电流互感器非线性校正问题研究
发布时间：2021-11-17 21:36
电流互感器的稳定运行对于电力系统的监测与保护具有重要意义,但是电流互感器的非线性问题将使二次电流发生畸变失真,造成继电保护误操作和延时等动作,严重影响电力系统的稳定运行。针对电流互感器的磁滞特性引起的非线性问题,本文分析了电流互感器的非线性特性以及电流互感器输出畸变波形的原因,提出了一种基于参数自适应调节的支持向量机（SVM）非线性校正方法,对电流互感器的输出电压波形进行建模,参数优化和非线性回归,最后通过硬件电路设计,实现了对畸变波形幅度和相位的修正,提高了电流互感器的测量精度,具体研究内容如下:1.本文分析了电流互感器的工作原理,并根据其功能进行分类。详细阐述了光纤光栅传感原理、超磁致伸缩材料（GMM）的特性、光纤光栅的解调原理以及对电流互感器的非线性原因进行了分析,为探寻新的非线性校正方法奠定了理论基础。2.由于铁芯材料的磁滞特性和GMM材料的非线性特性,导致电流互感器的输出结果误差较大。在分析了非线性模型的基础上,分别采用SVM和BP神经网络（BP:反向传播）的方法对归一化后的误差函数构建模型,实验结果表明SVM对误差函数建模效果更好。3.在构建了误差归一化模型后,确定自适应参...
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模数转换过程波形图
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-40-4.3.3Modelsim仿真验证为了验证A/D和D/A转换模块设计逻辑的正确性，在程序下载到硬件上板之前，通过写测试脚本文件testbench对模块进行仿真验证，A/D模数转换控制逻辑设计的仿真结果如图4-13所示，D/A数模转换控制逻辑设计的仿真结果如图4-14所示。图4-13模数转换过程波形图Fig.4-13Analogtodigitalconversionprocesswaveform图4-14数模转换过程波形图Fig.4-14Digitaltoanalogconversionprocesswaveform在图4-13模数转换波形图中，查看FRSTDATA串行数据输出信号，在每个ADC_SCLK上升沿FRSTDATA均会输出一位数据，在第一个转换过程中，FRSTDATA首先在复位情况下输出为0，然后依次输出0000_1000_0000_0000b，也就是激励文件中例化的正弦波的第一个数据800h。一次转换完成后，输出并行数据Data，符合既定条件。分析图4-14所示的数模转换仿真图，可以看出DIN数据线上能正常传输数据10101011111111，随后用ISSP（In-SystemSourcesandPribesEditor）在线调试工具，测试输出电压的更新方式。ISSP工具有两个端口，分别是信号源和探针，信号源的工作是在PC端通过JTAG电缆传输数据到FPGA中，以作为特定的激励信号，在系统调试时可以在没有外部激励源的情况下手动产生激励信号；探针则是将FPGA内部的节点信号通过JTAG电缆传输到PC机上，方便用户观察。配置好ISSP文件设置，分配引脚并全编译后，下载程序，启动
第4章FPGA硬件电路设计与验证-41-ISSP，当单独使用其中一个通道时，依次输入不同的电压值参数2.048V和0.512V时，测试值分别是2.05V和0.51V，此时另一通道电压一直保持为0V；当同时测试两个输入通道，分别输入电压值2.048V，经过仿真测试，两个通道输出电压同时变成2.05V。虽然单通道和双通道的测试结果与实际输入值有误差大小，但是输出电压是在误差允许的范围内，说明DAC模块输出电压数据更新正常。为了验证本文第三章中所提出的自适应参数调节SVM算法构造的电流互感器非线性校正仿真模型的适应性，随机选取电流互感器输出的其中一组样本数据，用MATLAB软件将其按照一定的采样率转换成数字信号，储存在所建Quartus工程simulation文件夹下的一个命名为sin_16bit.txt的文本里，通过modelsim仿真，使用系统任务$readmemb函数从文件夹中读取数据到存储器中，模拟ADC的采集情况，取其3个周期得到ADC的采样结果如图4-15所示。图4-15采样数据波形Fig.4-15Sampledatawaveform分析图4-15的采样数据波形图，电流互感器的输出波形产生了畸变，波峰位置出现了一定程度的失真（图4-15中矩形框标记的地方），用建立的非线性校正算法模型对图4-15所示的采样数据波形进行校正仿真，得到了很好的校正结果，校正后的结果如图4-16所示。在图4-16中矩形框标记的地方，削顶的波形得到了修正，与原输入波形基本一致，验证了非线性校正模型的准确性和适应性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高精度数字积分方法的组合型电子式互感器[J]. 李振华,陶渊,张思球,李振兴. 电力自动化设备. 2019(03)
[2]基于蝙蝠算法优化最小二乘双支持向量机的变压器故障诊断[J]. 陈欢,彭辉,舒乃秋,张开轩,魏岸. 高电压技术. 2018(11)
[3]基于FPGA的数字化电涡流位移传感器设计[J]. 于金鹏,周燕,莫逆,刘兴男,赵雷. 清华大学学报(自然科学版). 2018(03)
[4]基于超磁致伸缩材料电流互感器的磁滞损耗模拟[J]. 陈彤,葛津铭,林丞,刘劲松,韩月,刘芮彤,申岩. 科学技术与工程. 2018(07)
[5]基于BP-SVM模糊信息粒化掺烧煤泥循环流化床经济性建模[J]. 张维,高明明,洪烽,李艺欣. 中国电机工程学报. 2018(04)
[6]管道液体流速对超声导波纵向模态传播的影响分析[J]. 刘增华,宋振华,张易农,吴斌,何存富. 实验力学. 2018(01)
[7]保护用电流互感器铁芯剩磁衰减规律分析[J]. 郑涛,马玉龙,黄婷,刘连光,白加林,高昌培. 电力自动化设备. 2017(10)
[8]超磁致伸缩材料叠堆结构动态涡流损耗模型及性能分析[J]. 高嘉纬,黄文美,王超,古海江,李庆竖. 微特电机. 2017(08)
[9]光学电压互感器的研究及应用现状分析[J]. 李振华,闫苏红,胡蔚中,李振兴. 高电压技术. 2016(10)
[10]电流互感器绕组特性与配置论述[J]. 厉荣杰,李璨,乔凯. 电气开关. 2016(01)
博士论文
[1]GMM光纤电流传感器的研究[D]. 孙菲菲.哈尔滨理工大学 2017
[2]保护用电流互感器铁心饱和相关问题的研究[D]. 张新刚.华北电力大学（北京） 2006
硕士论文
[1]GMM-FBG电流传感器的建模与优化算法研究[D]. 张崇兴.燕山大学 2015
[2]基于GMM的传感和驱动一体化装置关键技术研究[D]. 戎恒.哈尔滨工业大学 2014
[3]全光纤电流互感器的关键技术研究[D]. 魏义涛.哈尔滨工程大学 2012
[4]基于DFB激光器的光纤光栅信号解调技术[D]. 王升鸿.哈尔滨理工大学 2011
本文编号：3501682
【文章来源】：哈尔滨理工大学黑龙江省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
模数转换过程波形图
哈尔滨理工大学工程硕士学位论文-40-4.3.3Modelsim仿真验证为了验证A/D和D/A转换模块设计逻辑的正确性，在程序下载到硬件上板之前，通过写测试脚本文件testbench对模块进行仿真验证，A/D模数转换控制逻辑设计的仿真结果如图4-13所示，D/A数模转换控制逻辑设计的仿真结果如图4-14所示。图4-13模数转换过程波形图Fig.4-13Analogtodigitalconversionprocesswaveform图4-14数模转换过程波形图Fig.4-14Digitaltoanalogconversionprocesswaveform在图4-13模数转换波形图中，查看FRSTDATA串行数据输出信号，在每个ADC_SCLK上升沿FRSTDATA均会输出一位数据，在第一个转换过程中，FRSTDATA首先在复位情况下输出为0，然后依次输出0000_1000_0000_0000b，也就是激励文件中例化的正弦波的第一个数据800h。一次转换完成后，输出并行数据Data，符合既定条件。分析图4-14所示的数模转换仿真图，可以看出DIN数据线上能正常传输数据10101011111111，随后用ISSP（In-SystemSourcesandPribesEditor）在线调试工具，测试输出电压的更新方式。ISSP工具有两个端口，分别是信号源和探针，信号源的工作是在PC端通过JTAG电缆传输数据到FPGA中，以作为特定的激励信号，在系统调试时可以在没有外部激励源的情况下手动产生激励信号；探针则是将FPGA内部的节点信号通过JTAG电缆传输到PC机上，方便用户观察。配置好ISSP文件设置，分配引脚并全编译后，下载程序，启动
第4章FPGA硬件电路设计与验证-41-ISSP，当单独使用其中一个通道时，依次输入不同的电压值参数2.048V和0.512V时，测试值分别是2.05V和0.51V，此时另一通道电压一直保持为0V；当同时测试两个输入通道，分别输入电压值2.048V，经过仿真测试，两个通道输出电压同时变成2.05V。虽然单通道和双通道的测试结果与实际输入值有误差大小，但是输出电压是在误差允许的范围内，说明DAC模块输出电压数据更新正常。为了验证本文第三章中所提出的自适应参数调节SVM算法构造的电流互感器非线性校正仿真模型的适应性，随机选取电流互感器输出的其中一组样本数据，用MATLAB软件将其按照一定的采样率转换成数字信号，储存在所建Quartus工程simulation文件夹下的一个命名为sin_16bit.txt的文本里，通过modelsim仿真，使用系统任务$readmemb函数从文件夹中读取数据到存储器中，模拟ADC的采集情况，取其3个周期得到ADC的采样结果如图4-15所示。图4-15采样数据波形Fig.4-15Sampledatawaveform分析图4-15的采样数据波形图，电流互感器的输出波形产生了畸变，波峰位置出现了一定程度的失真（图4-15中矩形框标记的地方），用建立的非线性校正算法模型对图4-15所示的采样数据波形进行校正仿真，得到了很好的校正结果，校正后的结果如图4-16所示。在图4-16中矩形框标记的地方，削顶的波形得到了修正，与原输入波形基本一致，验证了非线性校正模型的准确性和适应性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于高精度数字积分方法的组合型电子式互感器[J]. 李振华,陶渊,张思球,李振兴. 电力自动化设备. 2019(03)
[2]基于蝙蝠算法优化最小二乘双支持向量机的变压器故障诊断[J]. 陈欢,彭辉,舒乃秋,张开轩,魏岸. 高电压技术. 2018(11)
[3]基于FPGA的数字化电涡流位移传感器设计[J]. 于金鹏,周燕,莫逆,刘兴男,赵雷. 清华大学学报(自然科学版). 2018(03)
[4]基于超磁致伸缩材料电流互感器的磁滞损耗模拟[J]. 陈彤,葛津铭,林丞,刘劲松,韩月,刘芮彤,申岩. 科学技术与工程. 2018(07)
[5]基于BP-SVM模糊信息粒化掺烧煤泥循环流化床经济性建模[J]. 张维,高明明,洪烽,李艺欣. 中国电机工程学报. 2018(04)
[6]管道液体流速对超声导波纵向模态传播的影响分析[J]. 刘增华,宋振华,张易农,吴斌,何存富. 实验力学. 2018(01)
[7]保护用电流互感器铁芯剩磁衰减规律分析[J]. 郑涛,马玉龙,黄婷,刘连光,白加林,高昌培. 电力自动化设备. 2017(10)
[8]超磁致伸缩材料叠堆结构动态涡流损耗模型及性能分析[J]. 高嘉纬,黄文美,王超,古海江,李庆竖. 微特电机. 2017(08)
[9]光学电压互感器的研究及应用现状分析[J]. 李振华,闫苏红,胡蔚中,李振兴. 高电压技术. 2016(10)
[10]电流互感器绕组特性与配置论述[J]. 厉荣杰,李璨,乔凯. 电气开关. 2016(01)
博士论文
[1]GMM光纤电流传感器的研究[D]. 孙菲菲.哈尔滨理工大学 2017
[2]保护用电流互感器铁心饱和相关问题的研究[D]. 张新刚.华北电力大学（北京） 2006
硕士论文
[1]GMM-FBG电流传感器的建模与优化算法研究[D]. 张崇兴.燕山大学 2015
[2]基于GMM的传感和驱动一体化装置关键技术研究[D]. 戎恒.哈尔滨工业大学 2014
[3]全光纤电流互感器的关键技术研究[D]. 魏义涛.哈尔滨工程大学 2012
[4]基于DFB激光器的光纤光栅信号解调技术[D]. 王升鸿.哈尔滨理工大学 2011
本文编号：3501682
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