一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于帶過零同步PPS輸出功率源的模擬量輸入合并單元相位誤 差檢測方法，屬智能變電站合并單元檢測技術領域。
【背景技術】
[0002] 目前，對模擬輸入合并單元的校驗為將測試用電壓、電流信號接入合并單元校驗 儀和被試模擬輸入合并單元，分別得到標準信號和被檢信號，校驗儀同時對信號源輸出的 模擬信號及合并單元輸出的數(shù)字信號進行采樣，采用FFT算法計算出這兩個采樣信號的基 波幅值和相位角，從而得到相位誤差和幅值誤差。
[0003] 這種方法存在的一個問題是相位誤差溯源難，由于一次模擬量和轉換后的一次數(shù) 字量不再具備實時關聯(lián)性，溯源的難點在于如何確定同步精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術對模擬輸入合并單元的校驗存在的角差溯源難問 題，本發(fā)明提供了一種基于帶過零同步PPS輸出功率源的模擬量輸入合并單元相位誤差檢 測方法。
[0005] 本發(fā)明的技術方案是，本發(fā)明采用由帶過零同步PPS輸出的模擬功率源、被試模 擬量輸入合并單元和普通計算機組成的檢測系統(tǒng)進行檢測；
[0006] 所述帶過零同步PPS輸出的功率源與被試模擬輸入合并單元相連，為被試模擬量 輸入合并單元提供測量信號和同步秒脈沖信號（PPS);被試模擬輸入合并單元輸出與計算 機相連。
[0007] 所述帶過零同步PPS輸出的模擬功率源在同步秒脈沖輸出時刻同時輸出頻率為 50Hz、初始相位90°的純正弦電壓電流信號作為測量信號，同步秒脈沖輸出時刻與測量信 號的過零時刻的誤差小于lus，可以檢測0. 1級及以下模擬量輸入合并單元的相位誤差。
[0008] 所述被試模擬量輸入合并單元在同步秒脈沖信號控制下對輸入的模擬電壓電 流信號進行采樣，輸出IEC61850數(shù)字報文；由計算機接收被試模擬輸入合并單元輸出的 IEC61850數(shù)字報文，進行報文解析，對幀序號0~N-I的數(shù)字報文里每個通道的數(shù)字量進行 FFT計算，得到各路數(shù)字信號的相位0(n)i，因為模擬信號的相位為π/2(90° )，相位誤差 為π /2,得到這一次的測量值；連續(xù)測試T秒，統(tǒng)計T秒內(nèi)相位誤差測量值的平均 值作為最終的相位誤差測試結果。
[0009] 所述檢測系統(tǒng)通過帶過零同步PPS輸出的功率源在同步秒脈沖輸出時刻同時輸 出頻率為50Hz、初始相位90°的純正弦電壓電流信號，通過被試模擬量輸入合并單元在同 步秒脈沖信號控制下對輸入的模擬電壓電流信號以4kHz或12. SkHz的采樣率進行采樣，實 現(xiàn)模擬信號和數(shù)字信號的穩(wěn)定的相位測量時間點一一秒脈沖的發(fā)生時刻，在整秒時刻的絕 對相位就是初始相位。
[0010] 通過精確檢測，所述帶過零同步PPS輸出功率源輸出模擬量過零點與同步輸出秒 脈沖之間的過零誤差實現(xiàn)相位誤差溯源。
[0011] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是利用帶過零同步PPS輸出的功率源同 步輸出的秒脈沖建立了模擬輸入合并單元輸入模擬量和輸出數(shù)字量之間精確的同步關系， 實現(xiàn)對模擬量輸入合并單元的相位誤差檢測，可以通過精確檢測功率源輸出模擬量過零點 與同步輸出秒脈沖之間的過零誤差實現(xiàn)相位誤差溯源。
[0012] 本發(fā)明適用于模擬輸入合并單元的校驗角差溯源。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明檢測方法原理框圖。
【具體實施方式】
[0014] 為了更加具體地描述本發(fā)明，下面結合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明的技術方案 及其相關原理進行詳細說明。
[0015] 角差檢測原理：
