電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)及其方法，涉及智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的計(jì)量檢測(cè)技術(shù)。本系統(tǒng)是：模擬信號(hào)源、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路和同步時(shí)鐘輸出電路分別與電子式互感器校驗(yàn)儀的模擬信號(hào)端子、數(shù)據(jù)報(bào)文端口和同步信號(hào)端口連接；模擬信號(hào)源、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路和同步時(shí)鐘輸出電路分別與控制電路連接。本方法是：①檢測(cè)系統(tǒng)連接與初始化：②根據(jù)設(shè)定的相位值，計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的時(shí)間偏移量：③根據(jù)時(shí)間偏移量，設(shè)置時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出偏移：④比較實(shí)測(cè)相位誤差與標(biāo)準(zhǔn)相位誤差，得到相位誤差性能。本發(fā)明可以直觀地得到設(shè)定的相位差；使其相位誤差性能可溯源到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)量值，實(shí)現(xiàn)相位的量值可溯源性。
【專利說(shuō)明】
電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)領(lǐng)域中的計(jì)量檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)及其方法;具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及電子式互感器校驗(yàn)儀的相位準(zhǔn)確度特性檢測(cè)，主要用于對(duì)電子式互感器校驗(yàn)儀相位測(cè)量性能的檢測(cè)和校準(zhǔn)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電子式互感器由于其安全性、數(shù)據(jù)可復(fù)用性及寬動(dòng)態(tài)范圍等特點(diǎn)，在新一代智能變電站中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，與傳統(tǒng)互感器不同，如圖2，電子式互感器400的輸出為數(shù)字信號(hào)，由于數(shù)字信號(hào)與傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)互感器等設(shè)備輸出的模擬信號(hào)無(wú)法直接比較，因而電子式互感器400無(wú)法像傳統(tǒng)互感器一樣用測(cè)差法來(lái)測(cè)量誤差，而需借助電子式互感器校驗(yàn)儀100與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)互感器300組合的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。在此系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)互感器300可使用成熟的方法及設(shè)備溯源到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而電子式互感器校驗(yàn)儀100，則需要通過(guò)電子式互感器校驗(yàn)儀整檢裝置來(lái)檢測(cè)。
[0003]當(dāng)前，電子式互感器校驗(yàn)儀整檢裝置沿用傳統(tǒng)互感器中的微差源的方法，用模擬微差源或數(shù)字微差源的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電子式互感器校驗(yàn)儀100的檢測(cè)。然而，由于模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間無(wú)法比較，導(dǎo)致微差源的檢測(cè)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)溯源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)電子式互感器校驗(yàn)儀的相位特性問(wèn)題，提供一種電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)及其方法。
[0005]檢測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀相位準(zhǔn)確度特性的工作原理，可供電子式互感器校驗(yàn)儀整檢裝置應(yīng)用。電子式互感器校驗(yàn)儀的相位特性可通過(guò)該方法溯源到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間量值，從而使電子式互感器可以合法有效地作為電能計(jì)量設(shè)備使用。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一、電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱系統(tǒng))
本系統(tǒng)包括被測(cè)對(duì)象一一電子式互感器校驗(yàn)儀；
設(shè)置有檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)系統(tǒng)包括模擬信號(hào)源、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路、同步時(shí)鐘輸出電路和控制電路；
模擬信號(hào)源、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路和同步時(shí)鐘輸出電路分別與電子式互感器校驗(yàn)儀的模擬信號(hào)端子、數(shù)據(jù)報(bào)文端口和同步信號(hào)端口連接；
模擬信號(hào)源、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路和同步時(shí)鐘輸出電路分別與控制電路連接。
[0007]二、電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)方法(簡(jiǎn)稱方法)
具體地說(shuō)，本方法包括以下步驟:
①檢測(cè)系統(tǒng)連接與初始化；
②根據(jù)設(shè)定的相位值，計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的時(shí)間偏移量；
③根據(jù)時(shí)間偏移量，設(shè)置時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出偏移； ④比較實(shí)測(cè)相位誤差與標(biāo)準(zhǔn)相位誤差，得到相位誤差性能。
[0008]首先將被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀的模擬信號(hào)輸入端子、報(bào)文輸入端子以及時(shí)鐘同步信號(hào)分別接入檢測(cè)系統(tǒng)的模擬信號(hào)輸出、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出以及時(shí)鐘同步輸出?？刂茩z測(cè)系統(tǒng)的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文輸出相位一致的信號(hào)，即數(shù)據(jù)序列每秒的起始點(diǎn)的相位與模擬信號(hào)的初始相位的時(shí)刻一致。通過(guò)改變時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出跳變時(shí)刻來(lái)實(shí)現(xiàn)相位差的模擬，計(jì)算輸出跳變時(shí)刻與初始相位時(shí)刻的時(shí)間差，并換算成相位值。將計(jì)算的相位值與電子式互感器校驗(yàn)儀實(shí)際測(cè)量的相位值比較，即可得到其相位測(cè)量的誤差值。
[0009]本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
①利用同步時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)間偏移，使被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀采樣時(shí)刻與初始相位的時(shí)刻產(chǎn)生偏差，從而可以直觀地得到設(shè)定的相位差；
②通過(guò)時(shí)間偏移的方式，將電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差性能與時(shí)間量值聯(lián)系起來(lái)，從而使其相位誤差性能可溯源到時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)量值，實(shí)現(xiàn)相位的量值可溯源性。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是電子式互感器校驗(yàn)儀的工作原理圖；
圖3是本方法的檢測(cè)原理時(shí)序圖；
圖4是本方法檢測(cè)工作流程圖。
[0011]圖中:
100—電子式互感器校驗(yàn)儀，
110一模擬信號(hào)端子，
120—數(shù)據(jù)報(bào)文端口，
130—同步信號(hào)端口；
200—檢測(cè)系統(tǒng)，
210—模擬彳目號(hào)源，
220—數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路，
230—同步時(shí)鐘輸出電路；
240—控制電路。
[0012]300—標(biāo)準(zhǔn)互感器 400—電子式互感器
500—外部同步時(shí)鐘信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明:
一、系統(tǒng)
1、總體
如圖1，本系統(tǒng)包括被測(cè)對(duì)象一一電子式互感器校驗(yàn)儀100;
設(shè)置有檢測(cè)系統(tǒng)200，檢測(cè)系統(tǒng)200包括模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220、同步時(shí)鐘輸出電路230和控制電路240; 模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220和同步時(shí)鐘輸出電路230分別與電子式互感器校驗(yàn)儀100的模擬信號(hào)端子110、數(shù)據(jù)報(bào)文端口 120和同步信號(hào)端口 130連接；
模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220和同步時(shí)鐘輸出電路230分別與控制電路240連接。
[0014]I)電子式互感器校驗(yàn)儀100
如圖1、2，電子式互感器校驗(yàn)儀100為本發(fā)明的被測(cè)對(duì)象，該電子式互感器校驗(yàn)儀100與標(biāo)準(zhǔn)互感器300—起構(gòu)成電子式互感器的檢測(cè)系統(tǒng)；電子式互感器校驗(yàn)儀100解析來(lái)自被測(cè)電子式互感器400的數(shù)據(jù)報(bào)文，同時(shí)在外部時(shí)鐘同步信號(hào)500的觸發(fā)控制下，采集來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)互感器300的模擬信號(hào)，并將兩者進(jìn)行比較，得到被測(cè)電子式互感器400的比值誤差和相位誤差。
[0015]2)相位檢測(cè)系統(tǒng)200
如圖1，相位檢測(cè)系統(tǒng)200由模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220、同步時(shí)鐘輸出電路230和控制電路240構(gòu)成；
模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220和同步時(shí)鐘輸出電路230分別與控制電路240連接。
[0016](I)模擬信號(hào)源210
模擬信號(hào)源210是一組頻率為50Hz或60Hz，幅值、相位可程序控制的單相交流模擬信號(hào)源，該模擬信號(hào)源210與電子式互感器校驗(yàn)儀100的模擬信號(hào)端子110連接。
[0017]模擬信號(hào)源210可使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器AD5545以及配套放大電路實(shí)現(xiàn)，也可采購(gòu)市場(chǎng)成熟產(chǎn)品。
[0018](2)數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220
數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220是輸出符合IEC61850-9規(guī)約的數(shù)據(jù)報(bào)文的功能電路，與電子式互感器校驗(yàn)儀100的數(shù)據(jù)報(bào)文端口 120連接，該報(bào)文中傳輸與模擬信號(hào)源210輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字化的采樣序列。
[0019]數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220可使用Xilinx公司生產(chǎn)的Spartan系列的現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列(FPGA)芯片配合光纖通信電路AFBR5803實(shí)現(xiàn)。
[0020](3)同步時(shí)鐘輸出電路230
同步時(shí)鐘輸出電路230負(fù)責(zé)輸出符合秒脈沖(PPS)或IRIG-B直流碼格式的同步時(shí)鐘信號(hào)，與電子式互感器校驗(yàn)儀100的同步信號(hào)端口 130連接，輸出的同步時(shí)鐘信號(hào)跳變時(shí)刻可控制，且具有足夠高的時(shí)間準(zhǔn)確度。
[0021]同步時(shí)鐘輸出電路230可用可編程邏輯門陣列(FPGA)芯片配合光纖通信電路AFBR5803實(shí)現(xiàn)。
[0022](4)控制電路240
控制電路240負(fù)責(zé)控制模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220和同步時(shí)鐘輸出電路230工作;具體地說(shuō)，控制電路240控制模擬信號(hào)源210和數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220輸出幅值和相位均相同的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文，并將操作者設(shè)定的相位差換算成時(shí)間差，控制同步時(shí)鐘輸出電路230以計(jì)算的時(shí)間差輸出同步時(shí)鐘信號(hào)。
[0023]控制電路240可使用Intel公司生產(chǎn)的ATOM工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。
[0024]3、檢測(cè)原理電子式互感器校驗(yàn)儀100檢測(cè)電子式互感器400的原理是:在對(duì)電子式互感器400和標(biāo)準(zhǔn)互感器300施加相同一次激勵(lì)的情況下，解析來(lái)自被測(cè)電子式互感器400輸出的數(shù)據(jù)報(bào)文，形成數(shù)據(jù)序列，同時(shí)在時(shí)鐘同步信號(hào)的觸發(fā)下，采集來(lái)自標(biāo)準(zhǔn)互感器300輸出的模擬信號(hào)，形成采樣序列，分別計(jì)算數(shù)據(jù)序列和采樣序列的幅值和相位，通過(guò)計(jì)算得到其比值誤差和相位誤差。
[0025]對(duì)電子式互感器校驗(yàn)儀100的相位誤差測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)試的原理是:使輸入的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)序列存在一個(gè)設(shè)定的相位誤差知，將電子式互感器校驗(yàn)儀100實(shí)際測(cè)量的相位誤差值&與設(shè)定值知相比較，從而得到其相位誤差測(cè)量準(zhǔn)確度。
[0026]本發(fā)明中，對(duì)電子式互感器校驗(yàn)儀100的相位誤差測(cè)量準(zhǔn)確度進(jìn)行檢測(cè)，首先將模擬信號(hào)源210、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220和同步時(shí)鐘電路230分別接至電子式互感器校驗(yàn)儀100的模擬信號(hào)端子110、數(shù)據(jù)報(bào)文端口 120和同步信號(hào)端口 130;控制電路240控制模擬信號(hào)源210和數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220輸出幅值和相位均相同的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文，將操作者設(shè)定的相位誤差δο，計(jì)算對(duì)應(yīng)的時(shí)間偏移量?ο，并控制同步時(shí)鐘電路230輸出按照時(shí)間偏移量?ο偏移過(guò)的同步時(shí)鐘信號(hào);將電子式互感器校驗(yàn)儀100實(shí)測(cè)得的相位誤差3工與設(shè)定值δο進(jìn)行比較，即可得到其相位誤差檢測(cè)的準(zhǔn)確度。
[0027]二、方法
本方法的工作流程:
①檢測(cè)系統(tǒng)連接與初始化-1
將檢測(cè)回路按照?qǐng)D1連接，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的控制電路240、模擬信號(hào)源210和數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路220分別輸出幅度值均為額定值，初始相位均為零的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文；
②根據(jù)設(shè)定的相位值計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的時(shí)間偏移量-2
控制電路240將操作者設(shè)定的相位誤差δο，按照公式A計(jì)算對(duì)應(yīng)的時(shí)間偏移量?ο，其中/為電網(wǎng)頻率，通常為50Hz或60Hz。
[0028]to = δ0 / 231/A
③根據(jù)時(shí)間偏移量設(shè)置時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出偏移-3
控制電路240根據(jù)計(jì)算所得的時(shí)間偏移量?ο，控制同步時(shí)鐘電路230將時(shí)鐘同步信號(hào)觸發(fā)跳變的時(shí)刻偏移?ο后輸出，若實(shí)現(xiàn)正向偏差則同步時(shí)鐘信號(hào)前移，使模擬信號(hào)起始采樣時(shí)刻晚于數(shù)字信號(hào)的起始時(shí)刻，負(fù)向偏差則反之，如圖3所示。
[0029]④比較實(shí)測(cè)相位誤差與標(biāo)準(zhǔn)相位誤差，得到相位誤差性能-4;
待被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀100顯示的實(shí)測(cè)相位誤差讀數(shù)S1穩(wěn)定后，將其與用戶設(shè)定的相位誤差值知根據(jù)公式B進(jìn)行比較，得到被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀100的相位誤差特性Δδ,
Δ δ = δι一δοB0
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電子式互感器校驗(yàn)儀的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)，包括電子式互感器校驗(yàn)儀(100);其特征在于: 設(shè)置有檢測(cè)系統(tǒng)(200)，檢測(cè)系統(tǒng)(200)包括模擬信號(hào)源(210)、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路(220)、同步時(shí)鐘輸出電路(230)和控制電路(240); 模擬信號(hào)源(210)、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路(220)和同步時(shí)鐘輸出電路(230)分別與電子式互感器校驗(yàn)儀(100)的模擬信號(hào)端子(110)、數(shù)據(jù)報(bào)文端口(120)和同步信號(hào)端口(130)連接； 模擬信號(hào)源(210)、數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路(220)和同步時(shí)鐘輸出電路(230)分別與控制電路(240)連接。2.基于權(quán)利要求1所述的相位誤差檢測(cè)系統(tǒng)的相位誤差檢測(cè)方法，其特征在于: ①檢測(cè)系統(tǒng)連接與初始化: ②根據(jù)設(shè)定的相位值，計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的時(shí)間偏移量: ③根據(jù)時(shí)間偏移量，設(shè)置時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出偏移: ④比較實(shí)測(cè)相位誤差與標(biāo)準(zhǔn)相位誤差，得到相位誤差性能。3.按權(quán)利要求2所述的相位誤差檢測(cè)方法，其特征在于: ①檢測(cè)系統(tǒng)連接與初始化(I) 將檢測(cè)回路連接，通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)的控制電路(240)、模擬信號(hào)源(210)和數(shù)據(jù)報(bào)文輸出電路(220)分別輸出幅度值均為額定值，初始相位均為零的模擬信號(hào)和數(shù)據(jù)報(bào)文； ②根據(jù)設(shè)定的相位值計(jì)算時(shí)間相應(yīng)的時(shí)間偏移量(2) 控制電路(240)將操作者設(shè)定的相位誤差δο，按照公式A計(jì)算對(duì)應(yīng)的時(shí)間偏移量?ο，其中/為電網(wǎng)頻率，通常為50Hz或60Hz; ?ο = δο / 2π/A ③根據(jù)時(shí)間偏移量設(shè)置時(shí)鐘同步信號(hào)的輸出偏移(3) 控制電路(240 )根據(jù)計(jì)算所得的時(shí)間偏移量?ο，控制同步時(shí)鐘電路(230 )將時(shí)鐘同步信號(hào)觸發(fā)跳變的時(shí)刻偏移?ο后輸出，若實(shí)現(xiàn)正向偏差則同步時(shí)鐘信號(hào)前移，使模擬信號(hào)起始采樣時(shí)刻晚于數(shù)字信號(hào)的起始時(shí)刻，負(fù)向偏差則反之； ④比較實(shí)測(cè)相位誤差與標(biāo)準(zhǔn)相位誤差，得到相位誤差性能-4; 待被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀(100)顯示的實(shí)測(cè)相位誤差讀數(shù)S1穩(wěn)定后，將其與用戶設(shè)定的相位誤差值知根據(jù)公式B進(jìn)行比較，得到被測(cè)電子式互感器校驗(yàn)儀100的相位誤差特性Δδ, Δ δ = δχ一δοB。
【文檔編號(hào)】G01R35/02GK105954702SQ201610563410
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年7月18日
【發(fā)明人】雷鳴, 郭玥, 鄭欣, 汪應(yīng)春, 李俊, 汪司珂, 王信, 鄢烈奇, 明東岳, 李君
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院