引言

　　隨著電壓等級(jí)的不斷提高與電力系統(tǒng)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，傳統(tǒng)高壓測(cè)試設(shè)備的絕緣問(wèn)題日益突出,，各種旨在解決超高壓絕緣問(wèn)題的測(cè)量方法應(yīng)運(yùn)而生,。本文主要介紹了插接式智能組合電器中電子式光電組合互感器測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集部分,，分析了其靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性,，并提出了相應(yīng)的誤差補(bǔ)償方法,。

　　電子式互感器測(cè)試系統(tǒng)

　　電子式互感器測(cè)試系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸以及數(shù)據(jù)處理與輸出3部分組成,?；倦娐方Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　從圖1可以看出,，數(shù)據(jù)采集部分是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的基礎(chǔ),，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的準(zhǔn)確度影響很大,。由于采集系統(tǒng)采集的信號(hào)既有溫度這樣的緩變信號(hào),，又有電壓、電流等周期信號(hào),，因此本文將對(duì)采集系統(tǒng)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,，以尋求改善采集系統(tǒng)性能的方法,。

　　靜態(tài)特性分析與誤差補(bǔ)償

　　靜態(tài)特性指的是對(duì)采集系統(tǒng)加載靜態(tài)信號(hào)后得到的性能指標(biāo),，主要有線性度,、直流增益、直流偏置,、溫度漂移等。

　　設(shè)x為系統(tǒng)輸入,，y為系統(tǒng)輸出,，k為系統(tǒng)的理想增益(通常為1),，則可得：y=kx,。若在采集系統(tǒng)滿量程范圍內(nèi)均勻地選取m個(gè)輸入點(diǎn),，且在每個(gè)輸入點(diǎn)上采集n個(gè)數(shù)據(jù),，則：
　　

　　進(jìn)而擬合出輸入與輸出間的最小二乘回歸直線：y=kx+b

　　即可得到偏置誤差Ep=b,，增益誤差Ek=k-k0,，非線性誤差Enl=max(yi-k·xi-b),。

　　為了提高測(cè)量準(zhǔn)確度,，應(yīng)采取相應(yīng)的誤差補(bǔ)償,。目前普遍采用多項(xiàng)式擬合的方法,，通過(guò)對(duì)測(cè)量值y,；的擬合，獲取盡可能接近理論值的結(jié)果,。擬合關(guān)系為：
　　

　　對(duì)電子式互感器而言,，溫度的影響不容忽視,，偏置、增益誤差以及非線性誤差等都隨溫度變化而變化,，用多項(xiàng)式擬合進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí)，必須考慮溫度作用,，因而可得出：式中：a0，a1,，……，ah(t)為多項(xiàng)式的系數(shù),，是溫度t的函數(shù),。由于此時(shí)自變量有t和yt兩個(gè),，所以不能按常規(guī)系數(shù)確定方法來(lái)進(jìn)行求解,，這里提出一種新的系數(shù)求解方法,，在分別考慮t和yt的作用下進(jìn)行求解,。若在采集系統(tǒng)適用的溫度范圍內(nèi)選取1個(gè)輸入點(diǎn),，則可先假定溫度tc(c=1,，2,，3……,，1)不變，求取在該溫度下的多項(xiàng)式系數(shù),。令：
　　
　　對(duì)式中多項(xiàng)式系數(shù)分別求偏導(dǎo),，并令其為0,，即可得到溫度tc作用下的多項(xiàng)式系數(shù),。接下來(lái)就可分別求取1個(gè)不同溫度下的多項(xiàng)式系數(shù),，然后再求解這些系數(shù)和溫度間的擬合關(guān)系,，求取方法與上述方法相同,。
應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是,，誤差補(bǔ)償時(shí)多項(xiàng)式階數(shù)應(yīng)首先確定下來(lái),，也并不是階數(shù)越高補(bǔ)償效果就越好,。高階多項(xiàng)式在特定區(qū)間內(nèi)的補(bǔ)償效果可以是最佳的,，但在該區(qū)間外則可能出現(xiàn)極大的誤差,。所以,，階數(shù)的選取不僅要考慮補(bǔ)償?shù)男Ч?，還應(yīng)當(dāng)考慮補(bǔ)償方法在擬合的過(guò)程也是先假定溫度不變，求取一組多項(xiàng)式系數(shù),，然后再求取各組系數(shù)與溫度間的多項(xiàng)式關(guān)系即可,。多項(xiàng)式階數(shù)的確定仍然采用靜態(tài)誤差補(bǔ)償中的方法,。

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)測(cè)結(jié)果

　　根據(jù)前面提到的方法,，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了誤差補(bǔ)償,，在補(bǔ)償過(guò)程中,，靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的多項(xiàng)式階數(shù)均取為4階,，而多項(xiàng)式系數(shù)與溫度間的擬合多項(xiàng)式階數(shù)在2～5階之間靈活設(shè)定。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,，提出了溫度變化情況下采集系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法,。該補(bǔ)償方法效果明顯,，有助于改善整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性。需要說(shuō)明的是,，本文從理論方面尋求最佳的補(bǔ)償方法,，而在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,，如果必須考慮利用計(jì)算機(jī)或DSP芯片進(jìn)行處理，就不利于對(duì)測(cè)量參量的實(shí)時(shí)處理,。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)時(shí)性,、準(zhǔn)確性等綜合要求來(lái)選取最合適的補(bǔ)償方法,。

　　整個(gè)量程范圍內(nèi)的可拓展性。通常是先設(shè)定誤差補(bǔ)償?shù)纳舷?，滿足這個(gè)誤差上限的多項(xiàng)式階數(shù)的最小值即為最終確定的多項(xiàng)式階數(shù),。

　　動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)及誤差補(bǔ)償

　　動(dòng)態(tài)特性反映的是采集系統(tǒng)加載動(dòng)態(tài)信號(hào)后的性能。具體到電子式互感器,，分析動(dòng)態(tài)特性時(shí)應(yīng)先施加正弦波激勵(lì)信號(hào),，然后通過(guò)傅立葉變換,，獲取輸出信號(hào)的頻譜特征，以此評(píng)價(jià)出采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,，進(jìn)而提出相應(yīng)的補(bǔ)償方法,。若采集系統(tǒng)容許信號(hào)的范圍為±Ap，理想增益為k0(通常為1),，則施加正弦信號(hào)：e(t)=Apsin(2πft+α),。

　　式中，f為正弦信號(hào)的頻率,；α為正弦信號(hào)的初相角。啟動(dòng)采集系統(tǒng),，得到采集數(shù)據(jù)xi(i=1,，2,，3，……,，n)。對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換后,，直流和基波分量為：a(t)=Asin(2πft+β)+d。

　　其中,，A為基波信號(hào)的幅值,；β為基波信號(hào)的初相角,；d為直流分量,。

　　這樣，增益誤差為Ek=A／Ap-k0,，偏置誤差為Ep=d,，實(shí)際有效值誤差為：
　　

　　再由采集系統(tǒng)的理想有效值誤差Ei=0.289Ap／2b(b為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù))，可以得到采集系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)有效位數(shù)：EB=b-log2(Er／Ei),，進(jìn)而定義出采集系統(tǒng)在頻率f處對(duì)幅值為x的信號(hào)的采集準(zhǔn)確度：
　　
　　可見(jiàn)，采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度將隨著頻率,、幅值的變化而變化,?？紤]到電子式互感器是對(duì)工頻量進(jìn)行測(cè)量，因此暫不考慮頻率變化的影響,。不過(guò),，由于環(huán)境溫度的變化對(duì)采集系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性影響較大，進(jìn)行誤差補(bǔ)償時(shí),，應(yīng)當(dāng)將環(huán)境溫度變化帶來(lái)的影響考慮進(jìn)去,。
動(dòng)態(tài)特性的誤差補(bǔ)償依舊采取多項(xiàng)式擬合的方法，由于自變量有溫度和幅值兩個(gè),，所以采取下面的多項(xiàng)式形式進(jìn)行擬合：

　　擬合的過(guò)程也是先假定溫度不變,，求取一組多項(xiàng)式系數(shù)，然后再求取各組系數(shù)與溫度間的多項(xiàng)式關(guān)系即可,。多項(xiàng)式階數(shù)的確定仍然采用靜態(tài)誤差補(bǔ)償中的方法,。
　　

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)測(cè)結(jié)果

　　根據(jù)前面提到的方法，對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了誤差補(bǔ)償,，在補(bǔ)償過(guò)程中,，靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性的多項(xiàng)式階數(shù)均取為4階，而多項(xiàng)式系數(shù)與溫度間的擬合多項(xiàng)式階數(shù)在2～5階之間靈活設(shè)定,。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析,，提出了溫度變化情況下采集系統(tǒng)的誤差補(bǔ)償方法。該補(bǔ)償方法效果明顯,，有助于改善整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定性,。需要說(shuō)明的是，本文從理論方面尋求最佳的補(bǔ)償方法,，而在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,，如果必須考慮利用計(jì)算機(jī)或DSP芯片進(jìn)行處理，就不利于對(duì)測(cè)量參量的實(shí)時(shí)處理,。因此,，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性等綜合要求來(lái)選取最合適的補(bǔ)償方法,。