CN103278791B - 可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,具体为***接收来自标准互感器采集来的模拟量数据、以及电子式互感器传送来的数字式采样值报文数据,采用基于不同采样频率等间隔采样、信号准同步特征的自适应算法,通过标准化计算比较得出各通道的幅值、相位误差等参数。本发明可用于智能变电站内各类电子式电压电流互感器的幅值及相位误差的校验,可实现单路或同时实现多路电子式互感器+合并单元回路的网络化检测,无需传统测试方案中的外部同步信号脉冲,简化了互感器测试***,避免了多路设备分立功能测试繁琐工作及测试盲点的影响,减少了设备测试时间,提高了电子式互感器检测的效率。
Description
技术领域
本发明公开了可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,属于电力***智能变电站技术领域。
背景技术
随着电力***的飞速发展,电磁式输变电设备得到了充分的发展,电压和电流互感器是为电力***电能计量、继电保护设备、测控设备等提供电压、电流信号的重要设备,其运行稳定性和可靠性与电力***的安全、可靠、经济运行密切相关,随着应用环境的增多和电压等级的升高,传统电磁式互感器逐渐暴露出了磁饱和、铁磁谐振、高频响应特性差、二次开路短路、长距离传输信号压降影响测量精度、二次负载匹配困难等问题,严重影响着电力***运行的稳定。
光电子、光纤通信和数字信号处理技术的发展和应用,推动了数字化电压和电流测量技术的研究,基于不同方式、不同采集原理的电子式电压、电流互感器应运而生。
按变换原理,电子式互感器可分为有源和无源两大类。有源电子式互感器特点是需要向传感头原件提供电源,电流互感器主要以罗氏线圈为代表,现阶段主要采用激光电源功能;电压互感器有电容分压、电阻分压、串行感应分压等,现阶段直接采用直流电源供能。无源电子式互感器主要采用光学原理进行测量,电流互感器主要有法拉第磁光效应原理、赛格奈克效应原理,电压互感器有普客尔效应原理、逆压电效应原理等。新增合并单元MU设备作为数据采集的重要接口设备,主要功能是同步采集多路电子式互感器输出的数字信号并按照标准规定的格式发送采样值报文数据。与传统电磁式互感器相比,电子式互感器具有绝缘性能好、抗电磁干扰性能强、暂态响应好、频率响应范围宽、动态范围大、测量精度高等优越的性能,具有明显的技术和经济优势。
在智能变电站中,在进行电子式电压、电流互感器的校验时,需要增加一个可与电子式互感器接口的合并单元装置,输出基于IEC 61850的标准采样值报文提供给互感器校验***使用,因此,电子式互感器的功能特性测试同时也包含了合并单元回路的测试。
传统电子式互感器现场测试方案如图1所示。标准互感器采用传统电磁式互感器(目前尚无标准电子式互感器),输出为电流5A/1A、电压100V、100/√3V的模拟量数据,用合并单元装置将电子式互感器光纤传输的数字式FT3信号或者模拟小信号(额定)转成IEC 61850标准的采样值数据,因此,测试电子式互感器幅值相位性能时,一般为电子式互感器+合并单元的整回路性能测试。合并单元与互感器校验***设备间通过光纤点对点直连,为了消除光纤传输路径上的延时和合并单元发送抖动延时的影响,传统方案中均增加了实现外部同步信号脉冲信号,一般由互感器校验***设备输出或者独立的外同步时钟***基于光纤B码实现。
在进行电子式互感器校验时,一般需配置一台合并单元装置配合进行互感器的功能及精度测试,实际运行的合并单元即电子式互感器整个测量回路并无法得到测试,或无法对即将现场应用的合并单元端口进行测试,现场的整回路性能无法得到验证,存在较明显的测试盲点;如采用基于网络的测试方法,则可以在不增加设备的情况下对现场的应用设备及整测量回路进行全面测试,测试的完整性以及可靠性大大提高,奠定了设备高精度测量运行的基础。
另外,由于点对点采样方式以及互感器校验***光纤以太网接口数量的限制,在需进行大量互感器测试的情况下,同一时间仅能对单台同类型互感器进行测试,简单重复测试工作量大,一定程度上会影响变电站保护、测控及计量的精度,严重时影响变电站综合自动化***的安全、稳定运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种无需外同步信号脉冲、可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验******,以满足智能变电站内各类电子式电压电流互感器+合并单元回路的幅值及相位误差的离线及网络化校验的需要。
