CN106772176B - 一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 - Google Patents
一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106772176B CN106772176B CN201611091159.4A CN201611091159A CN106772176B CN 106772176 B CN106772176 B CN 106772176B CN 201611091159 A CN201611091159 A CN 201611091159A CN 106772176 B CN106772176 B CN 106772176B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- output
- current
- signal
- output unit
- standard source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 29
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 44
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 25
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 10
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 4
- 241000208340 Araliaceae Species 0.000 claims description 2
- 235000005035 Panax pseudoginseng ssp. pseudoginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000003140 Panax quinquefolius Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000008434 ginseng Nutrition 0.000 claims description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 4
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 210000001367 artery Anatomy 0.000 description 1
- 238000007630 basic procedure Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000009123 feedback regulation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 210000003462 vein Anatomy 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
- G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置，方法步骤包括：通过上位机确保各个直流输出单元信号输出同步并向各个直流输出单元发出电流输出指令；各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，生成指定频率的模拟电流信号I0并进行闭环反馈获得输出直流电流，最终将各个直流输出单元的输出直流电流并联汇流输出；装置包括上位机和两个以上的直流输出单元，直流输出单元包括控制单元、纹波输出模块、误差放大器、电流功放标准源和直流传感器。本发明具有输出电流大、输出精度高、扩展和简化灵活方便、应用范围广的优点。
Description
技术领域
本发明涉及用于直流表的校准和直流电流计量溯源的高精度直流大电流输出直流源，具体涉及一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置。
背景技术
电力电子技术的快速发展引领了新一轮技术革命。当前，直流技术快速发展，电动汽车、特高压直流输电等技术从探索阶段走向了成熟。电动汽车成为了全球最热门的行业之一，为国人熟知的美国特斯拉、国内的比亚迪E系列等等，都已走向了市场；自向家坝-上海、锦屏-苏南等±800kV特高压直流输电工程投运以来，目前国内已建成或在建的特高压直流输电线路达10多条。
直流技术的应用也催动了直流计量领域的快速发展。针对电动汽车充电和特高压直流输电中的直流计量装置(包括直流电压互感器、直流电流互感器、直流电能表等装置)的检定和检验，目前许多企业和机构做了大量工作。如南瑞继保、西安西电等公司已生产用于计量直流电流、电压用的互感器；威胜、科陆等公司已研制出用于计量电动汽车充电的直流计量装置并已投入使用等等。多个机构已研制出用于实验室检定直流计量装置的标准直流设备。直流装置的技术要求和检测方法相关规程也不断出台。国网公司企业标准QGDW530-2010《高压直流输电直流电子式电流互感器技术规范》、QGDW531-2010《高压直流输电直流电子式电压互感器技术规范》，国家计量检定规程JJG 842-1993《直流电能表》、JJG 982-2003《直流电阻箱》，对直流互感器、直流电能表、电阻箱的技术要求和检定方法等做出了详细规定。
当前，大量有关直流计量设备的检定工作正如火如荼地开展。在实验室可完成大电流直流表的检定工作。但是由于实验室高精度大输出的直流源通常存在体积大、设备笨重的问题，搬到现场去开展现场检定工作十分困难。因此有必要研制一种高精度大输出的标准源，便于计量装置现场周期检定工作的开展。
发明内容
