样电阻；R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示环境温 度25℃下的Rogowski线圈内阻值；

(5)基于步骤(4)中的补偿函数对步骤(2)中的电流信号i₂′进行补偿，计算补偿 后Rogowski线圈电子式电流互感器的输出电流i₂，

i₂＝f_c·i₂′

式中，i₂表示温度T下Rogowski线圈电子式电流互感器输出的测量电流；f_c表示补偿 函数，其值为常量，与一次侧电流信号无关；i₂′表示对Rogowski线圈输出信号u₀进行积 分处理后得到的电流信号。

由于采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：该方法以环境温度量作Rogowski 线圈电子式电流互感器积分环节的一个输入变量，在数字积分算法中，通过实时测量环境 温度自动辨识Rogowski线圈内阻温度的变化，保证了参数辨识的实时性；通过引入考虑 Rogowski线圈内阻增量对Rogowski线圈电子式电流互感器传变特性影响的传递函数，将 增加的环境温度量加入数字积分算法中，不需要额外的硬件来实现；该方法能够有效地消 除温度对Rogowski线圈电子式电流互感器测量精度的影响，保证Rogowski线圈电子式电 流互感器在线圈内阻变化的情况下仍能准确的还原一次侧电流信号。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为Rogowski线圈的等效电路图。

图3为本发明的应用流程图。

图4为在65℃温度Rogowski线圈内阻变化较小时，采用补偿方法后Rogowski线圈 电子式电流互感器的传变特性图。

图5为在Rogowski线圈内阻变化较大，扩大至10倍内阻时，采用补偿方法后Rogowski 线圈电子式电流互感器的传变特性图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下 面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：

实施例1

如图1-3所示，一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法， 包括以下步骤：

(1)获取基准温度下Rogowski线圈电子式电流互感器的基本参数，包括：取样电阻 R_f，25℃环境温度下的Rogowski线圈内阻R₂₅，Rogowski线圈内阻的温度系数α；

(2)获取Rogowski线圈输出的电压信号u₀，通过A/D采样后将电压值u₀输入数字 积分环节，并在数字积分环节中，采用梯形数字积分算法计算电流信号i₂′，

$u_0=-M\frac{di}{dt};$

$i\left(t\right)=-\frac{1}{M}\underset{0}{\overset{t}{\int }}u\left(t\right)dt$

式中，u₀为Rogowski线圈输出的电压，i为母线电流，M为Rogowski线圈的互感系 数；梯形数字积分算法中系统的传递系数为：

$H\left(Z\right)=\frac{T_0(Z+1)}{2(Z-1)}$

式中，T₀表示采样时间，T₀＝10ms；

(3)测量Rogowski线圈电子式电流互感器实际工作的环境温度T，并将温度信号输 入数字积分环节，并在积分算法编程中，按照以下公式计算环境温度T下的Rogowski线 圈内阻值

R_T＝R₂₅(1+αΔT)

式中，R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示基准温度25℃下的 Rogowski线圈内阻值；α表示Rogowski线圈内阻的温度系数；ΔT＝T-25，表示环境温 度T相对于25℃的温度变化量；

(4)构建对Rogowski线圈电子式电流互感器积分环节输出信号的补偿函数fc，

$f_c\approx \frac{\frac{R_T}{R_f}+1}{\frac{R_{25}}{R_f}+1}=\frac{R_T+R_f}{R_{25}+R_f}$

式中，补偿函数f_c的值为常量，与一次侧电流信号无关；R_f表示Rogowski线圈电子 式电流互感器的取样电阻；R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示环境温 度25℃下的Rogowski线圈内阻值；

(5)基于步骤(4)中的补偿函数对步骤(2)中的电流信号i₂′进行补偿，计算补偿 后Rogowski线圈电子式电流互感器的输出电流i₂，

i₂＝f_c·i₂′

式中，i₂表示温度T下Rogowski线圈电子式电流互感器输出的测量电流；f_c表示补偿 函数，其值为常量，与一次侧电流信号无关；i₂′表示对Rogowski线圈输出信号u₀进行积 分处理后得到的电流信号。

