CN101135723A - 通用电力互感器校验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用电力互感器校验装置，包括信号调理单元、校验仪电路单元、数字信号处理单元、显示单元及网络接口单元。将待测互感器与标准互感器的模拟输出信号接入信号调理单元进行信号调理，经调理后的信号接入校验仪电路单元，将待测互感器数字信号直接接入校验仪电路单元；使经过调理后的待测模拟信号和/或未经调理的数字信号通过校验仪电路单元被处理成时钟和数据同步的数字信号；将所得的同步数字信号输出至数字信号处理单元，并经过相应的信号处理算法得到被测信号的幅度、频率和相位信息，然后计算出比差和角差，通过把被测的互感器所得到的指标结果与标准互感器的测量结果与进行对比，从而评定待测互感器的精度水平。

Description

通用电力互感器校验装置

技术领域

本发明涉及电力***自动化技术领域的互感器校验技术，特别涉及一种对电磁式和电子式电力互感器的测量精度进行测定的装置。

背景技术

电力***自动化建设领域每年都要生产和使用大量的电力互感器，电力互感器是电力***中电能计量和继电保护的重要设备，校验装置是用于检验和测定互感器误差的专用精密仪器，因此，大力发展互感器校验装置，对提高互感器的研制和生产水平都具有重要意义。

目前的电力互感器主要有两大类：一类是电磁式互感器，另一类是电子式互感器，依据被测信号形式的不同，每类电力互感器又可分为电压互感器和电流互感器两种。电磁式互感器是基于电磁感应原理制造的电力互感器，已在电力***中得到了广泛应用，但因其存在磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、绝缘设计困难等不足，已难以满足电力***快速发展的需求；电子式互感器是基于先进的传感技术和光电子技术而造的电力互感器，目前被国际电工委员会认为是替代电磁式互感器的最佳选择。两类互感器由于工作原理不同，各自的输出信号形式上也有很大不同，主要体现在如下几个方面：

电磁式和电子式互感器的电压/电流互感器的模拟信号的额定输出：电磁式电压互感器额定二次电压输出标准值为线电压100V，电磁式电流互感器额定二次电流输出标准值为1～5A；电子式电压互感器额定二次电压输出标准值为1.625～6.5V，电流互感器额定二次电压输出标准值为22.5mV～4V，且电流/电压互感器在上述输出范围内分成了一系列输出等级，但电子式互感器的模拟输出为弱电信号，驱动能力差，难以用传统的电磁式互感器校验方法实现校验。

电磁式和电子式互感器的数字信号的输出：电磁式互感器没有数字输出接口；电子式互感器具有数字输出的形式，且针对测量和保护用的电子式互感器，其数字输出信号易于与数字设备接口，符合电力***数字化的发展趋势。

由于两类电力互感器的输出信号形式的不同，新式的电子式互感器难以用传统的电磁式互感器的校验装置进行校验，因此，研制一种既能对电磁式互感器进行校验又能对电子式互感器进行校验的装置是非常必要的。

现有的互感器校验装置的设计方法主要有两种，一种是差值法，另一种是直接法。由于差值法要求标准互感器额定输出与待测互感器额定二次输出严格相等，这一点较难做到，因此，目前互感器校验装置大部分是采用直接法设计。所谓直接法，是指获取标准互感器和待测互感器输出，并依据相应算法计算两者幅度和相位，由此得到待测互感器比差和角差。所述比差即幅度误差，是一项从幅度角度衡量其精度水平的指标；所谓角差即相位误差，是一项从相位角度衡量其精度水平的指标。采用直接法设计的校验装置是依托于计算机或微处理器技术，基于计算机的虚拟仪器得以实现，其功能强大，但硬件投资大、成本高；现有的基于微处理器的便携式电力互感器的校验方案则功能单一、算法不完善，且为保证校验精度，所需的采样点数多、处理时间长，精度也易受电网频率波动和高次谐波的影响。

有关电磁式和电子式电压/电流互感器的校验技术，在中国专利申请号为02279384.4、97109217.6、92229682.0、88200388.7、87108187、86108441、96237737.6以及03156895.5的申请文件中均有披露，但目前尚没有能兼容以上所述两种类型的互感器来实现现场校准的互感器校验装置。