本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种输出电流大、输出精度高、扩展和简化灵活方便、应用范围广的基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提供一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，实施步骤包括：
1)预先将各个用于输出直流电流的直流输出单元的输出端并联，通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，来判断各个直流输出单元之间信号输出是否同步，如果各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则，跳转执行步骤2)；
2)通过上位机向各个直流输出单元发出电流输出指令；
3)各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流；
4)将各个直流输出单元的输出直流电流并联汇流输出。
优选地，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，各个直流输出单元输出电流的同时，启动计数器计数；
1.2)经过指定时间后，各个直流输出单元停止输出电流的同时，通过上位机向各个直流输出单元再次发出同步触发脉冲，且各个直流输出单元的计数器分别在同步脉冲触发下停止计时；
1.3)指定一个直流输出单元作为主机、其余直流输出单元作为从机，将主机、从机计数数值相减，如果相减结果均大于预设阈值，则判定各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则判定各个直流输出单元之间信号输出同步，跳转执行步骤2)。
优选地，步骤3)中根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成模拟电流信号I0的详细步骤包括：
S1)将各次谐波含量和谐波相位值生成纹波波形数据；同时，发出频率控制字K作为相位累加器的输入，所述相位累加器由N位加法器和N位寄存器级联组成，所述频率控制字K为二进制编码的相位增量值；
S2)相位累加器将N位寄存器的输出反馈到N位加法器的输入端实现累加的功能，在每一个时钟脉冲fc，N位加法器把频率控制字K累加一次，且通过N位寄存器输出相应增加一个步长的相位增量，使得相位累加器的输出为以K为步长的线性递增序列，将所述以K为步长的线性递增序列存储在波形存储器中；
S3)根据纹波波形数据对所述波形存储器进行查表抽样得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号I0。
优选地，步骤S3)将纹波信号进行D/A转换时，具体是指接收来自上位机发出的同步触发脉冲，每收到一个同步触发脉冲则引发一次触发脉冲中断，同时通过设置为PPS输出模式的同步信号源向各个直流输出单元的控制单元输出同步信号，各个直流输出单元的控制单元采用同步锁相机制捕捉输出波形的过零时刻，当捕捉到D/A转换模块输出波形的过零时刻则引发一次DAC过零中断，然后获取相邻的触发脉冲中断、DAC过零中断之间的时间差，并将该时间差输入DDS数字频率合成器得到DAC频率控制信号，将所述DAC频率控制信号输入D/A转换模块的控制端，控制D/A转换模块将输入的纹波信号进行D/A转换，得到指定频率的模拟电流信号I0。
本发明还提供一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，包括上位机和两个以上的直流输出单元，所述直流输出单元包括控制单元、纹波输出模块、误差放大器、电流功放标准源和直流传感器，所述控制单元分别与上位机相连，所述控制单元的输出端和纹波输出模块相连，所述误差放大器的一路输入端和纹波输出模块的输出端相连、另一路输入端和直流传感器的输出端相连，所述误差放大器的输出端和电流功放标准源相连，所述直流传感器的输入端和电流功放标准源的输出端相连，且所有直流输出单元的电流功放标准源的输出端并联后作为直流大电流标准源输出端；所述上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，来判断各个直流输出单元之间信号输出是否同步，如果各个直流输出单元之间信号输出同步则向各个直流输出单元发出电流输出指令；各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流；各个直流输出单元的输出直流电流并联汇流输出。
优选地，所述控制单元包括微处理器和通讯接口，所述微处理器通过通讯接口和上位机相连，所述纹波输出模块和微处理器的输出端相连。
优选地，所所述控制单元还包括显示器和键盘模块，所述显示器、键盘模块分别与微处理器相连。
优选地，所所述控制单元还包括脉冲采集器，所述脉冲采集器的输出端与微处理器相连。
优选地，所所述纹波输出模块包括DSP处理器、N位加法器、N位寄存器、波形存储器、D/A转换模块和参考时钟模块，所述DSP处理器和微处理器相连，所述N位加法器、N位寄存器两者串接形成相位累加器，所述DSP处理器的输出端与相位累加器的输入端相连，所述N位寄存器的输出与波形存储器的地址线相连，所述DSP处理器的波纹波形数据输出端、参考时钟模块的输出端共同与波形存储器相连，所述D/A转换模块的输入端分别与波形存储器、参考时钟模块相连，所述DSP处理器对波形存储器进行查表、把存储在波形存储器中二进制编码值形式的信号抽样值查出得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号，所述D/A转换模块的输出端和误差放大器相连。
本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法具有下述优点：
1、本发明在各个直流输出单元之间信号输出同步的前提下，通过上位机向各个直流输出单元发出电流输出指令，各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流，采用并联汇流技术，通过多路完全一致的驱动信号的小电流输出结合反馈调节，获得无畸变的高精度线性大电流输出，具有输出电流大、输出精度高、扩展和简化灵活方便的优点。