实施例2

以实际110kV数字化变电站中的Rogowski线圈电子式电流互感器为例，当运行环境 温度、互感器内阻变化较小时，

一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法，包括以下步骤：

(1)获取基准温度下Rogowski线圈电子式电流互感器的基本参数，包括：取样电阻 R_f＝10kΩ，25℃环境温度下的Rogowski线圈内阻R₂₅＝270Ω，Rogowski线圈内阻的温度 系数α＝0.00393；

(2)获取Rogowski线圈输出的电压信号u₀，通过A/D采样后输入数字积分环节， 并在数字积分环节中，采用梯形数字积分算法计算电流信号i₂′，

$u_0=-M\frac{di}{dt};$

$i\left(t\right)=-\frac{1}{M}\underset{0}{\overset{t}{\int }}u\left(t\right)dt$

式中，u₀为Rogowski线圈输出的电压，i为母线电流，M为Rogowski线圈的互感系 数；梯形数字积分算法中系统的传递系数为：

$H\left(Z\right)=\frac{T_0(Z+1)}{2(Z-1)}$

式中，T₀表示采样时间，T₀＝10ms；

(3)测量Rogowski线圈电子式电流互感器实际工作的环境温度T＝65℃，并将温度 信号输入数字积分环节；在积分算法编程中，按照以下公式计算环境温度T＝65℃下的 Rogowski线圈内阻值R_T

R_T＝R₂₅(1+αΔT)＝270×[1+0.00393×(65-25)]

R_T＝312.444Ω

式中，R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示基准温度25℃下的 Rogowski线圈内阻值；α表示Rogowski线圈内阻的温度系数；ΔT＝T-25，表示环境温 度T相对于25℃的温度变化量；

(4)构建对Rogowski线圈电子式电流互感器积分环节输出信号的补偿函数f_c，

$f_c\approx \frac{\frac{R_T}{R_f}+1}{\frac{R_{25}}{R_f}+1}=\frac{R_T+R_f}{R_{25}+R_f}$

f_c＝1.00413281

式中，补偿函数f_c的值为常量，与一次侧电流信号无关；R_f表示Rogowski线圈电子 式电流互感器的取样电阻；R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示环境温 度25℃下的Rogowski线圈内阻值；

(5)基于步骤(4)中的补偿函数对步骤(2)中的电流信号i₂′进行补偿，计算补偿 后Rogowski线圈电子式电流互感器的输出电流i₂，

i₂＝f_c·i₂′

i₂＝1.004132801i₂′

式中，i₂表示温度T下Rogowski线圈电子式电流互感器输出的测量电流；f_c表示补偿 函数，其值为常量，与一次侧电流信号无关；i₂′表示对Rogowski线圈输出信号进行积分 处理后的电流信号。

将温度65℃情况下Rogowski线圈的原始输出电流信号i₂′、经过补偿后的输出电流 i₂和基准温度下Rogowski线圈的标准输出电流信号三者相比较，得到图4中的Rogowski 线圈电子式电流互感器传变特性。

从图4中可以看出，稳态电流输入时，将基准温度25℃下Rogowski线圈电子式电 流互感器输出的电流信号作为标准输出电流。在温度65℃下，Rogowski线圈电子式电 流互感器由于内阻发生变化，导致输出的电流与标准输出电流相比，幅值变小，测量误 差增大。但是，使用本发明的补偿方法后，在温度65℃下，Rogowski线圈电子式电流 互感器的输出波形与标准输出电流相重合，可见该补偿方法能够从Rogowski线圈内阻 方面有效消除温度对Rogowski线圈电子式电流互感器传变特性的影响，减小了 Rogowski线圈电子式电流互感器的测量误差。

实施例3

以实际110kV数字化变电站中的Rogowski线圈电子式电流互感器为例，考虑其他 因素影响导致Rogowski线圈内阻变化较大时，研究对Rogowski线圈电子式电流互感 器内阻变化的传变特性补偿方法的有效性。

一种Rogowski线圈电子式电流互感器内阻变化传变特性的补偿方法，包括以下步骤：

(1)获取基准温度下Rogowski线圈电子式电流互感器的基本参数，包括：取样电阻 R_f＝10kΩ，25℃环境温度下的Rogowski线圈内阻R₂₅＝270Ω，Rogowski线圈内阻的温度 系数α＝0.00393；

(2)获取Rogowski线圈输出的电压信号u₀，通过A/D采样后输入数字积分环节， 并在数字积分环节中，采用梯形数字积分算法计算电流信号i₂′，

$u_0=-M\frac{di}{dt};$

$i\left(t\right)=-\frac{1}{M}\underset{0}{\overset{t}{\int }}u\left(t\right)dt$

式中，u₀为Rogowski线圈输出的电压，i为母线电流，M为Rogowski线圈的互感系 数；梯形数字积分算法中系统的传递系数为：

$H\left(Z\right)=\frac{T_0(Z+1)}{2(Z-1)}$

式中，T₀表示采样时间，T₀＝10ms；

(3)测量Rogowski线圈电子式电流互感器实际工作的环境温度T＝25℃，并将温度 信号输入数字积分环节，并在积分算法编程中，按照以下公式计算环境温度T＝25℃下的 Rogowski线圈内阻值R_T，

R_T＝R₂₅(1+αΔT)

将R_T增大到原来的10倍R_T＝10×R₂₅＝2700Ω，

式中，R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示基准温度25℃下的 Rogowski线圈内阻值；α表示Rogowski线圈内阻的温度系数；ΔT＝T-25，表示环境温 度T相对于25℃的温度变化量；

(4)构建对Rogowski线圈电子式电流互感器积分环节输出信号的补偿函数f_c，

$f_c\approx \frac{\frac{R_T}{R_f}+1}{\frac{R_{25}}{R_f}+1}=\frac{R_T+R_f}{R_{25}+R_f}$

f_c＝1.23661149

式中，补偿函数f_c的值为常量，与一次侧电流信号无关；R_f表示Rogowski线圈电子 式电流互感器的取样电阻；R_T表示环境温度T下的Rogowski线圈内阻值；R₂₅表示环境温 度25℃下的Rogowski线圈内阻值；

(5)基于步骤(4)中的补偿函数对步骤(2)中的电流信号i₂′进行补偿，计算补偿 后Rogowski线圈电子式电流互感器的输出电流i₂，

i₂＝f_c·i₂′

i₂＝1.23661149i₂′

式中，i₂表示温度T下Rogowski线圈电子式电流互感器输出的测量电流；f_c表示补偿 函数，其值为常量，与一次侧电流信号无关；i₂′表示对Rogowski线圈输出信号进行积分 处理后的电流信号。

将Rogowski线圈内阻增大到原来的10倍情况下，Rogowski线圈的原始输出电流 信号i₂′、经过补偿后的输出电流i₂和基准温度下Rogowski线圈的标准输出电流信号三 者相比较，得到图5中的Rogowski线圈电子式电流互感器传变特性。

从图5中可以看出，稳态电流输入时，Rogowski线圈内阻值增大到原来的10倍时， 输出的电流与标准输出电流相比，幅值明显变小，测量误差增大。但是，使用本发明的 补偿方法后，在10倍内阻的情况下，Rogowski线圈电子式电流互感器的输出波形与标 准输出电流相重合，可见该补偿方法能够有效消除Rogowski线圈内阻方面对Rogowski 线圈电子式电流互感器传变特性的影响，减小了Rogowski线圈电子式电流互感器的测 量误差。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运 用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易 地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并 不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。