从上述可以看出，现有电力互感器校验装置主要存在如下方面的不足：

现有的电力互感器校验装置只能实现电子式或电磁式互感器的校验，或者只能实现其中的电流或电压互感器的校验。目前已有的便携式校验装置结构简单，功能比较单一，容易受多种误差因素的影响难以保证校验精度；而基于计算机的虚拟仪器校验方案，虽然功能强大，但成本高昂，且目前也不能满足对各类电力互感器进行精度测定的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种通用的电子式电压/电流互感器和电磁式电压/电流互感器的校验装置，用于评定各类电力互感器的测量精度水平。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明公开了一种通用电力互感器校验装置，该装置包括：

信号调理单元，用于对标准互感器的模拟输出信号和待测电磁式及电子式互感器的模拟输出信号进行调理；

校验仪电路单元，用于将待测电子式互感器的数字输出信号、经信号调理单元调理后的标准互感器模拟信号和待测电磁式、电子式互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；

数字信号处理单元，用于将通过校验仪电路单元输出的同步数字信号进行预处理、最小二乘算法以及准同步离散傅立叶算法处理；

显示单元，用于显示数字信号处理的结果信息；以及

网络接口单元，用于向电力***数字化接口提供数字信号处理的结果；

其中，信号调理单元、校验仪电路单元以及数字信号处理单元依次相连，显示单元及网络接口单元分别与数字信号处理单元相连。

所述信号调理单元进一步包括：

第一电压互感器，用于将标准互感器输出的电压信号转换为小于5V的电压信号；

第一电流互感器，用于将标准电流互感器输出的1～5A的电流信号转换为小于25mA的电流信号；

第一电流/电压变换器，用于将第一电流互感器输出的电流信号转换为小于5V的电压信号；

第二电压互感器，用于将待测互感器输出的电压信号转换为小于5V的电压信号；

第二电流互感器，用于将待测电流互感器输出的1～5A的电流信号转换为小于25mA的电流信号；

第二电流/电压变换器，用于将第二电流互感器输出的电流信号转换为小于5V的电压信号；以及

自动增益调整电路，用于接收第一电压互感器、第一电流/电压变换器、第二电压互感器、第二电流/电压变换器及待测电子式互感器的模拟输出信号并将信号的幅值调整至-5V～+5V范围再进行选择输出。

所述信号调理单元对模拟输出信号进行调理，是指将标准电压互感器信号、标准电流互感器、电磁式电压互感器、电磁式电流互感器以及电子式互感器的模拟输出信号变换至-5V～+5V范围。

其中，所述校验仪电路单元进一步包括：

时钟源，用于为该校验仪电路提供所需工作时钟信号；

分频器，用于接收时钟源的时钟信号并将该信号按照测量模拟信号和数字信号的不同进行分频处理；

光耦隔离单元，用于将待测电子式互感器和单稳时序控制单元及多路选通单元的输出和输入的数字信号处理成不共地隔离状态；

单稳时序控制单元，用于协调控制校验仪电路进行工作；

第一A/D转换单元，用于将标准互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；

第二A/D转换单元，用于将被测互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；以及

多路选通单元，用于选择经过第一A/D转换单元和第二A/D转换单元输出的双路信号或选择经过第一A/D转换单元和经过光耦隔离单元输出的双路信号进行同步数字信号输出。

其中，所述校验仪电路单元还包括有开关，用于实现待校验电磁式或电子式互感器的类型选择。

所述数字信号处理单元运用信号预处理算法、最小二乘算法以及准同步离散傅立叶算法获得被测信号的幅度、频率及相位信息，并通过与标准电压互感器或电流互感器输出信号的对比计算出比差和角差。

所述显示单元，包括显示驱动电路及液晶显示器或阴极射线管显示器。

采用直接法设计的本发明校验装置，通过将待测互感器的模拟信号及数字信号进行分类处理产生时钟和数据同步的数字信号，并结合相应的数字信号处理方法实现对各类信号进行通用校验，既避免了基于虚拟仪器校验装置投资和成本的问题，又丰富了以往基于数字信号处理(DSP，Digital Signal Processing)校验装置的功能，因此本发明具有以下优点：