2、本发明可检定直流电能表、直流电流表、直流互感器、直流功率表，且支持上位机软件程控输出，支持二次开发，具有应用范围广的优点。
本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置具有下述优点：本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置为本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法对应的装置，通过其部件及其连接关系，能够实现本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，同样也具有本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法的前述优点，在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。
图2为本发明实施例中信号输出同步判断的流程示意图。
图3为本发明实施例中D/A转换的同步控制原理示意图。
图4为本发明实施例装置的原理结构示意图。
图5为本发明实施例中纹波输出模块的原理结构示意图。
图6为本发明实施例装置应用于直流电能表误差测试的结构示意图。
图例说明：1、上位机；2、直流输出单元；21、控制单元；211、微处理器；212、通讯接口；213、脉冲采集器；214、键盘模块；215、脉冲采集器；22、纹波输出模块；221、DSP处理器；222、N位加法器；223、N位寄存器；224、波形存储器；225、D/A转换模块；226、参考时钟模块；23、误差放大器；24、电流功放标准源；25、直流传感器。
具体实施方式
如图1所示，本实施例基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法的实施步骤包括：
1)预先将各个用于输出直流电流的直流输出单元的输出端并联，通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，来判断各个直流输出单元之间信号输出是否同步，如果各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则，跳转执行步骤2)；
2)通过上位机向各个直流输出单元发出电流输出指令；
3)各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流；
4)将各个直流输出单元的输出直流电流并联汇流输出。
下文将以两个直流输出单元为例，且将两台直流输出单元采用主机和从机的方式进行说明，对本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置进行进一步的说明。需要说明的是，本实施例两台直流输出单元采用主机和从机的方式仅仅是为了便于说明，在输出电流环节，两台直流输出单元之间地位完全相同；此外也可以根据需要采用更多的直流输出单元，其原理与本实施例相同，故在此不再赘述。
各个直流输出单元的时钟模块是否准确一致，极大程度上决定了源是否能同步输出。本实施例中，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，各个直流输出单元输出电流的同时，启动计数器计数；
1.2)经过指定时间后，各个直流输出单元停止输出电流的同时，通过上位机向各个直流输出单元再次发出同步触发脉冲，且各个直流输出单元的计数器分别在同步脉冲触发下停止计时；
1.3)指定一个直流输出单元作为主机、其余直流输出单元作为从机，将主机、从机计数数值相减，如果相减结果均大于预设阈值，则判定各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则判定各个直流输出单元之间信号输出同步，跳转执行步骤2)。
参见图2，本实施例中采用应答反馈机制，当上位机的同步触发脉冲发出后，主机、从机内部的计数器在同步脉冲触发下开始计数；直流输出单元停止输出的同时，计数器在同步脉冲触发下停止计时；停止计时的时候，主机、从机分别将主机计数器计数Pcnt1和从机计数器计数Pcnt2发送至上位机比较，上位机计算主机、从机之间的将主机、从机计数数值相减得到相减结果△Pcnt，△Pcnt＝Pcnt1-Pcnt2，当相减结果△Pcnt小于等于预设的阈值Pcnt0时，判定主机、从机之间信号输出同步，当相减结果△Pcnt大于预设的阈值Pcnt0时，判定主机、从机之间信号输出不同步。
本实施例中，步骤3)中根据各次谐波含量和谐波相位值生成模拟电流信号I0的详细步骤包括：
S1)将各次谐波含量和谐波相位值生成纹波波形数据；同时，发出频率控制字K作为相位累加器的输入，相位累加器由N位加法器和N位寄存器级联组成，频率控制字K为二进制编码的相位增量值；
S2)相位累加器将N位寄存器的输出反馈到N位加法器的输入端实现累加的功能，在每一个时钟脉冲fc，N位加法器把频率控制字K累加一次，且通过N位寄存器输出相应增加一个步长的相位增量，使得相位累加器的输出为以K为步长的线性递增序列，将以K为步长的线性递增序列存储在波形存储器中；
S3)根据纹波波形数据对波形存储器进行查表抽样得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号I0。
如图3所示，步骤S3)将纹波信号进行D/A转换时，具体是指接收来自上位机发出的同步触发脉冲，每收到一个同步触发脉冲则引发一次触发脉冲中断，同时通过设置为PPS输出模式的同步信号源向各个直流输出单元的控制单元输出同步信号，各个直流输出单元的控制单元采用同步锁相机制捕捉输出波形的过零时刻，当捕捉到D/A转换模块输出波形的过零时刻则引发一次DAC过零中断，然后获取相邻的触发脉冲中断、DAC过零中断之间的时间差，并将该时间差输入DDS数字频率合成器得到DAC频率控制信号，将DAC频率控制信号输入D/A转换模块的控制端，控制D/A转换模块将输入的纹波信号进行D/A转换，得到指定频率的模拟电流信号I0。本实施例中，同步信号源采用XL8061，且将XL8061设置为秒脉冲PPS(Pulse Per Second)输出模式，将PPS输出连接到直流输出单元的同步输入口上。采用同步锁相控制方案，利用DSP内部的捕获单元、通用定时器和比较单元，实现对主机和从机输出信号的捕获，达到主机和从机输出信号同频同相的目的，实现电流输出源的同步。本实施例的基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法采用同步锁相机制，捕捉输出波形的过零时刻，始终保持过零时刻和过零触发脉冲同步，同步误差小于4us，一般保持在1us左右。