[0016] 被試合并單元輸入模擬信號的相位為連續(xù)時間t的函數(shù)，設模擬信號頻率為f，則 相位為Φ (t) =2 JIft+巾^被試合并單元輸出數(shù)字信號的相位為離散采樣周期T 3的倍數(shù)， 可表示為 Φ (n) = 2 JT X TsXn+Φη。。
[0017] 則相位誤差為：
[0018] Δ φ = Φ (η) - Φ (t) = 2 π (Ts X n-t) + ( φ η〇- φ t0) (3)
[0019] 式中，φη(ι為被試合并單元輸出數(shù)字信號初始相位；φ t(l為被試合并單元輸入模擬 信號初始相位；
[0020] 所以，能夠精確計算相位誤差Δ φ的時刻為A/D采樣的時刻t = tn= T sXn，此 時Δ φ = φη(|-φω;式中，tn為被試合并單元第η次采樣時間；1: 3為被試合并單元離散采 樣周期。
[0021] 但是，由于模擬輸入合并單元一般一秒鐘同步一次采樣信號，無法獲取連續(xù)的tn 值，只能得到秒脈沖發(fā)生時刻（整秒時刻）的相位誤差。
[0022] 為了使得模擬量相位在整秒時刻保持穩(wěn)定不變，當測試用模擬信號頻率f = 50Hz 時，功率源輸出的模擬信號在k秒（k為整數(shù)）時刻的相位為：
[0023] Φ (tkpps) = 2 π ftkpps+ Φ t0= 2 π k+ Φ t0 (I)
[0024] 由于k為整數(shù)，則Φ (tkpps) = Φ t(l，模擬信號整秒時刻的相位與t = 0時刻的初始 相位一致。式（1)中，tkpps為功率源輸出的模擬信號在第k秒時刻時間；
[0025] 為了得到合并單元輸出數(shù)字量整秒時刻的相位，必須使用與模擬量同步輸出的秒 脈沖（PPS)作為采樣的同步信號，為了使得對數(shù)字量的測量在理論上沒有測量方法誤差， 采樣必須是同步采樣，并且滿足奈奎斯特采樣定理，即采樣率fs大于信號最大頻率2倍。
[0026] 綜上，為了可以得到模擬量在整秒時刻的穩(wěn)定相位值和避免測量方法誤差，必須 滿足下面條件：
[0027] (1)模擬信號過零點與PPS精確同步；
[0028] (2)fs= NXf，N>2, fs為采樣率。
[0029] 由于模擬功率源輸出信號頻率為50Hz，被試模擬輸入合并單元的采樣率一般為 4K或12. 8K，符合條件（2)的限定要求。只要模擬功率源輸出的模擬信號能夠和PPS精確 同步，就可以用來檢測模擬輸入合并單元的相位誤差。
[0030] 為了便于通過精確檢測過零信號的方法來標定模擬量的初始相位，在輸出PPS時 刻輸出90度的純正弦信號：
[0031] u(t) = AmCos (2 π ft+π/2) = Amsin (100 π t) (2)
[0032] 式中，AmS功率源輸出正弦信號幅值。
[0033] 這樣只要確保PPS的發(fā)生時刻和模擬信號的過零點的時間差滿足被檢模擬輸入 合并單元的溯源要求，就可以用來檢測模擬輸入合并單元的相位誤差。
[0034] 0.05級的模擬輸入合并單元相位誤差要求為2'，折算到時間延時為2' / (360*60' /20ms) = 1.86us。圖1中所使用的帶過零同步PPS輸出功率源輸出信號過零點 與同步PPS的誤差小于0. 5us，為0. 05級模擬輸入合并單元相位誤差對應延時的0. 27倍， 完全滿足0. 1級及以下等級的模擬輸入合并單元相位誤差檢測要求。
[0035] 角差檢測方法的實現(xiàn)：
[0036] 圖1是一種基于帶過零同步PPS輸出模擬功率源的模擬輸入合并單元相位誤差檢 測系統(tǒng)，包括帶過零同步PPS輸出的模擬功率源、被試模擬量輸入合并單元和普通計算機。
[0037] 帶過零同步PPS輸出的模擬功率源為被試模擬量輸入合并單元提供測量信號和 同步秒脈沖信號（PPS)，在同步秒脈沖輸出時刻同時輸出頻率為50Hz、初始相位90°的純 正弦電壓電流信號作為測量信號；同步秒脈沖輸出時刻與測量信號的過零時刻的誤差小于 lus，可以檢測0. 1級及以下的模擬輸入合并單元的相位誤差。
[0038] 被試模擬量輸入合并單元在同步秒脈沖信號控制下對輸入的模擬電壓電流信號 以4kHz或12. 8kHz的采樣率進行采樣、協(xié)議轉換，輸出IEC61850數(shù)字報文。