1)采用通用性的信号调理单元对各类互感器模拟输出信号进行调理，在抑制干扰信号的同时，对信号进行适当放大，增强了对待测信号的调理能力。

2)信号处理过程中，采用最小二乘算法对被测信号的频率进行实时精确测量并利用准同步离散傅立叶变换(DFT，Discrete Fourier Transformation)算法抑制频率波动引起的非同步采样对频谱分析结果的影响，两种算法的结合不但提高了对信号处理的运算速度和运算结果的精度，而且对被测信号的频率波动和高频干扰起到了较强的抑制作用，从而确保了校验算法的精度水平。

3)数字信号处理单元的输出结果采用液晶显示，显示结果分为模拟、数字两种方式，因而不但满足实时性显示的要求，而且还丰富了显示的信息；另，由于液晶屏具有体积小且不受电磁辐射影响的特点，因而还增强其便携性和稳定性。

4)数字信号处理单元的输出结果能以数字信号的形式通过网络接口单元输出，易于与其他数字设备接口，因而满足电力***数字化的发展趋势。

附图说明

图1为本发明校验装置的总体电路结构示意图；

图2(a)为本发明的信号调理单元的信号线连线示意图；

图2(b)为本发明的信号调理单元电路功能结构示意图；

图3为本发明校验仪电路功能结构示意图；

图4为本发明数字信号处理单元的信号处理流程图；

图5为本发明显示单元的液晶驱动流程图；

图6(a)为本发明装置校验电流互感器的误差测试结果示意图；

图6(b)为本发明装置校验电压互感器的误差测试结果示意图。

具体实施方式

本发明的核心思想是：根据电磁式和电子式互感器的输出信号形式的不同，将标准互感器、待测互感器输出的模拟信号和待测电子式互感器的数字信号进行分类处理；首先，将标准互感器和待测互感器的模拟信号接入信号调理单元使信号幅度调理到一定的范围后输出至校验仪电路单元；其次，将待测的模拟信号接入至校验仪电路单元，在时序控制的作用下经过模数转换、多路选通单元后，将信号输出至数字信号处理单元；将待测互感器数字信号直接接入校验仪电路单元，在时序控制作用下通过多路选通单元选通输出至数字信号处理单元，至此，标准互感器、待测互感器的模拟输出信号和电子式互感器的数字输出信号均被变换成时钟和数据同步的数字信号；最后，将所述同步的数字信号输入至数字信号处理单元进行处理，通过运用相应的信号处理算法获得幅度、频率和相位信息，然后根据所获得的基本信息计算出比差和角差，并通过显示单元将测量结果直观显示出来。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

图1为本发明校验装置的总体电路结构示意图，如图1所示，该电路包括信号调理单元101、校验仪电路单元102、数字信号处理单元103、显示单元104和网络接口单元105。所述电路中，信号调理单元101、校验仪电路单元102以及数字信号处理单元103依次相连，显示单元104、网络接口单元105分别与数字信号处理单元103相连，其中，校验仪电路单元102具有直接接收待测电子式互感器的数字信号的接口，在控制开关的作用下使校验仪电路单元102可以选择处理待测的模拟信号或数字信号。

如图1所示，本发明所涉及到的电路中各功能单元的作用分别如下：

信号调理单元101：将从电磁式电压/电流互感器或电子式电压/电流互感器输出的模拟信号进行调理，使输出信号幅度调整至校验仪电路单元102的模数转换电路所能采集的幅度范围内。

校验仪电路单元102：将经过调理的标准互感器、待测互感器的模拟信号通过模数(A/D)转换、时序控制和多路选通作用，变换为时钟和数据同步数字信号；将待测的数字信号通过时许控制和多路选通作用变换为时钟和数据同步的数字信号。

数字信号处理单元103：将时钟和数据同步的数字信号经过预处理算法、最小二乘算法、准同步离散傅立叶算法得到标准互感器与待测互感器信号的幅度、频率及相位等基本信息，然后计算出角差、比差。

显示单元104：将通过数字信号处理单元103获得的波形、频率、比差及角差等结果信息显示出来。

网络接口单元105：将通过数字信号处理单元103的输出结果信息以数字信号的形式输出，作为电力***数字化的接口。

本发明的校验装置对互感器精度进行测定的工作过程如下：

步骤1：将待测互感器的模拟输出信号接入信号调理单元101，调理互感器的模拟输出信号，将输出信号调理到A/D转换器能够接受的信号范围，即-5V～+5V之间。

步骤2：将经过调理的标准互感器和待测互感器的模拟输出信号接入校验仪电路单元102，或将经过调理的标准互感器的模拟输出信号和未经处理的待测互感器的数字信号接入校验仪电路单元102，利用电路中开关闭合或打开这两种状态在测量模拟信号或测量数字信号之间切换，以实现对不同信号的快速处理；通过校验仪电路单元102中模数(A/D)转换、时序控制和多路选通作用，将模拟信号变换为时钟和数据同步数字信号或将待测互感器的数字信号通过时序控制而变换为时钟和数据同步的数字信号，并通过多路选通单元选通后输出该同步信号。

步骤3：DSP单元103完成采集和信号处理功能，分别采用预处理算法去除高次谐波分量的影响，采用最小二乘算法计算信号频率，采用准同步DFT算法计算标准互感器和待测互感器信号的幅度和相位，通过各种算法的结合有效抑制了因电网频率波动而导致的非同步采样对校验结果的影响。

步骤4：采用液晶屏或阴极射线管(CRT)显示器实时显示被测互感器的波形、频率、比差以及角差参数。

下面结合图1电路中的主要电路单元，包括信号调理单元101、校验仪电路单元102和数字信号处理单元103的组成结构及其工作过程进行进一步的描述。

图2(a)为本发明的信号调理单元的信号线连线示意图，如图2(a)所示，信号调理单元101依据所输入信号的来源不同被划分为三个子功能区间，其中，左侧为标准互感器电压/电流接线示意图，中间部分为待测电磁式电压/电流互感器接线示意图，右侧为待测电子式电压/电流互感器信号输入接线示意图。以上三个功能部分中，每个部分又划分为电压/电流输入、输出端两类，例如，以图中互感器为例，实心圆圈代表公共地，空心圆圈代表模拟信号电压/电流的输入或输出端。

图2(b)为本发明的信号调理单元电路功能结构示意图，如图2(b)所示，信号调理单元101电路包括第一电压互感器201、第一电流互感器202、第一电流/电压变换203、第二电压互感器204、第二电流互感器205、第二电流/电压变换206、自动增益调整电路207。

其中，第一电压互感器201，用于将

的标准电压互感器的输出电压信号转换为小于5V的弱电压信号；第一电流互感器202，用于将标准电流互感器输出的1～5A的电流信号转换为小于25mA的弱电流信号；第一电流/电压变换203，用于将第一电流互感器输出的弱电流信号变换为电压信号供自动增益调整电路207进行进一步处理；第二电压互感器204，用于将

的待测电磁式电压互感器的输出电压信号转换为小于5V的弱电压信号；第二电流互感器205，用于将待测电磁式电流互感器输出的l～5A的电流信号转换为小于25mA的弱电流信号；第二电流/电压变换206，用于将第二电流互感器输出的弱电流信号变换为电压信号供自动增益调整电路207进行进一步处理；自动增益调整电路207，用于接收来自标准电压/电流互感器、待测电磁式电压/电流互感器的弱电压信号和经变换后的弱电压信号以及来自待测电子式互感器的模拟输出信号，并将各电压信号的幅值调整至-5V～+5V之间，根据需要选择待测的信号输出至校验仪电路。另外，待测的电子式互感器数字输出信号直穿信号调理单元而不需要在信号调理单元101中进行处理。

本调理单元中采用的第一电压互感器201、第二电压互感器204均为高精度电压互感器，第一电流互感器202、第二电流互感器205均为高精度电流互感器。

信号调理单元101可将不同类型电力互感器的输出信号调理至A/D转换电路能够接受的电压范围，即-5V～+5V之间。信号调理单元的工作过程如下：对于作为标准信号的电磁式互感器而言，调理单元通过高精度互感器(精度等级均为万分之一)将其进行调整为弱电信号，将5A输出的电流互感器调理为25mA的小电流信号，然后经过采样电阻后变换为峰值为5V的电压信号，而将的电压互感器输出信号调理为峰值为5V的电压信号，这样就完成了标准路电力互感器输出信号的调理。对于待测互感器而言，当其为电子式互感器时，无论是电流互感器还是电压互感器，因为电子式互感器输出直接为弱电信号，所以可经过增益调整电路后调整至峰值为5V的电压信号，送入后续信号处理电路，即完成了信号调理工作。而若待测互感器为电磁式互感器，则信号调理的过程同标准路电磁式互感器，也是先通过高精度互感器调理为弱电信号，再经采样电阻(电流互感器校验时用)或直接(电压互感器校验时用)送入后续信号处理电路进行分析处理。调理电路单元的输出信号为符合后续信号处理电路的电压信号。

图3为本发明校验仪电路功能结构示意图，如图3所示，该校验仪电路102包括时钟源300、分频器301、光耦隔离单元302、单稳时序控制单元303、第一A/D转换单元304、第二A/D转换单元305以及多路选通单元306。

其中，时钟源300，用于为整个电路提供基准时钟信号；分频器301，用于接收来自时钟源300的时钟信号，在开关或单稳时序控制单元303的控制下该信号经过分频处理后为第一A/D转换单元304、第二A/D转换单元305提供工作时钟信号；光耦隔离单元302，用于将待测电子式互感器与单稳时序控制单元303和多路选通单元306处理为不共地状态，实现电子式互感器待测数字信号与增强待测电子式互感器的数字输出信号与单稳时序控制单元303和多路选通单元306接收信号的抗干扰能力；单稳时序控制单元303，用于统一协调控制校验仪电路单元的电路进行工作，使各信号在其作用下完成对待测的模拟信号或数字信号通过多路选通单元306输出至数字信号处理单元；第一A/D转换单元304，用于在分频器301输出信号的控制下，将标准互感器的模拟输出信号转换为适合数字信号处理的同步数字信号；第二A/D转换单元305，用于在分频器301输出信号的控制下，将待测互感器的模拟输出信号转换为适合数字信号处理的同步数字信号；多路选通单元306，用于选择输出经过第一A/D转换单元304和第二A/D转换单元305转换后得到的数字信号或者选择输出经过第一A/D转换单元304得到的数字信号和待测电子式互感器数字输出信号至数字信号处理单元。

根据本电路中开关的断开、闭合状态选择待校验电力互感器的信号类型，即开关处于闭合状态时对应处理模拟信号、断开状态时对应处理数字信号两种功能；然后经校验仪电路单元将待校验互感器和标准互感器输出信号进行转换。校验仪电路单元的电路的作用是根据开关状态选择相应的调理电路和放大倍数，以调理标准互感器输出信号和待校验互感器输出信号至DSP中A/D转换器能够接受的范围-5V～+5V之间。为保证调理精度，对电磁式互感器的输出使用电压互感器和电流互感器进行调理，对电流信号采用精密的I/V(电流/电压)变化电路。对调理过程中的元器件发热问题，可以通过增设恒温电路来解决，由于互感器输出存在不同等级，调理部分还存在可选倍数的放大电路。

其具体工作过程如下：如图3所示，开关闭合时待测互感器信号为模拟信号，图中以实线表示的电路开始工作，时钟源引出的信号经分频和时序选择作用，在两个不同时间点上选通两路，即标准互感器的模拟输出信号和待测互感器的模拟输出信号输入至第一A/D转换单元和第二A/D转换单元，并将转换后的信号引入多路选通单元，并在单稳时序控制单元的时序控制下，通过逻辑电路控制所述两路信号从多路选通单元输出；开关断开时待测互感器信号为数字信号，图中以虚线表示的数字电路开始工作的信号流向，待测的数字输出信号经过光耦隔离后，再由单稳时序控制单元产生控制信号使分频电路开始工作，经时序选择作用，控制标准互感器输出的第一A/D转换工作，将转换后得到的数字信号和待测互感器的数字信号进入多路选通单元，并在单稳时序控制单元的作用下，通过逻辑电路控制所述两路信号经多路选通单元输出至DSP单元中进行后续分析处理。

图4为本发明数字信号处理单元的信号处理流程图，其数字信号处理的核心思想如下：首先将从被测信号采集到的数据进行预处理运算，使信号在扩大基波和直流分量的同时，将高次谐波衰减到零，从而抑制高次谐波对信号处理算法的影响；然后，执行最小二乘算法，通过采用构造序列的方法，利用三角函数关系通过最小二乘拟合，间接求得电网中母线电流的频率；最后，利用准同步DFT算法减小非整周期采样误差，以实现高准确度谐波分析，最终将获得的结果通过显示单元显示出来。如图4所示，本发明的数字信号处理包括如下步骤：

步骤400：数字信号处理单元执行初始化；

步骤401：接着响应外部中断，执行中断服务程序；

步骤402：判断外部中断是否结束，若未结束，则由中断服务程序执行步骤403，若外部中断已结束，则执行步骤404；

步骤403：中断服务程序执行信号采集功能，在一个中断执行周期内数据采集完毕，则结束中断程序，并返回主程序；

步骤404：开始进行信号处理，执行信号预处理算法，然后执行最小二乘算法以及准同步DFT算法。

所述进行信号处理，其具体执行过程如下：

首先，通过构造新函数执行预处理算法，假设DSP采集的信号v(t)具有如下形式：

$v\left(t\right)=\underset{L=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{A}_L\sin (\mathrm{2\π}L{f}_{0}t+{\mathrm{\θ}}_L)+D$

其中：N为谐波次数；A_L为L次谐波幅度；θ_L为L次谐波相位；

f₀为基波频率；D为直流分量。则采样后的序列v(n)为：

其中：f_s采样频率；

对于k次谐波，确定实数x_k，使：

则：x_k＝f_s/2kf₀；进而构建如下序列：

v₁(n)＝v(n)+v(n-x_k)

v₂(n)＝v₁(n)+v₁(n-x_k)

v(n)＝v₂(n)

当x_k不为整数时，v(n-x_k)可以用

和

的线性拟合来表示；

取k从2到N依次循环上述三个序列，可得：

其中：

取L=1，A_N1为循环处理后信号的基波幅值：

$A_{N1}=4^N{A}_1\underset{k=2}{\overset{N}{\∏}}{\cos }^2\left(\frac{\mathrm{\π}}{2\×k}\right);$ 进而求得：A_N1>2^N+1A₁；对于2到N次谐波，其幅值：

上述计算过程在扩大了基波和直流分量的同时，使得高次谐波几乎衰减为零，且在循环过程中参数的选取没有任何限制。

然后，在循环过程之后即采用最小二乘拟合算法来获取高精度的频率测量结果；

预处理后的待测信号为：

v(n)＝A_N1sin(nω+θ_N1)+D_N

式中：A_N1为预处理后的基波幅值，θ_N1为预处理后的基波相位，D_N为预处理后的直流幅值。

由v(n)来构造序列x(n)和y(n)：

x(n)＝2v(n-1)

y(n)＝v(n)+v(n-2)

利用最小二乘算法，并根据三角函数关系可得到下式：

y(n)＝x(n)cosΩ+2D(1-cosΩ)

令a＝cosΩ，b＝2D(1-cosΩ)，则可表示为：

y(n)＝ax(n)+b

可见，x(n)和y(n)之存在线性关系，因而可通过最小二乘拟合来求得a。因为：a＝cosΩ＝cos2πfΔT

可得：f＝arccosa/(2πfΔT)，可得出母线电流的基波频率f₀。

最后，在获得频率准确测量结果的基础上，再利用准同步DFT算法有针对性地解决频率波动对信号处理结果的影响。

引入周期函数g(t)，其在一个周期内的平均值为：

$\stackrel{-}{g\left(t\right)}=\frac{1}{T}{\∫}_{T_0}^{T_0+T}g\left(t\right)\mathrm{dt}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}g(x/\mathrm{\Ω})\mathrm{dx}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}f\left(x\right)\mathrm{dx}=\stackrel{-}{\text{f}\left(x\right)}$

式中，t＝x/Ω，f(x)＝g(x/Ω)，周期为2π；

$\stackrel{-}{f\left(x\right)}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_0^{2\mathrm{\π}}f\left(x\right)\mathrm{dx}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\α}+2\mathrm{\π}}f\left(x\right)\mathrm{dx}$

若未能整周期采样，存在误差Δ，则：

$\stackrel{-}{f\left(x\right)}\≠\frac{1}{2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{\∫}_{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\α}+2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}f\left(x\right)\mathrm{dx}$

令： $F^1\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{\∫}_{\mathrm{\α}}^{\mathrm{\α}+2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}f\left(x\right)\mathrm{dx}$

其周期为2π，在一个周期内求平均值，仍然等于

令积分起点为β，则：

$\stackrel{-}{f\left(x\right)}=\stackrel{-}{f^1\left(\mathrm{\α}\right)}=\frac{1}{2\mathrm{\π}}{\∫}_{\mathrm{\β}}^{\mathrm{\β}+2\mathrm{\π}}{F}^1\left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{d\α}$

由于仍然不能实现整周期积分，则有：

$\stackrel{-}{f\left(x\right)}=\stackrel{-}{F^1\left(\mathrm{\α}\right)}\≠\frac{1}{2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{\∫}_{\mathrm{\β}}^{\mathrm{\β}+2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{F}^1\left(\mathrm{\α}\right)\mathrm{d\α}$

积分结果与β有关，依然是周期为2π的函数，平均值等于

以此类推得到如下递推公式：

$F^n\left(x\right)=\frac{1}{2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{\∫}_x^{x+2\mathrm{\π}+\mathrm{\Δ}}{F}^{n-1}(x\text{'})\mathrm{dx}\text{'}$

可以证明：

$\underset{n\→\∞}{\lim }{F}^n\left(x\right)=\stackrel{-}{f\left(x\right)}=A_0$

其中：A₀为直流分量幅值；

若将准同步算法和离散傅里叶变换结合，由傅里叶变换求解系数的公式：

$a_k=\frac{2}{T}{\∫}_0^{T}f\left(x\right)\cos \left(\mathrm{k\Ωt}\right)\mathrm{dt}$

并假定：g(t)＝f(t)cos(kΩt)，是一个周期为T的函数，则 $a_k=\stackrel{-}{2g\left(t\right)},$

的求解可参照上述准同步算法。

步骤405：计算被测信号的比差、角差；

通过前述的信号处理算法过程，得出标准信号和待测信号的基波幅度和基波相位值，以标准信号的幅度值和相位值为标准值，再利用误差分析的基本概念即可求出待测信号的幅度误差即比差和相位误差即角差。

步骤406：将信号处理的结果发送至显示单元显示；

步骤407：产生中断使能信号，返回步骤401。

实验室的仿真结果表明，基于预处理和最小二乘算法测量频率的精度可达十万分之二，之后再结合准同步DFT进行信号分析的结果，幅度误差不超过0.0033％，相角误差不超过0.1＇，这是本发明校验装置的硬件实现的理论基础。

图5为本发明显示单元的液晶驱动流程图，如图5所示，DSP首先完成初始化，包括显示用常量的设置。接着进行液晶初始化，包括时间常数、点行数、一行所占字节数、显示区首地址、显示区合成方式等，因需要实时显示频率、角差、比差等数据，同时还要实现波形的动态显示，所以设置两个显示区，两个显示区都完全覆盖整个液晶屏，二者之间是逻辑“或”的关系。这样，始终不变的显示内容，如网格和汉字设置在同一显示区，其他需要实时变化的内容，如信号波形和计算结果数据设置到另一显示区。连续运行时，不断刷新动态显示区即可。所述液晶驱动及液晶显示器也可以是普通显示驱动电路及阴极射线管(CRT)显示器，统称为显示单元。

本发明的校验装置在实验室内进行了全面测试，使用美国福禄克(FLUKE)公司生产的型号为FLUKE 5500A的多功能校准器产生校验装置输入端所需电压和电流模拟信号，利用该公司生产的型号为FLUKE 8508A的八位半数字万用表对模拟信号的幅度进行测试，将测试结果与校验装置在液晶显示器上显示的输出信号的幅度进行对比来验证校验装置自身的精度水平，由此得到图6(a)和图6(b)所示的显示结果：

图6(a)为本发明装置校验电流互感器的误差测试结果示意图，如图6(a)所示为电流互感器通道的测量结果，显示了本发明校验装置及后续信号处理算法在进行电流互感器校准时的总体精度，结果表明，标准和待测电流互感器分别对应的校验装置通道精度水平均满足国家标准中0.02级电流互感器的精度要求。

图6(b)为本发明装置校验电压互感器的误差测试结果示意图，如图6(b)所示为电压互感器通道的测量结果示意图，显示了本发明校验装置电路及后续信号处理算法在进行电压互感器校准时的总体精度，结果表明，标准和待测电压互感器分别对应的校验装置通道精度水平均满足国家标准中0.01级电压互感器的精度要求。

可见，对校验装置的模拟输入通道来讲，标准互感器和待测互感器通道的精度水平均满足国家标准中0.02级互感器的误差要求；而数字输入通道因无信号调理部分误差，因此只是DSP自身算法的误差，可以达到0.01级互感器的精度要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种通用电力互感器校验装置，其特征在于，该装置包括：

信号调理单元，用于对标准互感器的模拟输出信号和待测申磁式及电子式互感器的模拟输出信号进行调理；

校验仪电路单元，用于将待测电子式互感器的数字输出信号、经信号调理单元调理后的标准互感器模拟信号和待测电磁式、电子式互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；

数字信号处理单元，用于将通过校验仪电路单元输出的同步数字信号进行预处理、最小二乘算法以及准同步离散傅立叶算法处理；

显示单元，用于显示数字信号处理的结果信息；以及

网络接口单元，用于向电力***数字化接口提供数字信号处理的结果；

其中，信号调理单元、校验仪电路单元以及数字信号处理单元依次相连，显示单元及网络接口单元分别与数字信号处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述信号调理单元进一步包括：

第一电压互感器，用于将标准互感器输出的电压信号转换为小于5V的电压信号；

第一电流互感器，用于将标准电流互感器输出的1～5A的电流信号转换为小于25mA的电流信号；

第一电流/电压变换器，用于将第一电流互感器输出的电流信号转换为小于5V的电压信号；

第二电压互感器，用于将待测互感器输出的电压信号转换为小于5V的电压信号；

第二电流互感器，用于将待测电流互感器输出的1～5A的电流信号转换为小于25mA的电流信号；

第二电流/电压变换器，用于将第二电流互感器输出的电流信号转换为小于5V的电压信号；以及

自动增益调整电路，用于接收第一电压互感器、第一电流/电压变换器、第二电压互感器、第二电流/电压变换器及待测电子式互感器的模拟输出信号并将信号的幅值调整至-5V～+5V范围再进行选择输出。

3.根据权利要求1或2所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述信号调理单元对模拟输出信号进行调理，是指将标准电压互感器信号、标准电流互感器、电磁式电压互感器、电磁式电流互感器以及电子式互感器的模拟输出信号变换至-5V～+5V范围。

4.根据权利要求1所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述校验仪电路单元进一步包括：

时钟源，用于为该校验仪电路提供所需工作时钟信号；

分频器，用于接收时钟源的时钟信号并将该信号按照测量模拟信号和数字信号的不同进行分频处理；

光耦隔离单元，用于将待测电子式互感器和单稳时序控制单元及多路选通单元的输出和输入的数字信号处理成不共地隔离状态；

单稳时序控制单元，用于协调控制校验仪电路进行工作；

第一A/D转换单元，用于将标准互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；

第二A/D转换单元，用于将被测互感器的模拟输出信号转换为同步数字信号；以及

多路选通单元，用于选择经过第一A/D转换单元和第二A/D转换单元输出的双路信号或选择经过第一A/D转换单元和经过光耦隔离单元输出的双路信号进行同步数字信号输出。

5.根据权利要求4所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述校验仪电路单元还包括有开关，用于实现待校验电磁式或电子式互感器的类型选择。

6.根据权利要求1所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述数字信号处理单元运用信号预处理算法、最小二乘算法以及准同步离散傅立叶算法获得被测信号的幅度、频率及相位信息，并通过与标准电压互感器或电流互感器输出信号的对比计算出比差和角差。

7.根据权利要求1所述的通用电力互感器校验装置，其特征在于，所述显示单元，包括显示驱动电路及液晶显示器或阴极射线管显示器。

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