本实施例各个直流输出单元的控制单元采用同步锁相机制捕捉输出波形的过零时刻，当捕捉到D/A转换模块输出波形的过零时刻则引发一次DAC过零中断，从而使得各个直流输出单元的输出可以在同步触发脉冲下实现同步输出，使其始终保持和过零触发脉冲同步。锁相功能是通过DDS数字频率合成器的频率微调机制来实现的，可以通过微调DDS数字频率合成器的频率来控制D/A转换的速率，D/A转换输出速率的改变实际就改变了输出波形的频率，从而能够实现对外部同步触发脉冲的同步跟踪。***通过过零中断记录触发脉冲和D/A转换模块过零的时刻，通过比较过零时刻的差异来调节DDS数字频率合成器的输出，DDS数字频率合成器的输出作为D/A转换模块的输出时钟，调节DDS数字频率合成器的输出就可以调节D/A转换模块的过零时刻，直到D/A转换模块的过零时刻和触发脉冲的到来时刻基本同步。调节过程使用PID调节方式来锁相，让***的频率输出时刻跟踪上触发信号。由于中断响应时间是不确定的，在程序修改、或不同的控制板的情况下，都可能导致中断响应时间的差异，为了能够精确补偿由于中断响应不同导致的锁相误差，在上位机的软件上设置有触发延迟补偿设置，可在出厂前人工给定一个补偿值来调整最终的同步误差。
如图4所示，本实施例的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置包括上位机1和两个以上的直流输出单元2，直流输出单元2包括控制单元21、纹波输出模块22、误差放大器23、电流功放标准源24和直流传感器25，控制单元21分别与上位机1相连，控制单元21的输出端和纹波输出模块22相连，误差放大器23的一路输入端和纹波输出模块22的输出端相连、另一路输入端和直流传感器25的输出端相连，误差放大器23的输出端和电流功放标准源24相连，直流传感器25的输入端和电流功放标准源24的输出端相连，且所有直流输出单元2的电流功放标准源24的输出端并联后作为直流大电流标准源输出端。本实施例的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置通过上位机1对直流输出单元2进行控制，上位机1经串口线与直流输出单元2连接，在上位机1端设定输出值，通过两路完全一致的驱动数字信号驱动直流输出单元2的控制单元21发出信号输出指令，在控制单元21的同步控制下，通过纹波输出模块22输出纹波，再由误差放大器23进行闭环反馈调节后通过电流功放标准源24输出直流电流，在将直流大电流并联汇流后获得无畸变的高精度线性大电流。
参见图4，本实施例具体包括两台直流输出单元2，当所需输出电流较大时，通过两台直流输出单元2并联输出，并联时一台作为主机，一台作为从机，且均通过上位机1进行控制，上位机1经串口与主机、从机相连，两台设备的电流输出并在一起，正端和正端一起，负端和负端一起，接至被测负载上。主机、从机的控制单元21依据电流设定值大小输出离散数字信号给纹波输出模块22，经纹波输出模块22进行纹波合成以及数模转换后得到的纹波信号，纹波信号经误差放大器23闭环控制后输入电流功放标准源24，经电流功放标准源24进行功率放大并耦合输出稳定电流源。同时，模拟电路中置有直流传感器25(零磁通电流传感器)，测量电流功放标准源24的输出端电流值Ix，Ix反馈至误差放大器23，进入误差放大器23的测量值Ix与用户设定值I0进行比较，根据两者比较的差值来调节实际源的输出值，以保证源的输出值时刻与设定值一致，保证源的负载调整率控制在±0.05％RD之内(负载从空载至满载)。电流功放标准源通过mV级的小电压信号，可产生各量程直流电流，设计电流量程为：0.2A、1A、5A、10A、30A、60A、120A、300A，采用并联汇流输出时，可输出600A，允许各量程最大超调120％，稳定度：0.01％/3min。
如图4所示，控制单元21包括微处理器211和通讯接口212，微处理器211通过通讯接口212和上位机相连，纹波输出模块22和微处理器211的输出端相连。
如图4所示，控制单元21还包括显示器213和键盘模块214，显示器213、键盘模块214分别与微处理器211相连。
如图4所示，控制单元21还包括脉冲采集器215，脉冲采集器215的输出端与微处理器211相连，可用于采集被测直流电能表有功红外脉冲、实现直流电能表误差测试。
本实施例中纹波输出模块22采用DSP+DAC进行离散信号拟合实现纹波输出。如图5所示，纹波输出模块22包括DSP处理器221、N位加法器222、N位寄存器223、波形存储器224、D/A转换模块225和参考时钟模块226，DSP处理器221和微处理器211相连，N位加法器222、N位寄存器223两者串接形成相位累加器，DSP处理器221的输出端与相位累加器的输入端相连，N位寄存器223的输出与波形存储器224的地址线相连，DSP处理器221的波纹波形数据输出端、参考时钟模块226的输出端共同与波形存储器224相连，D/A转换模块225的输入端分别与波形存储器224、参考时钟模块226相连，DSP处理器221对波形存储器224进行查表、把存储在波形存储器224中二进制编码值形式的信号抽样值查出得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块225进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号，D/A转换模块225的输出端和误差放大器23相连。