CN110018435A - 电子式互感器校准***及校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子式互感器校准***及校准方法，无需调节电路平衡，过程简单，能够满足多级直流电子式互感器校准的目的，提高了校准精度。该***包括：高压产生装置，用于产生高压信号，依次输出至标准互感器和被校电子式互感器的一次侧；标准信号采样装置，用于采样标准互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；被校信号采样装置，用于采样被测电子式互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；数据处理平台，用于根据接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据，将同一时刻的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行比对处理，计算出被校互感器的比差和相位差。

Description

电子式互感器校准***及校准方法

技术领域

本公开涉及电子式互感器校准领域，具体涉及一种电子式互感器校准***及校准方法。

背景技术

伴随着我国科学技术的不断发展，当前广泛应用的电子式互感器得到了很多电力用户及厂家的青睐，对其在继电保护信号源以及电力***测量方面的应用已经成为了越来越广泛的发展趋势。

电子式互感器是一种由连接到传输***和二次转换器的一个或者多个电压或者是电流传感器一起组成的仪器。电子式互感器具有无磁饱和、频率响应范围宽、动态特性好、绝缘结构简单、不存在二次开路或短路隐患等特点,它从根本上解决了互感器在电流、电压信号传输过程中所产生的附加误差,有利于变电站实现数据共享,能够满足更高程度变电站自动化需求。电子式互感器分为电子式电压互感器和电子式电流互感器两种。电子式互感器输出信号分为两类:一类是模拟信号输出,另一类是数字信号输出。

校准输出模拟信号的电子式互感器，由于其输出为小电压信号，因此需调整标准电磁式互感器的输出信号:对于电流互感器，其二次输出通过标准电阻转化为电压信号；对于电压互感器，其二次输出通过感应分压器转化为小电压信号。校准输出数字信号的电子式互感器，采用的标准器同样是电磁式互感器。校准方法有两种:将被测互感器的输出经D/A转换后与标准互感器输出进行比较；将标准互感器的输出经A/D转换后与被测互感器输出进行比较。

发明人在研发过程中，发现现有技术存在以下问题：

现有的互感器在校准过程时较为复杂，需要多方面因素共同作用才能完成，通过对电路平衡的调节才能完成校验，这个过程非常复杂，需要花费工作人员较多的时间和精力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种电子式互感器校准***及校准方法，无需调节电路平衡，过程简单，能够满足多级直流电子式互感器校准的目的，提高了校准精度。

本公开所采用的技术方案是：

一种电子式互感器校准***，该***包括：

高压产生装置，用于产生高压信号，依次输出至标准互感器和被校电子式互感器的一次侧；

标准信号采样装置，用于采样标准互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；

被校信号采样装置，用于采样被测电子式互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；

数据处理平台，用于根据接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据，将同一时刻的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行比对处理，计算出被校互感器的比差和相位差。

进一步的，所述高压产生装置包括输入端滤波电路、升压电感、绝缘栅串联模块、二极管和第二电容，所述绝缘栅串联模块包括多个串联连接的绝缘栅器件以及驱动各个所述绝缘栅器件工作的驱动电路；

直流输入电源通过输入端滤波电路连接升压电感的第一端，升压电感的第二端分别连接绝缘栅串联模块的第一端和二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述电容的第一端，第二电容的第二端和所述绝缘栅串联模块的第二端均接地。

进一步的，所述标准信号采样装置包括前置处理模块、ADC采样模块和第一DSP，所述前置处理模块获取对标准互感器的二次侧输出的电压信号并对其进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输给ADC采样模块；

第一DSP通过光纤接收器接收数据处理平台发送的同步时钟信号，控制ADC采样模块采样标准互感器二次侧输出信号，通过光纤发送器采样到的将标准互感器二次侧输出信号发送给数据处理平台。

进一步的，所述标准信号采样装置还包括校准回路，所述校准回路包括函数发送器、调整电路、功率放大电路、继电器和参考信号输入端，函数发送器产生的正弦波信号，一路输出至ADC采样模块，另一端经过调整电路、功率放大电路后通过继电器与参考信号输入端输入的参考信号相结合后输出至前置处理模块。

进一步的，所述被校信号采样装置包括信号处理电路、A/D转换器、以太网控制器和光纤传输***；

所述信号处理电路接收被测电子式互感器的二次侧输出信号并对其进行初次调整、放大和两级滤波处理，输出至A/D转换器；A/D转换器将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出信号转换为数字信号，并传输至以太网控制器；所述以太网控制器通过光纤传输***将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出数字信号传输至数据处理平台。

进一步的，所述信号处理电路包括依次连接的初级采样电路、继电器开关、信号次级处理电路、模拟转换开关、增益放大电路和二级滤波回路。

进一步的，所述被校信号采样装置还包括第二DSP35，所述第二DSP35分别与继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器连接，实现对继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器控制。

进一步的，所述数据处理平台包括光纤收发器、GPS模块、FPGA、时钟模块和PC机；

所述FPGA通过GPS模块获取时钟信号，通过时钟模块给标准信号采样装置、被校信号采样装置发送同步时钟信号；所述光纤收发器接收标准信号采样装置输出的标准互感器的输出数据和被校信号采样装置输出的和被校互感器的输出数据，并发送至FPGA；所述FPGA4将接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据上传至PC机；所述PC机对标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行处理，计算被校电子式互感器的比差和相位差。

一种电子式互感器校准方法，该方法包括以下步骤：

获取同一时刻采样到的标准互感器的输出数据和被校电子式互感器的输出数据；

对标准互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以空心变比，创建标准波形，采用自适应全相位DFT算法对标准波形进行处理，得到标准互感器的有效值和相位值；

对被校电子式互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以被校变比，创新被测波形，采用自适应全相位DFT算法对被测波形进行处理，得到被校电子式互感器的有效值和相位值；

利用标准互感器的有效值和相位值以及被校电子式互感器的有效值和相位值，计算被校电子式互感器的比差和相位差。

通过上述技术方案，本公开的有益效果是：

(1)本公开的电子式互感器校准***无需对电路进行平衡调节，校准过程简单，效率高；

(2)本公开针对待较直流电子式互感器以及标准互感器的特性设计了校准***，能够满足多级直流电子式互感器校准的目的，提高了校准精度，且成本低，体积小，适用于数字化变电中对直流电子式互感器的现场验收和校验。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本公开的不当限定。

图1是根据一种或多种实施方式的电子式互感器校准***结构框图；

图2是根据一种或多种实施方式的高压产生装置结构图；

图3是根据一种或多种实施方式的绝缘栅串联模块中驱动电路电路图；

图4是根据一种或多种实施方式的标准信号采样装置中校准回路结构框图；

图5是根据一种或多种实施方式的信号处理电路结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本公开使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

一种或多种实施例提供一种电子式互感器校准***，该***包括高压产生装置1、标准信号采样装置2、被校信号采样装置3和数据处理平台4，请参阅附图1。

所述高压产生装置1分别与串联的标准互感器5和被校电子式互感器6连接，用于给标准互感器和被校电子式互感器的一次侧提供高压信号。

所述标准信号采样装置2与标准互感器5连接，用于采样标准互感器的二次侧输出信号。该标准信号采样装置2包括前置处理模块、ADC采样模块24、第一DSP25。

具体的，所述前置处理模块，用于对标准互感器的二次侧输出的电压信号进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输给ADC采样模块24。

所述ADC采样模块24，用于采样滤波和放大处理后的标准互感器二次侧输出信号，传输给第一DSP25。

所述第一DSP25连接有光纤发送器和光纤接收器，用于通过光纤接收器接收同步时钟信号，控制ADC采样模块采样标准互感器二次侧输出信号，通过光纤发送器将标准互感器二次侧输出信号的采样值发送给数据处理平台4。

所述被校信号采样装置3，用于采样被测电子式互感器的二次侧输出信号，通过光纤传输给数据处理平台。该被校信号采样装置3包括信号处理电路31、A/D转换器32、以太网控制器33和光纤传输***34。

具体的，所述信号处理电路31，用于对被测电子式互感器的二次侧输出信号进行初次调整，对调整后的被测电子式互感器的二次侧输出信号进行放大和两级滤波处理后，输出至A/D转换器32。

所述A/D转换器32，用于将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出信号转换为数字信号，并传输至以太网控制器；

所述以太网控制器33通过光纤传输***34将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出数字信号传输至数据处理平台4。

所述数据处理平台4，用于根据接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据，将同一时刻的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行比对处理，计算出被校互感器的比差和相位差。

请参阅附图2，所述高压产生装置1包括输入端滤波电路11、升压电感L1、绝缘栅串联模块12、二极管D1和第二电容C2，所述绝缘栅串联模块12包括多个串联连接的绝缘栅器件以及驱动各个所述绝缘栅器件工作的驱动电路13，直流输入电源通过所述输入端滤波电路11连接所述升压电感L1的第一端，所述升压电感L1的第二端分别连接所述绝缘栅串联模块的第一端和所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接所述第二电容C2的第一端，所述第二电容C2的第二端和所述绝缘栅串联模块的第二端均接地。

需要说明的，串联连接的绝缘栅器件的个数根据所需要的电压级别确定。所述输入端滤波电路11包括第一电容C1；所述第一电容的第一端连接所述直流输入电源，所述第一电容的第二端接地。

在至少一个实施例中，所述绝缘栅串联模块中绝缘栅器件为IGBT或者MOSFET。

请参阅附图3，所述绝缘栅串联模块中驱动电路13包括参考信号发生器14、比较放大电路15和反馈电路16，所述参考信号发生器14的输入端为所述驱动电路的控制输入端，所述参考信号发生器14的输出端与所述比较放大电路15的参考电压输入端相连；所述反馈电路16的输入端与所述绝缘栅器件的集电极相连，输出端与所述比较放大电路15的比较信号输入端相连；所述比较放大电路15的输出端与所述绝缘栅器件的栅极相连。

本实施例提出的高压产生装置，将绝缘栅串联模块与Boost升压电路结合起来，通过多个串联的绝缘栅器件实现直流高压电的输出，电路结构简单，效率较高，体积小。

在本实施例中，所述前置处理模块包括依次连接的滤波电路21、可编程增益放大器22和整形电路23，标准互感器二次侧输出信号依次经过的滤波器滤波、可编程增益放大器放大和整形电路处理后，被ADC采样模块采样。

请参阅附图4，本实施例提出的标准信号采样装置还包括与DSP连接的校准回路26，所述校准回路26包括函数发送器、调整电路、功率放大电路、继电器和参考信号输入端，所述函数发送器的一端与ADC采样模块连接，另一端滤波电路连接。

本实施例提出的校准回路使用时，函数发生器产生一个标准的幅值和相位可调的正弦波信号；函数发生器产生的正弦信号其中一路不经过任何调整直接进入ADC采样模块被采样；另一路经过调整电路进行幅值和相位调整、功率放大电路后通过继电器与参考信号相结合，随后这路信号经过滤波电路滤波、可编程增益放大器放大和整形电路后进入ADC采样模块，ADC采样模块将采用到的两路信号传输至DSP，DSP分析比较这两路信号之间的时间差异，计算出信号采样回路的固有延时，即校准信号采样回路的延时。

在本实施例中，所述调整电路包括电阻串联回路和电容回路。

请参阅附图5，上述的信号处理电路31包括依次连接的初级采样电路、继电器开关、信号次级处理电路、模拟转换开关、增益放大电路和二级滤波回路，所述初级采样电路，用于接收被测电子式互感器二次侧输出信号，并根据输入信号的大小选择切换继电器开关接通到不同的信号次级处理电路，经过信号次级处理电路处理后，通过模拟转换开关进入增益放大电路，载经过二级滤波回路滤波后，输出至A/D采样器。

本实施例提出的被校信号采样装置3还包括第二DSP35，所述第二DSP35分别与继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器连接，实现对继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器控制，所述第二DSP通过光纤接收器接收到时钟同步信号后，控制A/D转换器采样被测电子式互感器二次侧输出信号，同时通过控制以太网控制器将采样到的被测电子式互感器二次侧输出数字数据传输至数据处理平台。

需要说明的，所述光纤传输***34采用现有的IEEE802.3 100base-FX或10base-FL型光纤传输***。

请参阅附图1，所述数据处理平台4包括光纤收发器41、GPS模块43、FPGA44、时钟模块42和PC机45。

具体的，所述光纤收发器41与FPGA44连接，用于接收标准信号采样装置输出的标准互感器的输出数据和被校信号采样装置输出的和被校互感器的输出数据，并发送至FPGA。

所述FPGA44与PC机45通信连接，用于将接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据上传至PC机。

所述FPGA44分别与GPS模块43、时钟模块42连接，用于通过GPS模块获取时钟信号，通过时钟模块给标准信号采样装置、被校信号采样装置发送同步时钟信号，实现标准信号采样装置、被校信号采样装置的同步采样。

所述PC机45，用于对同一时刻的标准互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以空心变比，创建标准波形，采用自适应全相位DFT算法对标准波形进行处理，得到标准互感器的有效值和相位，同时，对同一时刻的被校电子式互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以被校变比，创新被测波形，采用自适应全相位DFT算法对被测波形进行处理，得到被校电子式互感器的有效值和相位，利用标准互感器的有效值和相位以及被校电子式互感器的有效值和相位，计算被校电子式互感器的比差和相位差。

本实施例提出的电子式互感器校准***工作过程为：

高压产生装置产生高压信号依次输出至标准互感器和被校电子式互感器；

标准信号采样装置中前置处理模块，用于对标准互感器的二次侧输出的电压信号进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输给ADC采样模块；第一DSP通过光纤接收器接收数据处理平台发送的同步时钟信号后，控制ADC采样模块采样滤波和放大处理后的标准互感器二次侧输出信号，并通过光纤发送器将标准互感器二次侧输出信号的采样值发送给数据处理平台；

同时，被校信号采样装置中信号处理电路对被测电子式互感器的二次侧输出信号进行初次调整，对调整后的被测电子式互感器的二次侧输出信号进行放大和两级滤波处理后，输出至A/D转换器；第二DSP通过光纤接收器接收数据处理平台发送的同步时钟信号后，控制A/D转换器采样到的被测电子式互感器的二次侧输出信号转换为数据信号，并传输至以太网控制器；以太网控制器通过光纤传输***将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出数字信号传输至数据处理平台。

数据处理平台的PC机接收到同一时刻采样到的标准互感器的输出数据和被校电子式互感器的输出数据后，对标准互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以空心变比，创建标准波形，采用自适应全相位DFT算法对标准波形进行处理，得到标准互感器的有效值和相位，同时，对被校电子式互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以被校变比，创新被测波形，采用自适应全相位DFT算法对被测波形进行处理，得到被校电子式互感器的有效值和相位，利用标准互感器的有效值和相位以及被校电子式互感器的有效值和相位，计算被校电子式互感器的比差和相位差。

本实施例提出的电子式互感器校准***，针对待较直流电子式互感器以及标准互感器的特性设计了校准***，能够满足多级直流电子式互感器校准的目的，提高了校准精度，且成本低，体积小，适用于数字化变电中对直流电子式互感器的现场验收和校验。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种电子式互感器校准***，其特征是，包括：

高压产生装置，用于产生高压信号，依次输出至标准互感器和被校电子式互感器的一次侧；

标准信号采样装置，用于采样标准互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；

被校信号采样装置，用于采样被测电子式互感器的二次侧输出信号，并上传至数据处理平台；

数据处理平台，用于根据接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据，将同一时刻的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行比对处理，计算出被校互感器的比差和相位差。

2.根据权利要求1所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述高压产生装置包括输入端滤波电路、升压电感、绝缘栅串联模块、二极管和第二电容，所述绝缘栅串联模块包括多个串联连接的绝缘栅器件以及驱动各个所述绝缘栅器件工作的驱动电路；

直流输入电源通过输入端滤波电路连接升压电感的第一端，升压电感的第二端分别连接绝缘栅串联模块的第一端和二极管的阳极，所述二极管的阴极连接所述电容的第一端，第二电容的第二端和所述绝缘栅串联模块的第二端均接地。

3.根据权利要求1所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述标准信号采样装置包括前置处理模块、ADC采样模块和第一DSP，所述前置处理模块获取对标准互感器的二次侧输出的电压信号并对其进行滤波和放大处理，将处理后的信号传输给ADC采样模块；

第一DSP通过光纤接收器接收数据处理平台发送的同步时钟信号，控制ADC采样模块采样标准互感器二次侧输出信号，通过光纤发送器采样到的将标准互感器二次侧输出信号发送给数据处理平台。

4.根据权利要求3所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述标准信号采样装置还包括校准回路，所述校准回路包括函数发送器、调整电路、功率放大电路、继电器和参考信号输入端，函数发送器产生的正弦波信号，一路输出至ADC采样模块，另一端经过调整电路、功率放大电路后通过继电器与参考信号输入端输入的参考信号相结合后输出至前置处理模块。

5.根据权利要求1所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述被校信号采样装置包括信号处理电路、A/D转换器、以太网控制器和光纤传输***；

所述信号处理电路接收被测电子式互感器的二次侧输出信号并对其进行初次调整、放大和两级滤波处理，输出至A/D转换器；A/D转换器将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出信号转换为数字信号，并传输至以太网控制器；所述以太网控制器通过光纤传输***将采样到的被测电子式互感器的二次侧输出数字信号传输至数据处理平台。

6.根据权利要求5所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述信号处理电路包括依次连接的初级采样电路、继电器开关、信号次级处理电路、模拟转换开关、增益放大电路和二级滤波回路。

7.根据权利要求6所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述被校信号采样装置还包括第二DSP35，所述第二DSP35分别与继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器连接，实现对继电器开关、模拟转换开关、A/D转换器、以太网控制器控制。

8.根据权利要求1所述的电子式互感器校准***，其特征是，所述数据处理平台包括光纤收发器、GPS模块、FPGA、时钟模块和PC机；

所述FPGA通过GPS模块获取时钟信号，通过时钟模块给标准信号采样装置、被校信号采样装置发送同步时钟信号；所述光纤收发器接收标准信号采样装置输出的标准互感器的输出数据和被校信号采样装置输出的和被校互感器的输出数据，并发送至FPGA；所述FPGA4将接收到的标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据上传至PC机；所述PC机对标准互感器的输出数据和被校互感器的输出数据进行处理，计算被校电子式互感器的比差和相位差。

9.一种电子式互感器校准方法，其特征是，该方法包括以下步骤：

获取同一时刻采样到的标准互感器的输出数据和被校电子式互感器的输出数据；

对标准互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以空心变比，创建标准波形，采用自适应全相位DFT算法对标准波形进行处理，得到标准互感器的有效值和相位值；

对被校电子式互感器的输出数据进行解析，将解析后的数据乘以被校变比，创新被测波形，采用自适应全相位DFT算法对被测波形进行处理，得到被校电子式互感器的有效值和相位值；

利用标准互感器的有效值和相位值以及被校电子式互感器的有效值和相位值，计算被校电子式互感器的比差和相位差。