[发明专利]一种基于龙贝格算法的高精度数字积分器

说明书

技术领域

本发明涉及电气测量中的信号处理领域，具体涉及一种基于龙贝格算法的高精度数字积分器。

背景技术

电子式电流互感器由于绝缘性能好，抗干扰能力强、不存在磁饱和与铁磁谐振、动态范围大等优点，适应了智能电网的发展，因此在电力系统中得到了广泛应用。空心线圈电流互感器是电子式电流互感器中应用最多的一种，空心线圈二次侧输出电压是一次电流的微分，当电网频率发生波动，空心线圈的输出就会受到影响而发生变化。因此，必须添加积分环节消除频率变化的影响。

常用的积分方法有模拟积分器和数字积分器两种。由于模拟积分器实际器件不是理想器件，运放的偏移，电容的泄漏与损耗，运放及其他模拟器件的时漂和温漂等因素都会对结果产生影响，造成积分误差。另一方面，模拟积分器的反馈和补偿的设计不够灵活，并由此可能引入新的误差。虽然对模拟积分器方面的研究仍在继续进行，但基本上无法克服模拟器件本质上零漂、温漂等缺点，因而模拟积分器准确度不高，长期运行稳定性也较差。数字积分可以避免模拟积分存在的零漂、温漂等问题，常用的有矩形积分、梯形积分和辛普森积分，然而这些数字积分器高频时的幅值误差较大，且易受信号中直流分量等因素的影响。现有的数字积分器研究主要是对数字积分器传递函数的改进，虽然精度上得到了一定提高，但是也导致传递函数设计复杂，数字积分器需要的采样点数增加，计算速度降低，无法适应实时性的要求。其中，最关键的问题在于如何设计非整数的采样延迟。另外，一些改进的传递函数由于引入了滤波器设计延时因子，也导致数字积分器丧失了优良的相位特性。总的来说，目前模拟积分器存在的零漂、温漂等缺点难以克服，而常用数字积分器高频幅值误差较大，无法满足精度要求，高阶传输函数可以提高精度但设计复杂、计算速度慢，无法满足实时性的要求，因此亟需研究一种可提高数字积分器精度并降低计算复杂度的方法。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于龙贝格算法的高精度数字积分器，通过增加一条采样频率减半的误差补偿通道来提高整个数字积分器的精度，而不需要增加采样频率，计算起来也较为简单。该数字积分器包含两个通道，主通道中采样频率保持不变，将采样频率减半的误差补偿通道输出结果按照龙贝格算法处理后作为误差补偿，通过两个微处理器同步工作的形式增加计算速度，克服单通道系统精度低、复杂传递函数计算速度慢、设计繁琐等问题。与现有的数字积分器相比，本发明的数字积分器具有更为优良的性能，其准确度更高，计算速度更快。

本发明采取的技术方案为：

一种基于龙贝格算法的高精度数字积分器，该数字积分器包括有源放大器、高通滤波器、并行信号处理电路、加法器；空心线圈二次侧输出的微分信号经过有源放大器放大，在高通滤波器消除直流分量干扰，然后进入并行信号处理电路中，在并行信号处理电路中，误差补偿通道的采样频率是主通道的一半，每一路信号经过各自的数字积分单元积分处理后进入比例环节，调整信号后进入加法器中相加输出最后的结果，供给后续的计量或保护设备使用。

并行信号处理电路包含两路信号处理电路，其中一路作为主通道，另外一路作为误差补偿通道，误差补偿通道的采样频率为主通道的一半，并行信号处理电路含有两个微处理器，同步进行工作。

空心线圈输出的模拟量微分信号经过放大，通过A/D转换器转换成为数字信号，然后进入微处理器中进行数字积分，两路积分结果经过比例环节调整进入加法器，相加后输出给设备。

高通滤波器的作用是滤除输入信号中的直流分量，降低直流分量对数字积分器精度的影响，提高数字积分器的整体准确度。

采用两个微处理器同步工作的方式，将复杂传递函数逆向分解为简单传递函数，降低采样点数的要求并提高计算速度，所采用的传递函数形式为：

本发明一种基于龙贝格算法的高精度数字积分器，技术效果如下：

1)、基于龙贝格算法设计的高精度数字积分器逆向拆分了传统精度高但设计复杂的传递函数，在并行信号处理电路中，两个简单传递函数做组合的形式降低了对采样点数的要求，又提高了测量准确度。

2)、本发明采用两个微处理器同步工作的形式，降低了在单个微处理器中积分算法的设计难度，同时也提高了运算速度，降低了数字积分运算所需的时间。

3)、本发明针对现有的数字积分器，提供了一种可改善幅值特性的并行信号处理电路，在采用该设计后，现有数字积分器将获得准确度更高的幅值特性和更快的计算速度。