根据傅里叶变换定理，任何满足狄利克雷条件的周期信号都可以分解为一系列正弦或者余弦信号之和，而根据奈奎斯特采样定理，当抽样频率大于或者等于模拟信号最高频率的两倍时，可由抽样得到的离散序列无失真地恢复出原始模拟信号。在上位机1的软件界面通过键盘输入设定各次谐波含量和谐波相位值，采用直流数字频率合成技术，得到相应的离散数字信号序列并存储于波形存储器224中，波形存储器224输出的离散数字信号送至D/A转换模块225，DSP处理器221对波形存储器224进行查表、把存储在波形存储器224中二进制编码值形式的信号抽样值查出得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块225进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号，从而合成出纹波信号，从而得到包含各次谐波含量和谐波相位值的精确电流源。本实施例中主机和从机输出的直流电流经并联汇流后，输出至相应被测设备，最终输出的电流值为主机电流的2倍，通过多直流输出单元2同步组合输出，可输出更大的直流电流。本实施例中，DSP处理器221采用32位DSP，D/A转换模块225采用和双16位DAC，在DSP处理器221和可调的参考时钟模块226控制下，由波形合成电路输出数字信号，经D/A变换后得到连续低失真的具有一定幅值的高精度模拟直流电流信号。
在工作时，预先通过上位机1设定各次谐波含量和谐波相位值，上位机1将设定值数字序列发送至主机和从机的微处理器211，微处理器211将数据信息发送至DSP处理器221，经DSP处理器221处理后，将纹波波形数据输出至波形存储器224存储，同时发出频率控制字K，K是二进制编码的相位增量值，作为相位累加器的输入。相位累加器由N位加法器222、N位寄存器223级联而成，它将N位寄存器223的输出反馈到N位加法器222的输入端实现累加的功能。在每一个时钟脉冲fc，相位累加器把频率字K累加一次，相位累加器的输出相应增加一个步长的相位增量，相位累加器的输出数据实质上是以K为步长的线性递增序列，它反映了合成信号的相位信息。相位累加器的输出与波形存储器224的地址线相连，DSP处理器221对波形存储器224进行查表，把存储在波形存储器224中的信号抽样值(二进制编码值)查出。在***时钟脉冲的作用下，相位累加器不停的累加，即不停查表。波形存储器224的输出数据送到D/A转换器225，D/A转换器225将数字量形式的波形幅度值转换成一定频率的模拟信号，将波形重新合成出来。
本实施例基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置具有精度高、输出大、重量轻、便于搬运的特点，而且能够满足对直流电流表的检定要求，符合国家电网公司企业标准Q/GDW1826-201《直流电能表检定装置技术规范》及国家计量检定规程JJG 842《直流电能表检定规程》的要求。本实施例基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置的主要功能有：1、为0.1级及其以上直流电流计量提供溯源。2、输出高精度的直流电流，精度优于0.05％。3、可作为单独的直流标准源使用，可单独输出0～600A的直流电流。4、用于直流表的校准、模拟直流充电过程。5、模拟电动汽车充电桩恒流充电。本实施例基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置的主要技术参数为：电流量程：0.2A、1A、5A、10A、30A、60A、120A、300A、600A；电流输出范围：0～600A；精度：0.05RD％；稳定度：0.01％；端口电压：最大3V；负载调整率：0.01％；工作电压：AC 220V±5％，50Hz±5％；工作温度：-10℃～55℃；相对温度：≤85％；整机体积：830mm×630mm×600mm；冷却方式：强制风冷；液晶显示：800×600。
在应用时，本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置可以与电源、整流模块、功放、测控模块、直流电流输出整合为一体，满足实验室检定和现场检定的需要。
例如，采用脉冲倍频方式，实现直流电能表误差测试。基于主机和从机输出电流并联汇流的技术输出直流电流，主机输出设定的直流电压至被测直流电能表。通过电流传感器和精密电阻分压网络测量本发明基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置的输出电流和电压，经高速数据采集芯片和模数转换模块，将测量值转换为离散数字信号，并发送至DSP功率产生模块运算得到主机输出功率，以上过程相当于组成了一个高精度的标准电能表。同时，主机配置的脉冲采集器215采集被测直流电能表有功红外脉冲，由于流经主机的标准表电流只有流入被测表计电流的1/2，将主机计算得到的有功功率乘以2，与被测电能表功率进行比较，得到被测直流电能表误差；对采集脉冲进行分频处理，实现直流电能表现场虚负荷误差测试。
例如，采用脉冲倍频方式，实现直流电能表误差测试。如图6所示，在实现直流电能表误差测试时，主机和从机之间在分工上有所区别，且主机上的直流输出单元2采用了一个控制单元21共用两套后端的设备，一套后端的设备采用图4所示的直流输出单元2经典结构，包括纹波输出模块22、误差放大器23、电流功放标准源24和直流传感器25；另一套后端的设备包括纹波输出模块22、误差放大器23、电压功放标准源和电压传感器，电压传感器采集电压功放标准源输出端的电压并作为误差放大器23的闭环输入；从机则采用图4所示的直流输出单元2经典结构。电压功放标准源输出的电压、主机的电流功放标准源24输出的电流、从机的电流功放标准源24输出的电流三者一起分别将电压或电流输出给被测直流电能表，且电压功放标准源输出的电压、主机的电流功放标准源24输出的电流和功率生产模块的输入端相连，功率生产模块的输出端和误差比较模块的一个输入端相连，误差比较模块的另一个输入端则通过脉冲采集器和被测直流电能表相连。