CN103983930B - 电子式互感器谐波校验仪校验装置及校验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子式互感器谐波校验仪的校验装置及其校验方法，包括谐波发生器、同步触发模块、分频模块和标准数字信号发生装置；其由谐波发生器和标准数字信号发生装置分别产生标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号给被测电子式互感器谐波校验仪。标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号的有效值和相位之间有一个可以设置的差值，为标准值。被测电子式互感器谐波校验仪的测量结果与标准值比较，就可以得到其测量误差。谐波发生器可以溯源到国家谐波标准，标准数字信号发生装置完全由数学公式运算产生，理论上没有误差。
Description
技术领域
本发明涉及一种电子式互感器谐波校验仪的校验装置及其校验方法，属于对电子式互感器校验仪的校准、检定与检测领域。
背景技术
电子式互感器是智能电网中数字化的关键设备之一。电子式互感器是光学传感、通信技术、电子技术等多学科技术融合的高新技术产品，理论上比传统电磁式互感器拥有更好的谐波测量能力。为此许多单位研制了电子式互感器的谐波特性检测装置，如中国专利《一种电子式电压互感器的谐波特性检测装置》(201110124536.0)和专利《一种电子式互感器谐波影响测试装置》(ZL201120300262.1)都提出了电子式互感器谐波测量装置的组成，包括谐波电流电压的产生，谐波标准装置和谐波测量装置。但是对于谐波标准装置和谐波测量装置的溯源方法都没有说明，难以有效保证谐波测量的准确性。国内外文献关于谐波溯源方法大都是关于电能表，对于电子式互感器及电子式互感器谐波校验仪的溯源方法鲜有报道。
发明内容
为克服现有技术上的不足，本发明目的是在于提供了一种电子式互感器谐波校验仪校验装置及其校验方法，其作为一个校准测量***，它可以对电子式互感器谐波校验仪的准确度进行校准，保证谐波校验仪的准确可靠。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电子式互感器谐波校验仪的校验装置，其包括：
谐波发生器，用于为被测电子式互感器谐波校验仪提供标准的模拟谐波信号；
同步触发模块，用于为被测电子式互感器谐波校验仪提供标准的数字谐波信号；
分频模块，用于接收谐波发生器的脉冲信号，并将该脉冲信号分频为秒脉冲信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；
标准数字信号发生装置，当同步触发模块2接收到谐波发生器1的脉冲信号时，用于发送IEC61850报文至被测电子式互感器谐波校验仪；
所述的谐波发生器的输出端连接同步触发模块和分频模块的输入端，所述同步触发模块的输出端连接标准数字信号发生装置的输入端，所述标准数字信号发生装置、谐波发生器以及分频模块的输出端均与被测电子式互感器谐波校验仪相连接。
对于被校电子式互感器谐波校验仪的校准，谐波发生器产生的谐波电流电压信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；谐波发生器同时产生与输出谐波基波频率相同，且上升沿和下降沿分别为基波过零点信号的脉冲信号；然后谐波发生器产生的脉冲信号分别接入分频模块和同步触发模块；分频模块接收到谐波发生器的脉冲信号后将其分频为秒脉冲信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；同步触发模块接收到谐波发生器的脉冲信号后触发标准数字信号发生装置发送IEC61850报文至被测电子式互感器谐波校验仪。
优选的，所述谐波发生器1的产生最大额定值为5A的谐波信号，产生最大频率为50次谐波。
优选的，所述分频模块包括CPU芯片、片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口；所述片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口均与CPU芯片连接，在所述50Hz信号同步模块的输出端还连接1Hz信号脉冲占空比处理模块的输入端，所述1Hz信号脉冲占空比处理模块的输出端还连接正向光电信号输出电路和反向光电信号输出电路。
优选的，所述同步触发模块由高精度数据采集卡完成，型号为PXI5922。
一种利用上述电子式互感器谐波校验仪校验装置的校验方法，其方法为：
