CN105974353A - 一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，利用标准互感器、交流模拟量输出仪器、数据采集设备以及工控机进行测试***硬件环境搭建，根据测试要求，利用测试***硬件环境，使用测试程序完成互感器的幅值与相位的数据采集，并记录数据，数据采集完成后，对得到的互感器的幅值与相位数据进行分析，得出幅值与相位误差超标的点，并对于幅值进行曲线拟合，给出线性度较好的最大区间范围。本发明采用FPGA架构板卡作为数据采集，数据处理采用虚拟仪器平台，采样速度快、精度高，能够快速反复执行对互感器幅值与相位检测，具有良好的应用前景，值得推广。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，属于互感器测试技术领域。
背景技术
虚拟仪器技术（Virtual Instrument）是利用模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。虚拟仪器将数据采集与数据分析分开，数据采集板卡的结果经过高速通讯总线交给软件，仪器功能由软件实现。虚拟仪器平台能够灵活而有效的应用于各种数据采集、参数测试等工作。
互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器，互感器是模拟量与数字量的桥梁，互感器所采集的数字量是电力***继电保护装置数据采集、状态监测、保护动作的重要依据。互感器幅值与相位是否合格，直接影响到电力***测量准确性和继电器保护装置动作的可靠性。
保护测控装置用于测量交流模拟量的互感器精度应符合GB/T 13729-2002的3.5.2部分规定；用于保护的交流模拟量幅值误差应满足GB/T 20840.7-2007的13.5及GB/T 20840.8-2007的13.1.3部分规定；相位误差应满足GB/T 20840.7-2007的12.5及GB/T 20840.8-2007的12.2、13.1.3部分规定。传统互感器幅值与相位检测方法主要使用变压器、万用表、相位计、模拟示波器等搭建的测试***，体积庞大，操作繁琐，并且模拟示波器显示屏上，肉眼难以观察两路正弦波之间1%以下的幅值误差和1度以下的相角误差。为确保电力***的可靠运行，加快推进我国坚强电网建设，设计一种保护测控装置互感器幅值与相位检测平台，有效精确的检测互感器的幅值与相位成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，采用FPGA板卡作为数据采集，数值分析采用虚拟仪器平台，其采集精度高、速度快、自动化水平高，且能快速反复执行对互感器幅值与相位检测，具有良好的应用前景，值得推广。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，包括以下步骤：
1）利用标准电压互感器或标准电流互感器、交流模拟量输出仪器、数据采集设备以及工控机进行测试***硬件环境搭建，对于电压互感器测试，将待测电压互感器原边与标准电压互感器原边并联接入交流模拟量输出仪器，待测电压互感器与标准电压互感器的副边均接入数据采集设备，对于电流互感器测试，将待测电流互感器原边与标准电流互感器原边按同名端串联接入交流模拟量输出仪器，待测电流互感器与标准电流互感器的副边均接入数据采集设备；工控机通过以太网与数据采集设备通讯，并且使用USB控制交流模拟量输出仪器；
2）根据测试要求，利用测试***硬件环境，在工控机编写测试程序完成电压互感器或者电流互感器的幅值与相位的数据采集，并记录数据；
3）数据采集完成后，对步骤2）得到的幅值与相位数据进行分析，得出幅值与相位误差超标的点，并对幅值最大线性区间进行检测，按照测试要求，以幅值相对误差最大值作为边界条件，对幅值数据不断进行直线拟合，最终找出符合条件的最大线性区间。
前述的数据采集设备采用FPGA架构板卡。
前述的步骤2）数据采集过程如下：工控机测试程序读取配置文件，开始数据采集，对于电压互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电压互感器与标准电压互感器，测试程序自动触发数据采集设备采集一定时间的电压数据，对于每次采集到的电压数据进行FFT计算，得到电压互感器的幅值与相位，测试完成后进行数据保存；对于电流互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电流互感器与标准电流互感器，测试程序自动触发数据采集设备采集一定时间的电流数据，对于每次采集到的电流数据进行FFT计算，得到电流互感器的幅值与相位；对于相位，以标准电压互感器/标准电流互感器为零相位点，计算待测电压互感器/待测电流互感器的相位差，对于幅值，以标准电压互感器/标准电流互感器幅值为基准，计算相对误差；测试完成后进行数据保存。
本发明所达到的有益效果：
本发明采用FPGA板卡作为数据采集，数据采集设备采样精度为16位，采样频率最高可达750kS/s；数值分析采用软件分析，能够显示幅值与相位超标测试点，并且通过数次拟合给出幅值的最大线性区间。本发明采集精度高、速度快、自动化水平高，且能快速反复执行对互感器幅值与相位检测，具有良好的应用前景，值得推广。
附图说明
图1是本发明的测试***搭建示意图；
图2为本发明的数据采集流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法包括以下步骤：
步骤(1)，利用标准互感器、交流模拟量输出仪器、数据采集设备以及工控机进行测试***硬件环境搭建。如图1中，对于电压互感器测试，将待测电压互感器原边与标准电压互感器原边并联接入交流模拟量输出仪器，待测电压互感器与标准电压互感器的副边均接入数据采集设备。对于电流互感器测试，将待测电流互感器原边与标准电流互感器原边按同名端串联接入交流模拟量输出仪器，待测电流互感器与标准电流互感器的副边均接入数据采集设备。数据采集设备采用FPGA架构板卡。工控机通过以太网与数据采集设备通讯，并且使用USB控制交流模拟量输出仪器。
步骤(2)，根据测试要求，利用测试***硬件环境，在工控机编写测试程序完成电压互感器或者电流互感器的幅值与相位的数据采集，并记录数据。如图2所示，数据采集过程如下：工控机测试程序读取配置文件，开始数据采集，对于电压互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电压互感器与标准电压互感器，对于电流互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电流互感器与标准电流互感器，测试程序自动触发数据采集设备采集一定时间的电压或电流数据，对于每次采集到的数据进行FFT计算，得到电压互感器或电流互感器的幅值与相位。对于相位，以标准互感器为零相位点，计算待测互感器的相位差，对于幅值，以标准互感器幅值为基准，计算相对误差。最后，测试完成，则进行数据保存，有效减少了数据存储压力，提高后期数据处理效率；否则的话，继续测试。
步骤(3)，数据采集完成后，对步骤（2）得到的幅值与相位数据进行分析，得出幅值与相位误差超标的点，并对幅值最大线性区间进行检测，按照测试要求，以幅值相对误差最大值作为边界条件，对幅值数据不断进行直线拟合，最终找出符合条件的最大线性区间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）利用标准电压互感器或标准电流互感器、交流模拟量输出仪器、数据采集设备以及工控机进行测试***硬件环境搭建，对于电压互感器测试，将待测电压互感器原边与标准电压互感器原边并联接入交流模拟量输出仪器，待测电压互感器与标准电压互感器的副边均接入数据采集设备，对于电流互感器测试，将待测电流互感器原边与标准电流互感器原边按同名端串联接入交流模拟量输出仪器，待测电流互感器与标准电流互感器的副边均接入数据采集设备；工控机通过以太网与数据采集设备通讯，并且使用USB控制交流模拟量输出仪器；
2）根据测试要求，利用测试***硬件环境，在工控机编写测试程序完成电压互感器或者电流互感器的幅值与相位的数据采集，并记录数据；
3）数据采集完成后，对步骤2）得到的幅值与相位数据进行分析，得出幅值与相位误差超标的点，并对幅值最大线性区间进行检测，按照测试要求，以幅值相对误差最大值作为边界条件，对幅值数据不断进行直线拟合，最终找出符合条件的最大线性区间。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，其特征在于，所述数据采集设备采用FPGA架构板卡。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的互感器幅值与相位检测方法，其特征在于，所述步骤2）数据采集过程如下：工控机测试程序读取配置文件，开始数据采集，对于电压互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电压互感器与标准电压互感器，测试程序自动触发数据采集设备采集一定时间的电压数据，对于每次采集到的电压数据进行FFT计算，得到电压互感器的幅值与相位，测试完成后进行数据保存；对于电流互感器测试，交流模拟量输出仪器输出交流模拟信号至待测电流互感器与标准电流互感器，测试程序自动触发数据采集设备采集一定时间的电流数据，对于每次采集到的电流数据进行FFT计算，得到电流互感器的幅值与相位；对于相位，以标准电压互感器/标准电流互感器为零相位点，计算待测电压互感器/待测电流互感器的相位差，对于幅值，以标准电压互感器/标准电流互感器幅值为基准，计算相对误差；测试完成后进行数据保存。
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