CN110531150A - 一种负荷测试***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负荷测试***，包括电压测量模块、电流测量模块、信号处理电路模块、MCU控制器、显示器以及按键模块，该***基于同步发生技术，通过电压测量模块和电流测量模块实现线路上电压信号和电流信号的采集，并通过信号处理电路模块进行信号处理，最后通过MCU控制器实现电压波形和电流波形的分析及相关参数的计算，实现对负荷状态的测试，该***结构简单、可靠性高，相较于传统的带负荷测试方式更加便捷、安全、高效。

Description

一种负荷测试***及方法
技术领域
本发明涉及电力***带负荷测试技术领域，更具体的说是涉及一种负荷测试***及方法。
背景技术
目前，在变电站投运时，需进行电流回路的带负荷测试，以220kV线路与110kV线路带负荷试验为例，为了比较电流的相位是否正确，目前常规的做法通常需要以同一电压源为参考，测量电流的大小与相位等数据。
但是，现有的方法在测量过程中存在这样的问题：当在不同的地方带负荷时，如果两个地方距离较远，无法取相同电压源的时候给测量带来了较大工作量，同时增加了安全隐患。
因此，如何提供一种安全便捷、且准确可靠的负荷测试***及方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种负荷测试***，该***基于同步发生技术，***结构简单、可靠性高且安全、高效，解决了传统的带负荷测试方式效率低下且安全隐患难以克服的问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种负荷测试***，该***包括电压测量模块、电流测量模块、信号处理电路模块、MCU控制器、显示器以及按键模块，所述电压测量模块和电流测量模块均与所述信号处理电路模块电连接，所述信号处理电路模块、显示器以及按键模块均与所述MCU控制器电连接；
所述电压测量模块，用于对线路上待测点的A、B、C三相电压进行测量，得到交流电压信号；
所述电流测量模块，用于对线路上待测点的A、B、C三相电流进行测量，得到交流电流信号；
所述信号处理电路模块，用于对所述交流电压信号和交流电流信号进行多通道采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形；
所述MCU控制器，用于将所述测量电压波形和测量电流波形进行分析处理，根据波形中电压幅值和电流幅值，计算得到有功功率和无功功率；
所述显示器，用于将测量电压波形、测量电流波形、有功功率和无功功率进行实时显示；
所述按键模块，用于用户输入操作指令。
进一步地，所述电压测量模块由两个分压电阻串联组成。
更进一步地，两个所述分压电阻均为高精密RJ711型分压电阻。
进一步地，所述电流测量模块包括霍尔电流传感器和电阻R136，所述霍尔电流传感器的输出端与所述电阻R136电连接，所述霍尔电流传感器的输出端还与所述信号处理电路模块电连接。
更进一步地，所述霍尔电流传感器为CHB-25NP型传感器。
进一步地，所述信号处理电路模块包括多通道采样芯片和模数转换芯片，所述多通道采样芯片的输入端与所述电压测量模块和所述电流测量模块电连接，所述多通道采样芯片的输出端与所述模数转换芯片电连接，所述模数转换芯片还与所述MCU控制器电连接。
另一方面，本发明还提供了一种负荷测试方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：分别对待测线路进行交流电压检测和交流电流检测；
步骤2：对检测得到的交流电压信号和交流电流信号进行采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形，并进行显示；
步骤3：将测量电压波形或测量电流波形中从负值变为正值的点作为零点，分别对测量电压波形和测量电流波形中过零点的位置和时间进行分析判断，进而对电流相位和幅值以及电压相位和幅值进行计算；
步骤4：根据电流幅值和电压幅值计算负荷大小，并根据电流与电压的相位差计算得到有功负荷和无功负荷的大小，实现对负荷状态的测试。
进一步地，步骤3中对电流相位进行计算，计算公式为：
φ＝2ntπ/T
式中，φ为电流的相位，t为采样间隔，T为波形的周期；
对电流幅值进行计算，计算公式为：
式中，其中Irms为电流的有效值；m为一个周期的采样个数，I为采样值。
进一步地，步骤3中对电压幅值进行计算，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，m为一个周期的采样个数，U为采样值。
进一步地，步骤4中计算有功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差；
计算得到无功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种负荷测试***，该***基于同步发生技术，通过电压测量模块和电流测量模块实现线路上电压信号和电流信号的采集，并通过信号处理电路模块进行信号处理，最后通过MCU控制器实现电压波形和电流波形的分析及相关参数的计算，实现对负荷状态的测试，该***结构简单、可靠性高，相较于传统的带负荷测试方式更加便捷、安全、高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种负荷测试***的整体结构架构示意图；
图2附图为本发明实施例中电压波形测量原理示意图；
图3附图为本发明实施例中电流波形测量原理示意图；
图4附图为本发明实施例中电压测量模块电路原理示意图；
图5附图为本发明实施例中电流测量模块电路原理示意图；
图6附图为本发明实施例中信号处理电路模块与MCU控制器的连接关系电路原理示意图；
图7附图为本发明提供的一种负荷测试方法的方法流程示意图；
图8附图为本发明实施例中电流和电压波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一方面，参见附图1，本发明实施例公开了一种负荷测试***，该***包括电压测量模块2、电流测量模块1、信号处理电路模块3、MCU控制器4、显示器5以及按键模块6，电压测量模块2和电流测量模块1均与信号处理电路模块3电连接，信号处理电路模块3、显示器5以及按键模块6均与MCU控制器4电连接；
电压测量模块2，用于对线路上待测点的A、B、C三相电压进行测量，得到交流电压信号；
电流测量模块1，用于对线路上待测点的A、B、C三相电流进行测量，得到交流电流信号；
信号处理电路模块3，用于对交流电压信号和交流电流信号进行多通道采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形；
MCU控制器4，用于将测量电压波形和测量电流波形进行分析处理，根据波形中电压幅值和电流幅值，计算得到有功功率和无功功率；
显示器5，用于将测量电压波形、测量电流波形、有功功率和无功功率进行实时显示；
按键模块6，用于用户输入操作指令。
具体地，电压测量模块2对线路上待测点的A、B、C三相电压进行定时测量的测量原理如图2所示，电流测量模块1对线路上待测点的A、B、C三相电流进行测量的测量原理如图3所示。
具体地，参见附图4，电压测量模块2由两个分压电阻串联组成。
在一个具体的实施例中，两个分压电阻均为高精密RJ711型分压电阻。
具体地，参见附图5，电流测量模块1包括霍尔电流传感器和电阻R136，霍尔电流传感器的输出端与电阻R136电连接，霍尔电流传感器的输出端还与信号处理电路模块3电连接。
在一个具体的实施例中，霍尔电流传感器为CHB-25NP型传感器。本实施例选取CHB-25NP型传感器作为***测量元件，将霍尔传感器测量获得的0～25mA电流通过电阻R136，将其转化成电压信号0～5V，然后通过对电压信号的转换实现对电流的测量。
具体地，信号处理电路模块3包括多通道采样芯片和模数转换芯片，多通道采样芯片的输入端与电压测量模块2和电流测量模块1电连接，多通道采样芯片的输出端与模数转换芯片电连接，模数转换芯片还与MCU控制器4电连接。
在一个具体的实施例中，多通道采样芯片选用型号为CD4067的16选1双向模拟开关芯片，模数转换芯片选用MAX1241型12位的A/D转换芯片，MCU控制器选用型号为STC89C51的单片机，单片机芯片接口使用三位通用I/O端口P1.0～P1.2，其中，P1.1用于片选信号，P1.2为数据输入，P1.0产生驱动脉冲SCLK。其工作过程为：***首先利用P1口的7号脚对CD4067进行片选，然后利用P1.3-P1.6的信号实现对16路模拟信号的选择，将所选择的信号输入到MAX1241的模拟信号输入口，通过对P1.0～P1.2的设置实现对信号的转换。
具体地，参见附图6，A/D转换芯片MAX1241的1引脚和3引脚接+5V电源，2引脚与测量电路连接，4引脚与+10V电源连接，并通过电容C7接地，A/D转换芯片MAX1241的6引脚、7引脚、8引脚分别依次与STC89C51单片机的P1.2、P1.1、P1.0端口连接，A/D转换芯片MAX1241的5引脚接地。
此外，STC89C51单片机的***还设有由按键S2电容C14和电阻R41组成的复位电路，由电容C12、电容C13和晶振Y2组成的晶振电路，以及由R61、R62、R65、R67、R70、R72、R73、R74组成的上拉电阻。
另一方面，本发明实施例还公开了一种负荷测试方法，该方法包括以下步骤：
S1：分别对待测线路进行交流电压检测和交流电流检测；
S2：对检测得到的交流电压信号和交流电流信号进行采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形，并进行显示；如图7所示，为测量电压波形和测量电流波形；
S3：将测量电压波形或测量电流波形中从负值变为正值的点作为零点，分别对测量电压波形和测量电流波形中过零点的位置和时间进行分析判断，进而对电流相位和幅值以及电压相位和幅值进行计算；
S4：根据电流幅值和电压幅值计算负荷大小，并根据电流与电压的相位差计算得到有功负荷和无功负荷的大小，实现对负荷状态的测试。
在一个具体的实施例中，步骤S3中对电流相位进行计算，计算公式为：
φ＝2ntπ/T
式中，φ为电流的相位，t为采样间隔，T为波形的周期，在这里为20ms；
对电流幅值进行计算，计算公式为：
式中，其中Irms为电流的有效值；m为一个周期的采样个数，I为采样值。
在一个具体的实施例中，步骤3中对电压幅值进行计算，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，m为一个周期的采样个数，U为采样值。
在一个具体的实施例中，步骤S4中计算有功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差；
计算得到无功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实施例提供的负荷测试***通过电压测量模块和电流测量模块实现线路上电压信号和电流信号的采集，并通过信号处理电路模块进行信号处理，最后通过MCU控制器实现电压波形和电流波形的分析及相关参数的计算，实现对负荷状态的测试，该***结构简单、可靠性高，相较于传统的带负荷测试方式更加便捷、安全、高效。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种负荷测试***，其特征在于，包括电压测量模块、电流测量模块、信号处理电路模块、MCU控制器、显示器以及按键模块，所述电压测量模块和电流测量模块均与所述信号处理电路模块电连接，所述信号处理电路模块、显示器以及按键模块均与所述MCU控制器电连接；
所述电压测量模块，用于对线路上待测点的A、B、C三相电压进行测量，得到交流电压信号；
所述电流测量模块，用于对线路上待测点的A、B、C三相电流进行测量，得到交流电流信号；
所述信号处理电路模块，用于对所述交流电压信号和交流电流信号进行多通道采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形；
所述MCU控制器，用于将所述测量电压波形和测量电流波形进行分析处理，根据波形中电压幅值和电流幅值，计算得到有功功率和无功功率；
所述显示器，用于将测量电压波形、测量电流波形、有功功率和无功功率进行实时显示；
所述按键模块，用于用户输入操作指令。
2.根据权利要求1所述的一种负荷测试***，其特征在于，所述电压测量模块由两个分压电阻串联组成。
3.根据权利要求2所述的一种负荷测试***，其特征在于，两个所述分压电阻均为高精密RJ711型分压电阻。
4.根据权利要求1所述的一种负荷测试***，其特征在于，所述电流测量模块包括霍尔电流传感器和电阻R136，所述霍尔电流传感器的输出端与所述电阻R136电连接，所述霍尔电流传感器的输出端还与所述信号处理电路模块电连接。
5.根据权利要求4所述的一种负荷测试***，其特征在于，所述霍尔电流传感器为CHB-25NP型传感器。
6.根据权利要求1所述的一种负荷测试***，其特征在于，所述信号处理电路模块包括多通道采样芯片和模数转换芯片，所述多通道采样芯片的输入端与所述电压测量模块和所述电流测量模块电连接，所述多通道采样芯片的输出端与所述模数转换芯片电连接，所述模数转换芯片还与所述MCU控制器电连接。
7.一种负荷测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：分别对待测线路进行交流电压检测和交流电流检测；
步骤2：对检测得到的交流电压信号和交流电流信号进行采样和模数转换处理，得到测量电压波形和测量电流波形，并进行显示；
步骤3：将测量电压波形或测量电流波形中从负值变为正值的点作为零点，分别对测量电压波形和测量电流波形中过零点的位置和时间进行分析判断，进而对电流相位和幅值以及电压相位和幅值进行计算；
步骤4：根据电流幅值和电压幅值计算负荷大小，并根据电流与电压的相位差计算得到有功负荷和无功负荷的大小，实现对负荷状态的测试。
8.根据权利要求7所述的一种负荷测试方法，其特征在于，步骤3中对电流相位进行计算，计算公式为：
φ＝2ntπ/T
式中，φ为电流的相位，t为采样间隔，T为波形的周期；
对电流幅值进行计算，计算公式为：
式中，其中Irms为电流的有效值；m为一个周期的采样个数，I为采样值。
9.根据权利要求7所述的一种负荷测试方法，其特征在于，步骤3中对电压幅值进行计算，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，m为一个周期的采样个数，U为采样值。
10.根据权利要求7所述的一种负荷测试方法，其特征在于，步骤4中计算有功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差；
计算得到无功负荷的大小，计算公式为：
式中，Urms为电压的有效值，Irms为电流的有效值，φ为电流与电压的相位差。
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