第一步：根据校准需要，设定输出信号的谐波次数、谐波数量、各次谐波的幅值、相位和频率；此设置包括谐波发生器和标准数字信号发生装置；
第二步：设置标准差值，即在标准数字信号发生装置设置需要叠加的标准误差；标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号的有效值和相位之间有一个设置的差值，为标准值；
第三步：谐波发生器输出谐波信号给被测电子互感器谐波校验仪，并同步输出脉冲信号；分频模块将脉冲信号分频为秒脉冲信号至电子式互感器校验仪；标准数字信号发生装置在同步触发模块触发下发送IEC61850数字帧；
第四步：被测电子式互感器谐波校验仪接收到模拟信号和IEC61850数字帧，在秒脉冲的触发下，对模拟信号进行采样，运算，最后得到模拟信号与IEC61850数字帧之间的误差，将此误差与第二步设置的标准误差相比较，即可得到被测电子式互感器谐波校验仪的误差。
本发明由谐波发生器和标准数字信号发生装置分别产生标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号给被测电子式互感器谐波校验仪。标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号的有效值和相位之间有一个可以设置的差值，为标准值。被测电子式互感器谐波校验仪的测量结果与标准值比较，就可以得到其测量误差。谐波发生器可以溯源到国家谐波标准，标准数字信号发生装置完全由数学公式运算产生，有效保证谐波测量的准确性。
附图说明
图1为本发明的电子式互感器谐波校验仪校验装置工作原理框图；
图2为本发明的分频模块工作原理图。
图中的标记：1—谐波发生器、2—同步触发模块、3—分频模块、4—标准数字信号发生装置、5—被测电子式互感器谐波校验仪。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对电子式互感器谐波校验仪的校验装置做进一步的说明。
如图1所示，本发明实施例包括谐波发生器1、同步触发模块2、分频模块3、标准数字信号发生装置4和被测电子式互感器谐波校验仪5。
对于被校电子式互感器谐波校验仪的校准，如图1所示。谐波发生器1产生的谐波电流电压信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪5；谐波发生器1同时产生与输出谐波基波频率相同，上升沿和下降沿分别为基波过零点信号的脉冲信号分别接入分频模块3和同步触发模块2；分频模块3接收到谐波发生器1的脉冲信号后将其分频为秒脉冲信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪5；同步触发模块2接收到谐波发生器1的脉冲信号后触发标准数字信号发生装置发送IEC61850报文至被测电子式互感器谐波校验仪。
其中的谐波发生器1最大可产生额定值为5A(100V)的谐波信号，频率可以到50次谐波。输出方式由单纯的谐波信号和各次谐波叠加输出两种方式。准确度可以达到0.01％。
其中分频模块3通过QuartusⅡ的SOPC builder构建Nios***，Nios***包括CPU(Nios II)、片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器(timer)、Avalon总线、RS232串行接口和PIO接口等，时钟同步的时序控制全部挂载在PIO接口上。经过编译后生成ptf文件，再和时钟同步模块等一同编译后，得到新的SOF(帧开始包,Start-of-Frame)文件。在***上电时，配置芯片构建FPGA的硬件***，Nios CPU从片外的Flash将应用程序装入SDRAM中，这样可以提高整体软件的运行速度。其最终的SOC(System on a Chip，中文名是***级芯片)***结构如图2所示。
其中同步触发模块2由高精度数据采集卡完成，型号为PXI5922，其工作在20M采样速率下，可以准确度捕获谐波发生器发出的脉冲信号的上升沿，并且为了保证标准数字信号发生装置输出的IEC61850数据帧循环周期为1秒，同步触发模块捕获一次脉冲信号的上升沿后就闭锁，忽略这一秒钟内的脉冲信号上升沿，在下一秒到来之前重新启动，捕获脉冲信号上升沿。
其中标准数字信号发生装置4，主要是根据谐波发生器1输出信号的幅值、频率和相位，以及被测电子式互感器谐波校验仪5需要的采样频率，通过三角函数数学公式计算出与谐波信号发生器1输出信号一致的采样值，并按照IEC61850协议打包，通过光纤或者电以太网接口发送给被测电子化互感器谐波校验仪，理论上此时谐波发生器1与标准数字信号发生装置4产生的IEC61850信号一致，被测电子式互感器谐波校验仪5显示测量结果应该为零。另外一种模式是标准数字信号发生装置，可以在数学公式计算出与谐波信号发生器输出信号一致的采样值的基础上，通过正弦三角函数公式，改变幅值和相位，在输出信号上叠加标准误差。如将数字信号幅值增加1％，这样谐波发生器1与标准数字信号发生装置产生的IEC61850信号之间就相差1％，被测电子式互感器谐波校验仪5显示测量结果应该为1％。这样通过被测电子式互感器谐波校验仪5显示测量结果与实际设定的标准误差比较，就可以得到被测电子式互感器谐波校验仪的误差。
具体实施时，
第一步：根据校准需要，设定输出信号的谐波次数、谐波数量、各次谐波的幅值、相位和频率。此设置包括谐波发生器1和标准数字信号发生装置4；
第二步：设置标准差值，即在标准数字信号发生装置4设置需要叠加的标准误差；
第三步：谐波发生器1输出谐波信号给被测电子互感器谐波校验仪5，并同步输出脉冲信号；分频模块3将脉冲信号分频为秒脉冲信号至电子式互感器校验仪；标准数字信号发生装置4在同步触发模块触发下发送IEC61850数字帧；
第四步：被测电子式互感器谐波校验仪5接收到模拟信号和IEC61850数字帧，在秒脉冲的触发下，对模拟信号进行采样，运算。最后得到模拟信号与IEC61850数字帧之间的误差，将此误差与第二步设置的标准误差相比较，即可得到被测电子式互感器谐波校验仪5的误差。
本发明由谐波发生器和标准数字信号发生装置分别产生标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号给被测电子式互感器谐波校验仪。标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号的有效值和相位之间有一个可以设置的差值，为标准值。被测电子式互感器谐波校验仪的测量结果与标准值比较，就可以得到其测量误差。谐波发生器可以溯源到国家谐波标准，标准数字信号发生装置完全由数学公式运算产生，有效保证谐波测量的准确性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种电子式互感器谐波校验仪的校验装置，其包括：
谐波发生器，用于为被测电子式互感器谐波校验仪提供标准的模拟谐波信号；
同步触发模块，用于为被测电子式互感器谐波校验仪提供标准的数字谐波信号；
分频模块，用于接收谐波发生器的脉冲信号，并将该脉冲信号分频为秒脉冲信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；
标准数字信号发生装置，用于根据谐波发生器输出信号的幅值、频率和相位，以及被测电子式互感器谐波校验仪需要的采样频率，通过三角函数数学公式计算出与谐波信号发生器输出信号一致的采样值，并按照IEC61850协议打包，发送IEC61850报文至被测电子式互感器谐波校验仪；
所述谐波发生器产生的谐波电流电压信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；所述谐波发生器的输出端同时产生与输出谐波基波频率相同，且上升沿和下降沿分别为基波过零点信号的脉冲信号；所述谐波发生器产生的脉冲信号分别接入分频模块和同步触发模块；所述分频模块接收到谐波发生器的脉冲信号后将其分频为秒脉冲信号输出至被测电子式互感器谐波校验仪；同步触发模块接收到谐波发生器的脉冲信号后触发标准数字信号发生装置发送IEC61850报文至被测电子式互感器谐波校验仪；所述分频模块包括CPU芯片、片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口；所述片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口均与CPU芯片连接，在所述50Hz信号同步模块的输出端还连接1Hz信号脉冲占空比处理模块的输入端，所述1Hz信号脉冲占空比处理模块的输出端还连接正向光电信号输出电路和反向光电信号输出电路。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器谐波校验仪的校验装置，其特征在于，所述谐波发生器的产生最大额定值为5A的谐波信号，产生最大频率为50次谐波。
3.根据权利要求1所述的电子式互感器谐波校验仪的校验装置，其特征在于，所述同步触发模块由高精度数据采集卡完成，型号为PXI5922。
4.一种电子式互感器谐波校验仪校验方法，其包括一电子式互感器谐波校验装置，该电子式互感器谐波校验装置包括仪校验谐波发生器、同步触发模块、分频模块和标准数字信号发生装置，所述的谐波发生器的输出端连接同步触发模块和分频模块的输入端，所述同步触发模块的输出端连接标准数字信号发生装置的输入端，所述标准数字信号发生装置、谐波发生器以及分频模块的输出端均与被测电子式互感器谐波校验仪相连接；其方法步骤如下：
第一步：根据校准需要，设定输出信号的谐波次数、谐波数量、各次谐波的幅值、相位和频率；此设置包括谐波发生器和标准数字信号发生装置；
第二步：设置标准差值，即在标准数字信号发生装置设置需要叠加的标准误差；标准的模拟谐波信号和标准的数字谐波信号的有效值和相位之间有一个设置的差值，为标准值；
第三步：谐波发生器输出谐波信号给被测电子互感器谐波校验仪，并同步输出脉冲信号；分频模块将脉冲信号分频为秒脉冲信号至电子式互感器校验仪；标准数字信号发生装置在同步触发模块触发下发送IEC61850数字帧，所述标准数字信号发生装置根据谐波发生器输出信号的幅值、频率和相位，以及被测电子式互感器谐波校验仪需要的采样频率，通过三角函数数学公式计算出与谐波信号发生器输出信号一致的采样值，并按照IEC61850协议打包；
第四步：被测电子式互感器谐波校验仪接收到模拟信号和IEC61850数字帧，在秒脉冲的触发下，对模拟信号进行采样，运算，最后得到模拟信号与IEC61850数字帧之间的误差，将此误差与第二步设置的标准误差相比较，即可得到被测电子式互感器谐波校验仪的误差；所述分频模块包括CPU芯片、片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口；所述片上存储器、SDRAM接口、Flash接口、定时器、50Hz信号同步模块、1Hz信号脉冲占空比处理模块、RS232串行接口和PIO接口均与CPU芯片连接，在所述50Hz信号同步模块的输出端还连接1Hz信号脉冲占空比处理模块的输入端，所述1Hz信号脉冲占空比处理模块的输出端还连接正向光电信号输出电路和反向光电信号输出电路；所述谐波发生器的产生最大额定值为5A的谐波信号，产生最大频率为50次谐波；时钟同步的时序控制全部挂载在PIO接口上；经过编译后生成ptf文件，再和时钟同步模块一同编译后，得到新的SOF文件；所述同步触发模块捕获一次脉冲信号的上升沿后就闭锁，忽略这一秒钟内的脉冲信号上升沿，在下一秒到来之前重新启动，捕获脉冲信号上升沿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Wang Zhongdong Inventor after: Chen Mingming Inventor after: Li He Inventor after: Tian Zhengqi Inventor after: Li Dengyun Inventor after: Hu Haoliang Inventor after: Huang Qifeng Inventor after: Xiong Qianzhu Inventor after: Chen Gang Inventor after: Lu Shufeng Inventor after: Li Qian Inventor after: Yang Shihai Inventor after: Xu Minrui Inventor before: Wang Zhongdong Inventor before: Chen Mingming Inventor before: Li He Inventor before: Tian Zhengqi Inventor before: Li Dengyun Inventor before: Hu Haoliang Inventor before: Huang Qifeng Inventor before: Xiong Qianzhu Inventor before: Chen Gang Inventor before: Lu Shufeng Inventor before: Li Qian Inventor before: Yang Shihai Inventor before: Xu Mingrui |
|
| COR | Change of bibliographic data | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |