電子式互感器數(shù)字積分器技術(shù)的研究

饒超平

（武漢晴川學(xué)院，湖北 武漢430000）

0 引 言

電力線路的測(cè)量要采用高精度數(shù)字積分器。因此，高精度積分器的設(shè)計(jì)是減小復(fù)合誤差的關(guān)鍵。本文通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)理想積分算法和梯形積分算法進(jìn)行了對(duì)比，尋找適合的理想積分算法。

1 理想模擬積分器

模擬積分器分為有源和無(wú)源兩種。無(wú)源積分器由于對(duì)信號(hào)的幅度有衰減，輸出阻抗較大，在測(cè)量要求精度高的場(chǎng)合，特別是工頻小電流時(shí)會(huì)帶來(lái)很大誤差。因此對(duì)于工頻電流測(cè)量，常用有源積分器予以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際應(yīng)用中，需要抑制積分器的“積分漂移”。如圖1所示，為了保證積分器能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，可在積分電容C1的兩端并聯(lián)一個(gè)反饋電阻R2，為積分漂移電壓提供反饋通道。圖1為典型有源負(fù)反饋模擬積分器，其傳輸函數(shù)為：

理想模擬積分器與有源負(fù)反饋模擬積分器相比，區(qū)別在于不含圖1內(nèi)的負(fù)反饋電阻R2，其傳輸函數(shù)為：

理想模擬積分器中使用的運(yùn)算放大器只有在線性工作區(qū)內(nèi)可以正常工作，存在飽和問(wèn)題。因此在實(shí)際使用中，在放大器的積分電容C1兩端并聯(lián)反饋電阻R2，用以消除放大器的飽和。但是若積分器的反饋參數(shù)配置不當(dāng)，其暫態(tài)輸出波形將嚴(yán)重失真。適當(dāng)?shù)靥岣叻e分器的反饋電阻值以及積分電容值可以改善其暫態(tài)傳變特性。以上兩種積分器共性的缺點(diǎn)為：頻率很小時(shí)，增益很大，因此信號(hào)中直流分量的影響較大。

圖1 典型有源模擬積分器

2 積分環(huán)節(jié)的原理及其性能對(duì)比

積分器在測(cè)量與控制工程中使用極多，是信號(hào)處理環(huán)節(jié)的核心之一。對(duì)于電流互感器，其核心環(huán)節(jié)在于將二次側(cè)輸出信號(hào)還原為與一次電流、電壓信號(hào)成比例的信號(hào)，常見(jiàn)方案有模擬積分器和梯形積分器。下面將對(duì)其性能與效果做具體對(duì)比并分析。梯形數(shù)字積分算法在實(shí)際應(yīng)用中，由電子式電流互感器按一定個(gè)數(shù)的工頻周期（即設(shè)定的積分常數(shù)時(shí)間）采樣一定點(diǎn)數(shù)，按照如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，u（k）為二次側(cè)的變換輸出量；Ts是采樣周期；f（i）為經(jīng)過(guò)計(jì)算的輸出量。該公式經(jīng)過(guò)傅里葉變換可以轉(zhuǎn)換到時(shí)域進(jìn)行對(duì)比：

按照公式（4）進(jìn)行轉(zhuǎn)換為數(shù)字角頻率，繪制出梯形傳遞函數(shù)的幅頻特性與相頻特性，可以得出幅值響應(yīng)和相位響應(yīng)的比較如圖2。由圖2可以看出，在數(shù)字角頻率趨于無(wú)窮小時(shí)，幅值響應(yīng)絕對(duì)誤差最小，而在整個(gè)頻帶上，梯形算法與理想積分相位響應(yīng)基本一致（圖中實(shí)線為數(shù)字角頻率，虛線為模擬角頻率。）

圖2 梯形積分與理想積分

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于測(cè)量電力系統(tǒng)的電流互感器來(lái)說(shuō)，其數(shù)字積分器具有以下特點(diǎn)：性能穩(wěn)定，采用軟件算法作為基本支撐，不容易受到外界溫度的干擾。數(shù)字積分器可采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器結(jié)合微處理器的方法制作，架構(gòu)簡(jiǎn)單。其中，梯形算法與理想積分相位響應(yīng)基本一致，幅值響應(yīng)絕對(duì)誤差最小。所以，理想的數(shù)字積分算法有利于提高電子式電流互感器的測(cè)量精度。