CN108872921A - 一种直流电流互感器宽频特性校验装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流互感器宽频特性校验装置和方法，属于智能设备关键技术。本发明装置包括：时钟同步装置、报文解析装置、高速采集卡，和数字校验***，数字校验***接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。本发明具备能够实现模拟量信号和数字量信号输出的直流电流互感器的宽频特性校验和稳态误差校验功能，能够精确测量直流电流互感器的宽频误差，为直流电流互感器的宽频测量特性精确校准提供了一种技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及智能设备关键技术领域，并且更具体地涉及一种直流电流互感器宽频特性校验装置和方法。
背景技术
随着全球能源互联网建设的推进以及直流输电的不断发展，直流互感器应用也越来越广泛，为保证直流输电***的安全稳定可靠运行，需要对直流互感器的测量准确可靠性提出更高的要求，直流互感器校准检测的需要将逐渐增加。国家标准GB/T 26216.1和GB/T 26216.2规定了直流电流互感器的直流准确度、频率响应、截止频率和阶跃响应等要求，对电流的快速测量和响应也是直流控保***的基本要求，这些都对直流电流互感器的宽频测量特性提出了严格的要求。但由于试验条件限制，现有试验体系只进行了直流互感器的直流准确度试验，对宽频测量特性的校验技术研究较小，导致直流电流互感器的宽频校验特性试验开展较少。对于数字量输出的直流电流互感器，由于需要解析FT3数字报文并针对离散数字信号进行傅里叶计算得到比差和角差，因此相比传统交流互感器宽频校验，直流电流互感器的宽频特性校验难度更高，开展的研究较少。
随着直流输电技术日益成熟及直流电流互感器宽频特性校验的需求逐渐增加，国内从事高准确度、宽频电流测量研究主要是中国计量科学研究院、中国电力科学研究院及一些大学，目前都在积极开展直流电流互感器宽频特性校验相关的科学研究。
中国电力科学研究院有限公司申请的实用新型专利一种宽频电流互感器校验仪(专利号：201420466252.9)采用锁相放大器作为及数字多用表用于模拟量输出的宽频电流互感器的宽频特性校验，校准频率范围为50Hz～3000Hz，不适用于数字量输出的直流电流互感器；云南电网有限责任公司电力科学研究院申请的发明专利一种直流电压互感器频率响应检测装置(专利号：201621373266.1)采用频率检测电路及波形匹配电路实现数字量输出直流互感器宽频特性进行校验，不适用于模拟量输出直流互感器。广东电网有限责任公司电力科学研究院申请的发明专利一种高精度高压直流互感器校验仪(专利号：201510007457.X)和一种兼容模拟量和数字量校验功能的直流互感器校验仪(专利号：201510270926.7)采用双A/D采样模块及基于IEC61850协议的网络通信模块用于模拟量或数字量输出的直流互感器的频率特性校验，频率范围为50Hz～1200Hz。中国电力科学研究院在直流互感器宽频特性校验方面积累了诸多经验，目前正在牵头起草多项直流互感器相关的检定规程、电力行业标准和企业标准，完善直流互感器的技术规范和校准检测标准。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种直流电流互感器宽频特性校验装置，本发明所述装置包括：时钟同步装置，向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
报文解析装置，当报文解析装置接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出的数字量信号并解析成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***
高速采集卡，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***，接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。
可选的，数字量信号为IEC61850报文或FT3报文。
可选的，报文解析装置采用FPGA并行处理设计架构和PPC8313嵌入式处理器。
可选的，报文解析装置具有支持IEC61850报文的以太网端口、FT3报文的ST光纤端口、PPS和IRIG-B的光同步端口和以太网通信端口。
可选的，报文解析装置接收直流互感器输出的IEC61850报文或FT3报文，在FPGA并行处理设计架构中进行解码和串并转换，将收到的报文进行缓冲处理，然后通过并行总线传输至PPC8313嵌入式处理器，PPC8313嵌入式处理器对FPGA并行处理设计架构传输的报文打包成离散采样数据。
可选的，高速采集卡为PXIe-5922采集卡，所述高速采集卡包括两个模拟量信号输入端口、一个外部同步触发端口和一个PXI总线接口，所述高速采集卡采样率设置为2MHz。
可选的，数字校验***是基于X86构架和Windows操作***的硬件平台，安装有基于LabVIEW软件开发的上位机软件。
可选的，数字校验***的上位机软件中设置模拟量校验模式和数字量校验模式，实现模拟量和数字量输出直流互感器的校验功能。
可选的，数字校验***在接收到报文解析装置和高速采集卡输出的离散采样数据后，分别对两组离散采样数据进行离散傅里叶变换，得到标准互感器和直流互感器的离散采样信号在各频率下的幅值和相位信息。
可选的，数字校验***的上位机软件显示标准互感器和直流互感器的采样波形，具有报文解析装置和高速采集卡参数设置功能和误差结果显示功能，将测量结果导出到Excel文件中。
可选的，时钟同步装置采用基于NIOS内核的FPGA***，通过接收外部同步信号或内部高精度晶振生成高频脉冲信号，经过分频后产生1Hz的脉冲信号，输入到报文解析装置和高速采集卡用于直流互感器的数字量信号或模拟量信号和标准互感器模拟量信号的同步采集，经过ST光纤端口或BNC同轴电缆端口向外输出时钟同步信号给直流互感器，使直流互感器同步输出数字量信号。
可选的，时钟同步装置通过接收外部同步信号产生的同步脉冲信号，校验装置的信号采集与外部实现同步。
本发明还提供一种直流互感器宽频特性校验方法，所述方法包括：
时钟同步装置向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
数字量校验模式下，当报文解析装置和高速采集卡接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出的数字量信号并解析成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
模拟量校验模式下，当高速采集卡接收到同步触发信号，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。
本发明的优点在于：
本发明具备能够实现模拟量信号和数字量信号输出的直流电流互感器的宽频特性校验和稳态误差校验功能，支持IEC61850和FT3数字报文协议，具备标准互感器和被测互感器采样波形显示及测量结果导出到Excel功能，能够精确测量直流电流互感器的宽频误差，为直流电流互感器的宽频测量特性精确校准提供了一种技术手段。
附图说明
图1为本发明一种直流互感器宽频特性校验装置结构图；
图2为本发明一种直流互感器宽频特性校验方法流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提供一种直流互感器宽频特性校验装置，如图1所示，本发发明装置包括：
时钟同步装置，时钟同步装置采用基于NIOS内核的FPGA***，通过接收外部同步信号或内部高精度晶振生成高频脉冲信号，经过分频后产生1Hz的脉冲信号，输入到报文解析装置和高速采集卡用于直流互感器的数字量信号或模拟量信号和标准互感器模拟量信号的同步采集，经过ST光纤端口或BNC同轴电缆端口向外输出时钟同步信号给直流互感器，使直流互感器同步输出数字量信号。时钟同步装置通过接收外部同步信号产生的同步脉冲信号，校验装置的信号采集与外部实现同步。
时钟同步装置向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
报文解析装置，报文解析装置采用FPGA并行处理设计架构和PPC8313嵌入式处理器，具有支持IEC61850报文的以太网端口、FT3报文的ST光纤端口、PPS和IRIG-B的光同步端口和以太网通信端口，当报文解析装置接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出IEC61850报文或FT3报文，在FPGA并行处理设计架构中进行解码和串并转换，将收到的报文进行缓冲处理，然后通过并行总线传输至PPC8313嵌入式处理器，PPC8313嵌入式处理器对FPGA并行处理设计架构传输的报文打包成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***
高速采集卡，高速采集卡为PXIe-5922采集卡，高速采集卡包括两个模拟量信号输入端口、一个外部同步触发端口和一个PXI总线接口，高速采集卡采样率设置为2MHz，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***，数字校验***是基于X86构架和Windows操作***的硬件平台，数字校验***的上位机软件显示标准互感器和直流互感器的采样波形，具有报文解析装置和高速采集卡参数设置功能和误差结果显示功能，将测量结果导出到Excel文件中，数字校验***安装有基于LabVIEW软件开发的上位机软件，上位机软件中设置模拟量校验模式和数字量校验模式，实现模拟量和数字量输出直流互感器的校验功能，接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，具体的，数字校验***在接收到报文解析装置和高速采集卡输出的离散采样数据后，分别对两组离散采样数据进行离散傅里叶变换，得到标准互感器和直流互感器的离散采样信号在各频率下的幅值和相位信息。
本发明还提供一种直流互感器宽频特性校验方法，如图2所示，具体包括：
时钟同步装置向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
数字量校验模式下，当报文解析装置和高速采集卡接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出的数字量信号并解析成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
模拟量校验模式下，当高速采集卡接收到同步触发信号，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。
本发明具备能够实现模拟量信号和数字量信号输出的直流电流互感器的宽频特性校验和稳态误差校验功能，支持IEC61850和FT3数字报文协议，具备标准互感器和被测互感器采样波形显示及测量结果导出到Excel功能，能够精确测量直流电流互感器的宽频误差，为直流电流互感器的宽频测量特性精确校准提供了一种技术手段。
Claims (13)
1.一种直流互感器宽频特性校验装置，所述装置包括：
时钟同步装置，向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
报文解析装置，当报文解析装置接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出的数字量信号并解析成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***
高速采集卡，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***，接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。
2.根据权利要求1所述的装置，所述的数字量信号为IEC61850报文或FT3报文。
3.根据权利要求1所述的装置，所述的报文解析装置采用FPGA并行处理设计架构和PPC8313嵌入式处理器。
4.根据权利要求1所述的装置，所述的报文解析装置具有支持IEC61850报文的以太网端口、FT3报文的ST光纤端口、PPS和IRIG-B的光同步端口和以太网通信端口。
5.根据权利要求1所述的装置，所述的报文解析装置接收直流互感器输出的IEC61850报文或FT3报文，在FPGA并行处理设计架构中进行解码和串并转换，将收到的报文进行缓冲处理，然后通过并行总线传输至PPC8313嵌入式处理器，PPC8313嵌入式处理器对FPGA并行处理设计架构传输的报文打包成离散采样数据。
6.根据权利要求1所述的装置，所述的高速采集卡为PXIe-5922采集卡，所述高速采集卡包括两个模拟量信号输入端口、一个外部同步触发端口和一个PXI总线接口，所述高速采集卡采样率设置为2MHz。
7.根据权利要求1所述的装置，所述的数字校验***是基于X86构架和Windows操作***的硬件平台，安装有基于LabVIEW软件开发的上位机软件。
8.根据权利要求7所述的装置，所述的数字校验***的上位机软件中设置模拟量校验模式和数字量校验模式，实现模拟量和数字量输出直流互感器的校验功能。
9.根据权利要求1所述的装置，所述的数字校验***在接收到报文解析装置和高速采集卡输出的离散采样数据后，分别对两组离散采样数据进行离散傅里叶变换，得到标准互感器和直流互感器的离散采样信号在各频率下的幅值和相位信息。
10.根据权利要求7所述的装置，所述的数字校验***的上位机软件显示标准互感器和直流互感器的采样波形，具有报文解析装置和高速采集卡参数设置功能和误差结果显示功能，将测量结果导出到Excel文件中。
11.根据权利要求1所述的装置，所述的时钟同步装置采用基于NIOS内核的FPGA***，通过接收外部同步信号或内部高精度晶振生成高频脉冲信号，经过分频后产生1Hz的脉冲信号，输入到报文解析装置和高速采集卡用于直流互感器的数字量信号或模拟量信号和标准互感器模拟量信号的同步采集，经过ST光纤端口或BNC同轴电缆端口向外输出时钟同步信号给直流互感器，使直流互感器同步输出数字量信号。
12.根据权利要求1所述的装置，所述的时钟同步装置通过接收外部同步信号产生的同步脉冲信号，校验装置的信号采集与外部实现同步。
13.一种直流互感器宽频特性校验方法，所述方法包括：
时钟同步装置向报文解析装置和高速采集卡同步发送同步触发信号，同步触发信号触发高速采集卡和报文解析装置同时接收标准互感器输出的模拟量信号和直流互感器输出的数字量信号；同步触发信号触发高速采集卡同时接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号；
数字量校验模式下，当报文解析装置和高速采集卡接收到同步触发信号时，报文解析装置接收直流互感器输出的数字量信号并解析成离散采样数据，通过以太网将离散采样信号传输到数字校验***，高速采集卡的一个模拟量输入通道接收标准互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
模拟量校验模式下，当高速采集卡接收到同步触发信号，高速采集卡的两个模拟量输入通道接收标准互感器和直流互感器输出的模拟量信号并对模拟量信号进行采样后转换成离散采样数据，将离散采样数据通过PXI总线传输到数字校验***；
数字校验***接收报文解析装置和高速采集卡的离散采样数据在数字量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果，数字校验***接收高速采集卡输出的离散采样数据在模拟量校验模式下根据离散采样数据计算出直流互感器的宽频误差和稳态误差结果。
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