参见图6，在工作时，微处理器211发出输出量值信号至纹波输出模块22的DSP处理器221，确定输出量值数字量的大小，由DSP处理器221和D/A转换器225等电路组成的信号源输出一个小数值的模拟量U0至误差放大器23，经电压功放标准源输出直流电压，同时电压传感器作为直流电压测量模块，测量输出电压并按比例缩小至Ux，将Ux反馈至误差放大器23，与模拟量U0通过减法运算(Ux-U0)后得到电压差△U，电压差△U作为电压补偿部分输出至电压功放标准源，电压测量模块的输出量与电压功放标准源输出量成固定比例。主机的DSP处理器221在波形存储器224中为存放的电流、电压数据均由时钟模块打上时标，得到电压功放标准源输出的电压u(j)、主机的电流功放标准源24输出的电流i(j)，电压功放标准源输出的电压u(j)、主机的电流功放标准源24输出的电流i(j)发送至功率产生模块，功率产生模块将电压u(j)、电流i(j)一一对应进行相乘，得到离散的功率数据序列P0，由于主机输出电流为输入直流电能表电流的一半，由式(1)可知，主机运算得到的功率为被测直流电能表功率的1/2。因此主机功率产生模块将P0乘以2倍，变为2P0后输出。
式(1)中，W表示功率，u(j)表示第j次采样得到的电压功放标准源输出的电压、i(j)表示第j次采样得到的主机的电流功放标准源24输出的电流，N表示采样数据的数量，Δt表示采样间隔。误差比较模块比较被测直流电能表功率Px与2倍主机功率2P0，误差比较模块并非直接对功率进行比较，而是比较在单位时间内，两者计量电量的大小。主机的微处理器211外置的脉冲采集器215采集被测电能表的有功脉冲，采集的两个脉冲间隔T时间内，被测直流电能表走字如式(2)所示，标准直流电能表走字如式(3)所示；
式(2)和式(3)中，Wx表示被测直流电能表走字，W0表示标准直流电能表走字，Px代表被测直流电能表功率，P0代表主机功率，Δt1表示主机电压、电流采样时间间隔，Δt2表示被测直流电能表电压、电流采样时间间隔，T为两个脉冲间隔。误差比较模块根据式(4)计算得到被测直流电能表误差，采集被测表多个脉冲的方式可计算得到更准确的被测直流电能表误差。
η＝(Wx-W0)/W0×100％ (4)
式(4)中，Wx表示被测直流电能表走字，W0表示标准直流电能表走字，η表示被测直流电能表误差。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，其特征在于实施步骤包括：
1)预先将各个用于输出直流电流的直流输出单元的输出端并联，通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，来判断各个直流输出单元之间信号输出是否同步，如果各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则，跳转执行步骤2)；
2)通过上位机向各个直流输出单元发出电流输出指令；
3)各个直流输出单元解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流；
4)将各个直流输出单元的输出直流电流并联汇流输出。
2.根据权利要求1所述基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，其特征在于，步骤1)的详细步骤包括：
1.1)通过上位机向各个直流输出单元发出同步触发脉冲，各个直流输出单元输出电流的同时，启动计数器计数；
1.2)经过指定时间后，各个直流输出单元停止输出电流的同时，通过上位机向各个直流输出单元再次发出同步触发脉冲，且各个直流输出单元的计数器分别在同步脉冲触发下停止计时；
1.3)指定一个直流输出单元作为主机、其余直流输出单元作为从机，将主机、从机计数数值相减，如果相减结果均大于预设阈值，则判定各个直流输出单元之间信号输出不同步，跳转执行步骤1)；否则判定各个直流输出单元之间信号输出同步，跳转执行步骤2)。
3.根据权利要求1所述基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，其特征在于，步骤3)中根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成模拟电流信号I0的详细步骤包括：
S1)将各次谐波含量和谐波相位值生成纹波波形数据；同时，发出频率控制字K作为相位累加器的输入，所述相位累加器由N位加法器和N位寄存器级联组成，所述频率控制字K为二进制编码的相位增量值；
S2)相位累加器将N位寄存器的输出反馈到N位加法器的输入端实现累加的功能，在每一个时钟脉冲fc，N位加法器把频率控制字K累加一次，且通过N位寄存器输出相应增加一个步长的相位增量，使得相位累加器的输出为以K为步长的线性递增序列，将所述以K为步长的线性递增序列存储在波形存储器中；
S3)根据纹波波形数据对所述波形存储器进行查表抽样得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号I0。
4.根据权利要求3所述基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法，其特征在于，步骤S3)将纹波信号进行D/A转换时，具体是指接收来自上位机发出的同步触发脉冲，每收到一个同步触发脉冲则引发一次触发脉冲中断，同时通过设置为PPS输出模式的同步信号源向各个直流输出单元的控制单元输出同步信号，各个直流输出单元的控制单元采用同步锁相机制捕捉输出波形的过零时刻，当捕捉到D/A转换模块输出波形的过零时刻则引发一次DAC过零中断，然后获取相邻的触发脉冲中断、DAC过零中断之间的时间差，并将该时间差输入DDS数字频率合成器得到DAC频率控制信号，将所述DAC频率控制信号输入D/A转换模块的控制端，控制D/A转换模块将输入的纹波信号进行D/A转换，得到指定频率的模拟电流信号I0。
5.一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，其特征在于：包括上位机(1)和两个以上的直流输出单元(2)，所述直流输出单元(2)包括控制单元(21)、纹波输出模块(22)、误差放大器(23)、电流功放标准源(24)和直流传感器(25)，所述控制单元(21)分别与上位机(1)相连，所述控制单元(21)的输出端和纹波输出模块(22)相连，所述误差放大器(23)的一路输入端和纹波输出模块(22)的输出端相连、另一路输入端和直流传感器(25)的输出端相连，所述误差放大器(23)的输出端和电流功放标准源(24)相连，所述直流传感器(25)的输入端和电流功放标准源(24)的输出端相连，且所有直流输出单元(2)的电流功放标准源(24)的输出端并联后作为直流大电流标准源输出端；所述上位机(1)向各个直流输出单元(2)发出同步触发脉冲，来判断各个直流输出单元(2)之间信号输出是否同步，如果各个直流输出单元之间信号输出同步则向各个直流输出单元(2)发出电流输出指令；各个直流输出单元(2)解析电流输出指令得到待生成电流的各次谐波含量和谐波相位值，根据所述各次谐波含量和谐波相位值生成指定频率的模拟电流信号I0；各个直流输出单元将当前的输出直流电流采样并缩小指定倍数得到采样电流Ix，将采样电流Ix和模拟电流信号I0做差得到电流补偿部分△I，将电流补偿部分△I输入电流功放标准源，通过电流功放标准源得到各个直流输出单元的输出直流电流；各个直流输出单元(2)的输出直流电流并联汇流输出。
6.根据权利要求5所述的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，其特征在于：所述控制单元(21)包括微处理器(211)和通讯接口(212)，所述微处理器(211)通过通讯接口(212)和上位机相连，所述纹波输出模块(22)和微处理器(211)的输出端相连。
7.根据权利要求5所述的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，其特征在于：所述控制单元(21)还包括显示器(213)和键盘模块(214)，所述显示器(213)、键盘模块(214)分别与微处理器(211)相连。
8.根据权利要求5所述的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，其特征在于：所述控制单元(21)还包括脉冲采集器(215)，所述脉冲采集器(215)的输出端与微处理器(211)相连。
9.根据权利要求5所述的基于并联汇流的直流大电流标准源输出装置，其特征在于：所述纹波输出模块(22)包括DSP处理器(221)、N位加法器(222)、N位寄存器(223)、波形存储器(224)、D/A转换模块(225)和参考时钟模块(226)，所述DSP处理器(221)和微处理器(211)相连，所述N位加法器(222)、N位寄存器(223)两者串接形成相位累加器，所述DSP处理器(221)的输出端与相位累加器的输入端相连，所述N位寄存器(223)的输出与波形存储器(224)的地址线相连，所述DSP处理器(221)的波纹波形数据输出端、参考时钟模块(226)的输出端共同与波形存储器(224)相连，所述D/A转换模块(225)的输入端分别与波形存储器(224)、参考时钟模块(226)相连，所述DSP处理器(221)对波形存储器(224)进行查表、把存储在波形存储器(224)中二进制编码值形式的信号抽样值查出得到纹波信号，且将纹波信号通过D/A转换模块(225)进行D/A转换得到指定频率的模拟电流信号，所述D/A转换模块(225)的输出端和误差放大器(23)相连。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611091159.4A CN106772176B (zh) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | 一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201611091159.4A CN106772176B (zh) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | 一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106772176A CN106772176A (zh) | 2017-05-31 |
| CN106772176B true CN106772176B (zh) | 2019-07-09 |
Family
ID=58915682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201611091159.4A Active CN106772176B (zh) | 2016-12-01 | 2016-12-01 | 一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106772176B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108646207B (zh) * | 2018-05-31 | 2020-02-18 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 直流电流测量装置电流阶跃标准源试验装置和试验方法 |
| CN109905146B (zh) * | 2019-03-06 | 2020-10-23 | 成都国星通信有限公司 | 一种基于突发读取的存储扩频码流同步*** |
| CN111413561A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-14 | 哈尔滨工业大学 | 具有状态监测功能的电源纹波模拟*** |
| CN111665460B (zh) * | 2020-05-29 | 2021-07-06 | 南方电网数字电网研究院有限公司 | 传感器直流分量补偿方法、装置和传感器装置 |
| CN112290795B (zh) * | 2020-09-28 | 2022-05-10 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种优化线性电流功放功耗的装置及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202306370U (zh) * | 2011-09-21 | 2012-07-04 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种直流大电流发生器 |
| CN103095297A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-05-08 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 直接数字频率合成器产生精准频率的方法 |
| JP2016039759A (ja) * | 2014-08-11 | 2016-03-22 | 株式会社椿本チエイン | 電力供給システム及び電力変換装置 |
| CN105652230A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-08 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种基于标准源的直流电流互感器现场校验装置及方法 |
-
2016
- 2016-12-01 CN CN201611091159.4A patent/CN106772176B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202306370U (zh) * | 2011-09-21 | 2012-07-04 | 广东电网公司电力科学研究院 | 一种直流大电流发生器 |
| CN103095297A (zh) * | 2013-01-06 | 2013-05-08 | 中国电子科技集团公司第十研究所 | 直接数字频率合成器产生精准频率的方法 |
| JP2016039759A (ja) * | 2014-08-11 | 2016-03-22 | 株式会社椿本チエイン | 電力供給システム及び電力変換装置 |
| CN105652230A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-06-08 | 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 | 一种基于标准源的直流电流互感器现场校验装置及方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 10kA强直流电流标准源的研制;邓文等;《中国新技术新产品》;20151231(第9期);摘要，第1-2节 |
| 600A直流电流标准源的设计;李莉;《仪表技术》;20080423(第4期);第1-3节 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106772176A (zh) | 2017-05-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106772176B (zh) | 一种基于并联汇流的直流大电流标准源输出方法及装置 | |
| CN106771556B (zh) | 一种基于量子技术的交流功率差分测量***及方法 | |
| CN202443082U (zh) | 具有通用性的模拟量输入合并单元测试*** | |
| CN102928803B (zh) | 一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置 | |
| CN103163499A (zh) | 同步相量测量单元pmu检测装置 | |
| CN205176248U (zh) | 智能变电站电子式互感器测量准确性仿真测试比对*** | |
| CN103995198B (zh) | 一种模拟量输入合并单元计量性能检测装置及其检测方法 | |
| CN202995020U (zh) | 一种基于数字源的电子式互感器校验仪校验装置 | |
| CN110297206A (zh) | 基于ir46标准的三相电能表检定装置功率源 | |
| CN104459435B (zh) | 一种用于变电站的接线验证方法及装置 | |
| CN102375106A (zh) | 一种电子式互感器谐波影响测试装置 | |
| CN106054110A (zh) | 一种智能电能表谐波影响测试方法 | |
| CN110441724A (zh) | 一种用于对直流电压互感器二次测量***进行校验的装置 | |
| CN106054102A (zh) | 一种电流互感器谐波误差测量*** | |
| CN111562542A (zh) | 一种电能表故障激励测试环境构建***及方法 | |
| CN115638952A (zh) | 多点压力数据同步并行采集***及应用方法 | |
| CN202661620U (zh) | 电子式互感器及合并单元的校检*** | |
| CN202939299U (zh) | 一种基于同步脉冲输出电源的电子式互感器校验装置 | |
| CN105137240A (zh) | 一种智能变电站合并单元量测量仿真***及闭环测试方法 | |
| CN201765317U (zh) | 多同步接口的便携式光电互感器校验*** | |
| CN106209090B (zh) | 一种基于fpga的合并单元秒脉冲同步输出***及方法 | |
| CN205920215U (zh) | 一种电流互感器谐波误差测量*** | |
| CN204129201U (zh) | 一种高压电能计量设备误差检测装置 | |
| CN206991157U (zh) | 一种基于dds调节的外脉冲触发同步谐波功率源 | |
| CN110488214A (zh) | 直流互感器校验仪及工作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |