一种多模混频传感器的制作方法

本发明涉及电力测量与信号处理，更具体地说，它涉及一种多模混频传感器。

背景技术：

1、在电力系统中，常在同一母线的不同位置分别安装两台电磁式电压互感器，获得两路二次电压提交至测量与保护设备。工程上通常假定两路误差来源彼此独立，主要由互感器本体误差、二次负荷变化及温度环境等因素引起，故多采用算术平均或简单加权的方式得到相位基准。随着现场装置数字化、输入阻抗升高、二次引线并行同束布设的普及，上述假定逐渐难以满足高一致性场景的要求。

2、当两路二次引线并行同束敷设并接入高输入阻抗设备时，导线之间及导线对地的寄生电参数在工频下产生额外的电场作用，形成跨通道电容效应。该作用不是一次电网电压本身的变化，却会在两路相位中产生短时同步扰动；且其强度会随引线几何关系、环境温湿度、二次负荷状态和频率微偏而缓慢变化。若仍按独立误差处理并直接进行平均，短时同步扰动会被当作有效信息写入融合结果，造成随工况漂移的系统性偏差，静态校准难以长期覆盖。

技术实现思路

1、本发明提供一种多模混频传感器，解决背景技术中提出的技术问题。

2、本发明提供了一种多模混频传感器，包括：

3、前端采集子模，用于获取两路二次电压采样信号；

4、相量相位子模，用于基于两路二次电压采样信号计算每个窗口内的两路相量及对应相位，以得到两路相位的共同频率估计；

5、相位增量子模，用于计算并展开相邻窗口的两路相位增量；

6、电容效应强度估计子模，被配置为：

7、基于两路相量的幅值、相位差和相量差的正交分量构造回归自变量；

8、通过最小二乘算法对回归自变量与相位增量进行拟合，得到估计互容强度；

9、增量校正子模，被配置为：

10、基于估计互容强度对两路相位增量进行校正，得到校正两路相位增量；

11、对校正两路相位增量进行积分，得到标准两路相位；

12、混频融合子模，被配置为：

13、计算校正两路相位增量的残余协方差矩阵；

14、基于残余协方差矩阵通过广义最小二乘算法对标准两路相位进行融合，得到融合相位。

15、进一步的，基于两路二次电压采样信号计算每个窗口内的两路相量及对应相位，以得到两路相位的共同频率估计，包括：

16、两路二次电压采样信号包括：第一路第一次电压采样信号、第一路第二次电压采样信号、第二路第一次电压采样信号和第二路第二次电压采样信号；

17、以采样率对两路二次电压采样信号进行窗口划分，窗口长度为个采样点、窗口移步为个采样点，，采用窗函数得到第一路窗口化序列和第二路窗口化序列；

18、在预设参考频率下，计算第k个窗口的第一路相量和第二路相量；其中，表示虚数单位，，表示第n个采样点；

19、分别确定第一路相量对应的第一路相位和第二路相量对应的第二路相位；其中，表示提取虚部，表示提取实部；

20、分别对第一路相位和第二路相位进行展开得到第一路展开相位和第二路展开相位；

21、分别计算第一路相位增量和第二路相位增量；

22、计算第k个窗口的共同频率估计。

23、进一步的，计算并展开相邻窗口的两路相位增量，包括：

24、当窗口时，读取第一路相位增量和第二路相位增量及第个窗口的第一路相位增量和第二路相位增量，形成第一路原始差分和第二路原始差分；

25、通过主值映射函数将原始差分映射为取值范围的第一路主值差分和第二路主值差分；

26、对第一路主值差分和第二路主值差分分别进行周期补偿，得到第一路相位增量和第二路相位增量；其中，和均为整数，且满足最小化第一路相位增量和第二路相位增量的绝对差值。

27、进一步的，基于两路相量的幅值、相位差和相量差的正交分量构造回归自变量，包括：

28、计算第一路相量的幅值和第二路相量的幅值，以及连续相位差；

29、定义相量差；并基于三角形余弦定理计算相量差的幅值；

30、基于相量差的正交分量与幅值归一化，以计算第一路回归自变量和第二路回归自变量。

31、进一步的，通过最小二乘算法对回归自变量与相位增量进行拟合，得到估计互容强度，包括：

32、基于单参数线性模型，构造目标函数：

33、

34、其中，表示有效窗口集合，则；表示初始估计互容强度；

35、令目标函数对的一阶导数为零，得到互容强度估计量，如下：

36、其中，表示互容强度估计量。

37、进一步的，基于估计互容强度对两路相位增量进行校正，得到校正两路相位增量，包括：

38、若且，则分别计算校正第一路相位增量和校正第二路相位增量；

39、否则，分别计算校正第一路相位增量和校正第二路相位增量。

40、进一步的，对校正两路相位增量进行积分，得到标准两路相位，包括：

41、当时，将校正第一路相位增量和校正第二路相位增量作为第一积分初值和第二积分初值；

42、当窗口时，计算第k窗口的标准第一路相位和标准第二路相位；

43、计算第一路递推步长和第二路递推步长；

44、若，且，则判定标准第一路相位和标准第二路相位为有效。

45、进一步的，计算校正两路相位增量的残余协方差矩阵，包括：

46、设定滑动统计窗口l，l=≥2，以当前窗口k为末端，提取含l个滑动统计窗口的统计集合；

47、提取统计集合内的校正相位增量样本；

48、分别计算统计集合内第一路校正相位增量均值和第二路校正相位增量均值；

49、计算第一路无偏方差和第二路无偏方差；

50、计算两路协方差；

51、整合无偏方差与协方差，构建2×2的残余协方差矩阵。

52、进一步的，基于残余协方差矩阵通过广义最小二乘算法对标准两路相位进行融合，得到融合相位，包括：

53、在第k个窗口内，构造增量域观测向量；

54、基于残余协方差矩阵构建权重矩阵；

55、定义2×1的单位列向量，计算融合相位增量；

56、当时，取第一积分初值和第二积分初值的平均值作为融合初值；

57、当时，计算融合相位。

58、本发明的有益效果在于：通过多模混频技术，以精准地测量电压相位，并有效校正由电容效应引起的同步扰动。本发明通过多层次的信号处理与增量校正，提高了相位测量的精度，克服了传统方法中误差累积和系统漂移的问题。通过互容强度估计与混频融合算法有效减少了由环境因素和电缆布局引起的误差，使得系统在长时间运行中保持高一致性和可靠性。本发明能够广泛应用于高精度电力监测和保护系统中，尤其适用于复杂电气环境下。

1.一种多模混频传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种多模混频传感器，其特征在于，基于两路二次电压采样信号计算每个窗口内的两路相量及对应相位，以得到两路相位的共同频率估计，包括：

3.根据权利要求2所述的一种多模混频传感器，其特征在于，计算并展开相邻窗口的两路相位增量，包括：

4.根据权利要求3所述的一种多模混频传感器，其特征在于，基于两路相量的幅值、相位差和相量差的正交分量构造回归自变量，包括：

5.根据权利要求4所述的一种多模混频传感器，其特征在于，通过最小二乘算法对回归自变量与相位增量进行拟合，得到估计互容强度，包括：

6.根据权利要求5所述的一种多模混频传感器，其特征在于，基于估计互容强度对两路相位增量进行校正，得到校正两路相位增量，包括：

7.根据权利要求6所述的一种多模混频传感器，其特征在于，对校正两路相位增量进行积分，得到标准两路相位，包括：

8.根据权利要求7所述的一种多模混频传感器，其特征在于，计算校正两路相位增量的残余协方差矩阵，包括：

9.根据权利要求8所述的一种多模混频传感器，其特征在于，基于残余协方差矩阵通过广义最小二乘算法对标准两路相位进行融合，得到融合相位，包括：