为实现上述发明目的,本发明是采取以下的技术方案实现:
可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,包括
电子式互感器数据采集接口模块:包括自适应以太网数据接口模块和可配置IEEE 1588多从钟接口模块,所述自适应多路以太网数据接口模块具备多路过程层采样值光纤接口模块,自动跟踪、解析过程层网络上的采样值报文类型,可点对点或者网络化接入过程层网络交换机送来的采样值报文数据,可按端口配置并兼容支持IEC 61850-9-1、9-2/9-2LE传输规约;并在对应以太网接口上实现多个IEEE 1588从钟,所述可配置IEEE 1588多从钟接口模块符合标准中仅为从时钟的要求,从钟可配置为一对一固定跟踪测试合并单元装置内的主时钟,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,从钟时间仅与所对应主时钟时间有关,无需外部同步信号脉冲;
标准源数据接口模块:具备标准二次CT/PT模拟量转换接口,可采集标准互感器来的5A/1A电流信号或者100V电压模拟量信号数据,转换为AD芯片采集所需的小电压信号,送入高精度标准源数据处理模块中;
参数标准化计算及输出模块:采用等间隔非同步数据抽样方法,基于可变数据窗、插值迭代算法对采样数据进行高精度计算,同时实现多路电子式互感器的频率测量、幅值、相位误差校验及数据输出功能,包括:采样值数据接收同步处理模块,高精度标准源数据处理模块,频率跟踪测量模块、幅值及相位测量模块、电子式互感器幅值相位误差校验模块和数据显示及人机交互模块。
前述可配置IEEE 1588多从钟接口模块,当采用网络化采样值接入时,与电子式互感器接口的每个合并单元装置内实现1个IEEE 1588主时钟,固定运行在标准所述本地最优时钟MASTER状态,自由运行在某内部时钟上,无需接受外同步,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,所述合并单元装置严格按照主时钟节拍发送相应的采样值报文,同时过程层网络交换机支持透明时钟传输协议并工作在P2P模式下。
前述采样值数据接收同步处理模块,在电子式互感器误差校验***内设置标准采样脉冲,获得***内多个IEEE 1588从钟在标准采样脉冲到来时刻的各自相对时间,利用各合并单元固定采样额定延迟折算出对应的采样值报文序号第0包对应脉冲时间,采用可变数据窗中的缓存填充解析不同待测数据源的数值,同时,通过时标计算取出同一时刻或者最接近时刻的高精度标准源数据处理模块离散采样得到的采样数据包,实现多路采样值数据接口与标准源通道采样的接收同步。
前述高精度标准源数据处理模块,采用高位数、低噪声、高频带AD采集芯片,将标准源数据接口送来的连续小电压信号等间隔抽样采集,转换为一系列离散数字信号,通过高速PCI-E接口送至下一级进行数据计算处理,标准源采样精度完全满足0.2s级要求,误差小于万分之一。
前述频率跟踪测量模块,根据标准源通道AD采集的一系列离散数字信号和待测多路电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源不同采样速率、非整周期采样的源数据,基于变换后的复数形式傅里叶函数,采用自适应频率跟踪算法,在四个周波内即可高精度计算出两种通道上的信号频率偏移量Δf以及信号频率f,频率误差小于万分之五。
前述幅值及相位测量模块,根据标准源通道AD采集的一系列离散数字信号和待测多路电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源通道不同采样速率、非整周期采样的源数据,采用DFT全波傅里叶变换、多采样周期数据窗、四次迭代的准同步算法,得出两种通道上各通道数据的精确幅值;采用可变周期数据窗、拉格朗日插值计算、全波傅里叶变换的时域插值算法,得出两种数据源各通道数据的精确相位。
前述电子式互感器幅值相位误差校验模块,将计算出的电子式互感器幅值相位值与标准源通道的幅值和相位进行对比分析,得出各路待校验电子式互感器的幅值及相位误差参数。
前述数据显示及人机交互模块,采用触摸式液晶,响应输入的启停控制及标准源、样品校验参数设定选择,显示标准源和电子式互感器信号校验的频率、幅值、相位差、数据波形、信号绝对延时信息,并可自动校验并生成电子式互感器的检验报告,方便数据的存储和用户记录分析。
本发明的有益效果是:本发明公开了一种可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,可用于智能变电站内各类电子式电压电流互感器的幅值及相位误差的校验,可实现单路或同时实现多路电子式互感器+合并单元回路的网络化检测;本发明简化了互感器测试***,避免了多路设备分立功能测试繁琐工作及测试盲点的影响,减少了设备测试时间,提高了电子式互感器检测的效率;本发明为目前传统测试方案依赖外同步信号脉冲,现场多路电子式互感器功能分立测试工作复杂,及互感器回路测试有盲点的问题提供了一种便捷有效的解决方案。
附图说明
图1为传统电子式互感器幅值误差校验***整体结构示意图;
图2为本发明的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***整体结构示意图;
图3为本发明的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***的内部功能结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施方式对本发明作具体的说明。
图2是本发明可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***整体结构示意图。
与图1相比,***结构上有了比较明显的变化,首先取消了外部同步信号脉冲的使用,在每个合并单元装置内实现1个简化的IEEE 1588主时钟,在电子式互感器误差校验***设备内实现多个从时钟功能,分别独立跟踪各数据源的主时钟,简化了测试***的结构,降低了现场电子式互感器+合并单元整回路测试的难度。同时通过过程层网络交换机设备,可十分容易实现对多路合并单元采样值数据的同时接收,不会对运行设备或者合并单元装置等的配置产生影响,适合进行电子式互感器+合并单元的整体在线测试或同时实现多路同类型电子式互感器的批量网络化测量。
本发明的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***接收来自标准互感器采集来的模拟量数据、以及电子式互感器传送来的数字式采样值报文数据,采用基于不同采样频率等间隔采样、信号准同步特征的自适应算法,通过标准化计算比较得出各通道的幅值、相位误差等参数。具体功能模块包括
电子式互感器数据采集接口模块:包括自适应以太网数据接口模块和可配置IEEE 1588多从钟接口模块,所述自适应多路以太网数据接口模块具备多路过程层采样值光纤接口模块,自动跟踪、解析过程层网络上的采样值报文类型,可点对点或者网络化接入过程层网络交换机送来的采样值报文数据,可按端口配置并兼容支持IEC 61850-9-1、9-2/9-2LE传输规约;并在对应以太网接口上实现多个IEEE 1588从钟,所述可配置IEEE 1588多从钟接口模块符合标准中仅为从时钟的要求,从钟可配置为一对一固定跟踪测试合并单元装置内的主时钟,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,从钟时间仅与所对应主时钟时间有关,无需外部同步信号脉冲;当采用网络化采样值接入时,与电子式互感器接口的每个合并单元装置内实现1个IEEE 1588主时钟,固定运行在标准所述本地最优时钟MASTER状态,自由运行在某内部时钟上,无需接受外同步,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,所述合并单元装置严格按照主时钟节拍发送相应的采样值报文,同时过程层网络交换机支持透明时钟传输协议并工作在P2P模式下。
标准源数据接口模块:具备标准二次CT/PT模拟量转换接口,可采集标准互感器来的5A/1A电流信号或者100V电压模拟量信号数据,转换为AD芯片采集所需的小电压信号,送入高精度标准源数据处理模块中;
参数标准化计算及输出模块:采用等间隔非同步数据抽样方法,基于可变数据窗、插值迭代算法对采样数据进行高精度计算,同时实现多路电子式互感器的频率测量、幅值、相位误差校验及数据输出功能,包括:采样值数据接收同步处理模块,高精度标准源数据处理模块,频率跟踪测量模块、幅值及相位测量模块、电子式互感器幅值相位误差校验模块和数据显示及人机交互模块。
图3是本发明可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***的内部功能结构示意图。
工作时,合并单元装置接收电子式互感器传来的FT3光纤数字信号或者小电压模拟量信号,将其同步转换为符合IEC 16850标准的数字式采样值数据。在各个合并单元装置内同时实现一个IEEE 1588主时钟,无需外部对时同步,且采样值报文按照主时钟的节拍发送到过程层网络交换机上,过程层网络交换机支持透明时钟传输协议,并可按需将采样值报文高速转发到交换机的其它端口上。
电子式互感器误差校验***通过自适应以太网数据接口,接收交换机网络上传输来的采样值报文数据,同时,实现多个IEEE 1588从时钟,通过可配置IEEE 1588多从钟接口模块,使从钟配置为一对一固定跟踪待测互感器配套合并单元装置中的主时钟,精确获取主时钟时间;
在电子式互感器误差校验***内设置标准采样脉冲,采样值数据接收同步处理模块获得***内多个IEEE 1588从钟在标准采样脉冲到来时刻的各自相对时间,利用各合并单元固定采样额定延迟折算出对应的采样值报文序号第0包对应的脉冲时间,采用可变数据窗中的缓存填充解析不同待测数据源的数值,同时,通过时标计算取出同一时刻或者最接近时刻的高精度标准源数据处理模块离散采样得到的采样数据包,实现多路采样值数据接口与标准源通道采样的接收同步;
高精度标准源数据处理模块采用高位数、低噪声、高频带AD采集芯片,将标准源数据接口送来的连续小电压信号等间隔抽样采集,转换为一系列离散数字信号,通过高速PCI-E接口送至下一级进行数据计算处理,标准源采样精度完全满足0.2s级要求,误差小于万分之一;
频率跟踪测量模块根据标准源通道AD采集的一系列高采样率离散数字信号和待测电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源不同采样速率、非整周期采样的源数据,基于变换后的复数形式的傅里叶函数,采用自适应频率跟踪算法,在四个周波内即可高精度即可计算出两种通道上的频率偏移量Δf以及信号频率f ,频率误差小于万分之五;
幅值及相位测量模块根据标准源通道AD采集的一系列离散数字信号和待测多路电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源不同采样速率、非整周期采样的源数据,采用DFT全波傅里叶变换、多采样周期数据窗、四次迭代的准同步算法,计算出各通道数据的精确幅值;采用可变周期数据窗、拉格朗日插值计算、全波傅里叶变换的时域插值算法,得出各通道数据的精确相位;
电子式互感器幅值相位误差校验模块将计算出的电子式互感器幅值相位值与标准源通道的幅值和相位进行对比分析,便可校验出多路电子式互感器的幅值及相位误差;
最后通过数据显示及人机交互液晶模块显示标准源和电子式互感器信号校验的频率、幅值、相位差、数据波形、信号绝对延时信息等信息,并自动生成电子式互感器的测试检验报告;数据显示及人机交互模块采用触摸式液晶,响应输入的启停控制及标准源、样品校验参数设定选择。
上述实施例不以任何形式限定本发明,凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:包括
电子式互感器数据采集接口模块:包括自适应以太网数据接口模块和可配置IEEE 1588多从钟接口模块,所述自适应以太网数据接口模块具备多路过程层采样值光纤接口模块,自动跟踪、解析过程层网络上的采样值报文类型,可点对点或者网络化接入过程层网络交换机送来的采样值报文数据,可按端口配置并兼容支持IEC 61850-9-1、9-2/9-2LE传输规约,并在对应以太网数据接口上实现多个IEEE 1588从钟;所述可配置IEEE 1588多从钟接口模块符合标准中仅为从时钟的要求,从钟可配置为一对一固定跟踪测试合并单元装置内的主时钟,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,从钟时间仅与所对应主时钟时间有关,无需外部同步信号脉冲;
标准源数据接口模块:具备标准二次CT/PT模拟量转换接口,可采集标准互感器来的5A/1A电流信号或者100V电压模拟量信号数据,转换为AD芯片采集所需的小电压信号,送入高精度标准源数据处理模块中;
参数标准化计算及输出模块:采用等间隔非同步数据抽样方法,基于可变数据窗、插值迭代算法对采样数据进行高精度计算,同时实现多路电子式互感器的频率测量、幅值、相位误差校验及数据输出功能,包括:采样值数据接收同步处理模块,高精度标准源数据处理模块,频率跟踪测量模块、幅值及相位测量模块、电子式互感器幅值相位误差校验模块和数据显示及人机交互模块。
2.根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述可配置IEEE 1588多从钟接口模块,当采用网络化采样值接入时,与电子式互感器接口的每个合并单元装置内实现1个IEEE 1588主时钟,固定运行在标准本地最优时钟MASTER状态,自由运行在某内部时钟上,无需接受外同步,不参与标准的最佳时钟选择逻辑,所述合并单元装置严格按照主时钟节拍发送相应的采样值报文,同时过程层网络交换机支持透明时钟传输协议并工作在P2P模式下。
3. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述采样值数据接收同步处理模块,在电子式互感器误差校验***内设置标准采样脉冲,获得***内多个IEEE 1588从钟在标准采样脉冲到来时刻的各自相对时间,利用各合并单元固定采样额定延迟折算出对应的采样值报文序号第0包对应脉冲时间,采用可变数据窗中的缓存填充解析不同待测数据源的数值,同时,通过时标计算取出同一时刻或者最接近时刻的高精度标准源数据处理模块离散采样得到的采样数据包,实现多路采样值数据接口与标准源通道采样的接收同步。
4. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述高精度标准源数据处理模块,采用高位数、低噪声、高频带AD采集芯片,将标准源数据接口送来的连续小电压信号等间隔抽样采集,转换为一系列离散数字信号,通过高速PCI-E接口送至下一级进行数据计算处理,标准源采样精度满足0.2s级要求,误差小于万分之一。
5. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述频率跟踪测量模块,根据标准源通道AD采集的一系列离散数字信号和待测多路电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源不同采样速率、非整周期采样的源数据,基于变换后的复数形式傅里叶函数,采用自适应频率跟踪算法,在四个周波内即可高精度计算出两种通道上的信号频率偏移量Δf以及信号频率f,频率误差小于万分之五。
6. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述幅值及相位测量模块,根据标准源通道AD采集的一系列离散数字信号和待测多路电子式互感器传送来的采样值信号,对于两种数据源通道不同采样速率、非整周期采样的源数据,采用DFT全波傅里叶变换、多采样周期数据窗、四次迭代的准同步算法,得出两种通道上各通道数据的精确幅值;采用可变周期数据窗、拉格朗日插值计算、全波傅里叶变换的时域插值算法,得出两种数据源各通道数据的精确相位。
7. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述电子式互感器幅值相位误差校验模块,将计算出的电子式互感器幅值相位值与标准源通道的幅值相位进行对比分析,得出各路待校验电子式互感器的幅值及相位误差参数。
8. 根据权利要求1所述的可网络化检测的电子式互感器幅值相位误差校验***,其特征在于:所述数据显示及人机交互模块,采用触摸式液晶,响应输入的启停控制及标准源、样品校验参数设定选择,显示标准源和电子式互感器信号校验的频率、幅值、相位差、数据波形、信号绝对延时信息,可自动校验并生成电子式互感器的检验报告,方便数据的存储和用户记录分析。
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