[0039] 普通計算機接收被試模擬量輸入合并單元輸出的IEC61850數(shù)字報文，進行報 文解析，對幀序號〇~N-I (N為被試模擬輸入合并單元的采樣率）的數(shù)字報文里每個通 道的數(shù)字量進行FFT計算，計算出各路數(shù)字信號的相位因為模擬信號的相位為 π /2 (90° )，角差為π /2,得到這一次的測量值。
[0040] 檢測系統(tǒng)連續(xù)測試T秒，統(tǒng)計T秒內(nèi)角差測量值的平均值作為最終的相位誤差測 試結果。
【主權項】
1. 一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，其特征在于：所述方法采用由帶過零 同步PPS輸出的模擬功率源、被試模擬量輸入合并單元和計算機組成的檢測系統(tǒng)進行檢 測； 所述帶過零同步PPS輸出的功率源與被試模擬輸入合并單元相連，為被試模擬量輸入 合并單元提供測量信號和同步秒脈沖信號（PPS);被試模擬輸入合并單元輸出與計算機相 連。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，其特征在于， 所述帶過零同步PPS輸出的模擬功率源在同步秒脈沖輸出時刻同時輸出頻率為50Hz、初始 相位90°的純正弦電壓電流信號作為測量信號，同步秒脈沖輸出時刻與測量信號的過零時 刻的誤差小于lus，可W檢測0.1級及W下模擬量輸入合并單元的相位誤差。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，其特征在于， 所述被試模擬量輸入合并單元在同步秒脈沖信號控制下對輸入的模擬電壓電流信號進行 采樣，輸出IEC61850數(shù)字報文；由計算機接收被試模擬輸入合并單元輸出的IEC61850數(shù) 字報文，進行報文解析，對帖序號0~N-1的數(shù)字報文里每個通道的數(shù)字量進行FFT計 算，得到各路數(shù)字信號的相位0|：n：)i，因為模擬信號的相位為n/2巧0° )，相位誤差為 每n/2,得到該一次的測量值；連續(xù)測試T秒，統(tǒng)計T秒內(nèi)相位誤差測量值的平均值 作為最終的相位誤差測試結果。
4. 根據(jù)權利要求1所述的一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，其特征在于， 所述檢測系統(tǒng)通過帶過零同步PPS輸出的功率源在同步秒脈沖輸出時刻同時輸出頻率為 50Hz、初始相位90°的純正弦電壓電流信號，通過被試模擬量輸入合并單元在同步秒脈沖 信號控制下對輸入的模擬電壓電流信號W4曲Z或12. 8曲Z的采樣率進行采樣，實現(xiàn)模擬信 號和數(shù)字信號的穩(wěn)定的相位測量時間點一一秒脈沖的發(fā)生時刻，在整秒時刻的絕對相位就 是初始相位。
5. 根據(jù)權利要求1所述的一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，其特征在于， 通過精確檢測所述帶過零同步PPS輸出功率源輸出模擬量過零點與同步輸出秒脈沖之間 的過零誤差實現(xiàn)相位誤差溯源。
【專利摘要】一種模擬量輸入合并單元相位誤差檢測方法，所述方法采用由帶過零同步PPS輸出的模擬功率源、被試模擬量輸入合并單元和計算機組成的檢測系統(tǒng)進行檢測。本發(fā)明利用帶過零同步PPS輸出的功率源同步輸出的秒脈沖建立了模擬輸入合并單元輸入模擬量和輸出數(shù)字量之間精確的同步關系，實現(xiàn)對模擬量輸入合并單元的相位誤差檢測，可以通過精確檢測功率源輸出模擬量過零點與同步輸出秒脈沖之間的過零誤差實現(xiàn)相位誤差溯源。本發(fā)明適用于模擬輸入合并單元的校驗角差溯源。
【IPC分類】G01R31-00
【公開號】CN104793077
【申請?zhí)枴緾N201510170719
【發(fā)明人】劉見, 靳紹平, 張璇, 李東江, 吳君明, 黃建鐘, 李敏, 李欣, 唐新宇
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力科學研究院
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月11日