CN101609136A - 电压互感器二次压降测量仪及其测量相角差的方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电压互感器二次压降测量仪及其测量相角差的方法，其测量仪包括：一从机，设置于一电压互感器输出端，获取电压互感器的输出电压；一主机，其设置于一电能表侧，所述的电能表与所述的电压互感器输出端相连接，所述主机获取电能表端的电压值；一GPS定位系统，其分别与所述的从机和主机相链接，触发所述的主机和从机同时分别对电能表端和电压互感器输出端的电压进行测量，并通过无线方式将测得数据传输给所述的主机处理，从而获得电压互感器二次压降值；所述的主机和所述的从机分别包括：一模拟信号采集电路用以对电信号进行采集，其特征在于，所述的模拟信号采集电路为高速数据采集器。

Description

电压互感器二次压降测量仪及其测量相角差的方法

技术领域

本发明为一种电压校验检测技术，特别涉及的是一种针对电压互感器二次压降测量设备及其测量相角差的方法。

背景技术

由于发电厂或变电站中的电压互感器(PT)距离控制室中的电能表较远它们之间的二次回路存在较长的连接导线，使PT端的二次电压和电能表端的电压幅值及相位不一致，产生了二次回路压降，从而导致电能计量误差。目前国内对PT二次回路压降的测试常常采用拉线式直接测量法，其优点是对测量仪器的精度要求不高，达到1级就满足要求；缺点是测量中往往需要多人从PT端放电缆至表计端，由于电缆较长，而且常常要经过行车道，穿过高压走廊，容易造成生产和人身安全隐患。基于全球定位系统(GPS)的PT二次回路测试方法就是利用GPS的授时功能，触发主机和从机同时分别对电能表端和PT输出端的电压进行高精度测量，在通过无线方式将测得数据传输给主机处理，从而获得PT二次回路的电压降。

在现已公开发行的文献《新型电压互感器二次压降无线测试仪》和《基于GPS电压互感器二次回路电压降测试方法及应用》采用GPS和OFDM载波通信技术和FFT测量算法，进行处理。

请参阅图1所示，其为现有技术中电压互感器二次压降无线测试仪的功能框图；其包括：一从机4，设置于一电压互感器2输出端，获取电压互感器2的输出电压；

一主机3，其设置于一电能表1侧，所述的电能表1与所述的电压互感器2输出端相连接，所述主机3获取电能表1端的电压值；

一GPS定位系统5，其分别与所述的从机4和主机3相链接，触发所述的主机3和从机4同时分别对电能表1端和电压互感器2输出端的电压进行测量，并通过无线方式将测得数据传输给所述的主机3处理；

所述的二次压降测量中相位时间变化技术基本机理如下：

假设某一时刻t，所述的主机3、从机4同时采样电压信号则：

电压互感器输出端(PT侧)电压：

电能表侧电压：

其中v₁、v₂为电压瞬时值，V_m1、V_m2为电压的幅值，ω为角频率，

为初始相角，由于两电压信号处于同一回路，信号的频率相同，相角差

现有的二次压降测量中所述的相角差是根据傅立叶变换法计算出主机和从机获得的电压的相角差(相位差)，但是其测量准确度很难达要求，误差较大。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长期的研究和试验终于获得了本创作。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，提供一种电压互感器二次压降测量仪及其测量相角差的方法，用以克服上述缺陷，提供相角差的测量精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于，首先提供一种电压互感器二次压降测量仪，其包括：一从机，设置于一电压互感器输出端，获取电压互感器的输出电压；

一主机，其设置于一电能表侧，所述的电能表与所述的电压互感器输出端相连接，所述主机获取电能表端的电压值；

一GPS定位系统，其分别与所述的从机和主机相链接，触发所述的主机和从机同时分别对电能表端和电压互感器输出端的电压进行测量，并通过无线方式将测得数据传输给所述的主机处理，从而获得电压互感器二次压降值；所述的主机和所述的从机分别包括：一模拟信号采集电路用以对电信号进行采集，其中，所述的模拟信号采集电路为高速数据采集器。

较佳的，所述的主机还包括：

一第一电源电路，用以提供工作电力；

一第一模拟信号输入电路，其与一第一高速数据采集器相连接，用以接收电能表侧的模拟信号，并传输给所述的第一高速数据采集器；

一第一无线数据传输电路，用以和所述的从机之间进行通信；

一第一GPS数据接口，用以和所述的GPS系统相连接，获取触发信号；

一主控电路，用以对测量仪的操作和数据调度进行控制；

一第一数据处理电路，其分别与所述的第一高速数据采集器、第一GPS数据接口、第一无线数据传输电路以及主控电路相连接，计算电能表端电压值以及电压互感器二次压降值。

较佳的，所述的从机还包括：

一第二电源电路，用以提供工作电力；

一第二模拟信号输入电路，其与一第二高速数据采集器相连接，用以接收电压互感器输出端的模拟信号，并传输给所述的第二高速数据采集器；

一第二无线数据传输电路，用以和所述的主机之间进行通信；

一第二GPS数据接口，用以和所述的GPS系统相连接，获取触发信号；

一第二数据处理电路，其分别与所述的第二高速数据采集器、第二GPS数据接口以及第二无线数据传输电路相连接，计算电压互感器输出端电压值。

其次提供一种测量电压互感器二次压降中相角差的方法，其通过上述的电压互感器二次压降测量仪实现的，其包括的步骤为：

步骤a：GPS系统同时触发所述的主机和从机，按照预先设置的频率f分别进行数据采集的动作；

步骤b：所述的从机将采集到的离散数据数列传输给所述的主机；

步骤c：所述的主机将获取的电能表侧的离散数据数列中的一确定相位作为第一标记位，下一周期相同的确定相位作为第二标记位，并计算出所述第一标记位和第二标记位之间的离散数据个数M；

步骤d：在与上述步骤c相同的起始时刻下，所述的主机在从机提供的离散数据数列中找出，与所述的第一标记位具有相同相位的位置，作为第三标记位，并计算出所述第一标记位和第三标记位之间的离散数据个数n；

步骤e：则电压互感器二次压降中相角差 $\mathrm{\θ}=\frac{n}{M}*360$ ，其中，f、M、n为自然数。

较佳的，所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位为所述的离散数据数列中由正向过零点的位置。

较佳的，所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位的选取过程：

记录所述离散数据数列里第一个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置；寻找第二个正向过零点，记录序列里第二个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置。

附图说明

图1为现有技术中电压互感器二次压降无线测试仪的功能框图；

图2为本发明电压互感器二次压降测量仪中主机功能结构示意图；

图3为本发明电压互感器二次压降测量仪中从机功能结构示意图；

图4为本发明测量电压互感器二次压降中相角差的方法的流程图；

图5为本发明测量电压互感器二次压降相角差的方法中采集波形的示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图2所示，其为本发明电压互感器二次压降测量仪中主机功能结构示意图；所述的主机还包括：

一第一电源电路37，用以提供所述的主机3各用电元件所需的工作电力；

一第一模拟信号输入电路31，其与一第一高速数据采集器32相连接，用以接收电能表1侧的模拟信号，并传输给所述的第一高速数据采集器32；一第一无线数据传输电路33，用以和所述的从机4之间进行通信，接收从机4传输过来的电压测量数据；一第一GPS数据接口35，用以和所述的GPS系统5相链接，用以获取触发信号；一主控电路36，用以对测量仪的操作和数据调度进行控制；一第一数据处理电路34，其分别与所述的第一高速数据采集器32、第一GPS数据接口35、第一无线数据传输电路33以及主控电路36相连接，计算电能表端电压值以及电压互感器二次压降值。

请参阅图3所示，其为本发明电压互感器二次压降测量仪中从机功能结构示意图；所述的从机4还包括：

一第二电源电路41，用以提供所述从机4的各用电元件的工作电力；

一第二模拟信号输入电路41，其与一第二高速数据采集器相42连接，用以接收电压互感器2输出端的模拟信号，并传输给所述的第二高速数据采集器42；一第二无线数据传输电路43，用以和所述的主机之间进行通信；一第二GPS数据接口45，用以和所述的GPS系统5相连接，获取触发信号；一第二数据处理电路44，其分别与所述的第二高速数据采集器42、第二GPS数据接口45以及第二无线数据传输电路43相连接，计算电压互感器2输出端电压值。

由于本发明的电压互感器二次压降测量仪中具有了高速数据采集器，为实现采用直接测相角差方法，提高相角差测量准确度创造了条件；请参阅图4所示，为本发明测量电压互感器二次压降中相角差的方法的流程图；

其包括的步骤为：

步骤a：GPS系统同时触发所述的主机和从机，按照预先设置的频率f分别进行数据采集的动作；

步骤b：所述的从机将采集到的离散数据数列传输给所述的主机；

步骤c：所述的主机将获取的电能表侧的离散数据数列中的一确定相位作为第一标记位，下一周期相同的确定相位作为第二标记位，并计算出所述第一标记位和第二标记位之间的离散数据个数M；

步骤d：在与上述步骤c相同的起始时刻下，所述的主机在从机提供的离散数据数列中找出，与所述的第一标记位具有相同相位的位置，作为第三标记位，并计算出所述第一标记位和第三标记位之间的离散数据个数n；

步骤e：则电压互感器二次压降中相角差 $\mathrm{\θ}=\frac{n}{M}*360$ ，其中，f、M、n为自然数。

对于上面的方法的过程详述如下：

通过所述的第一、第二高速数据采集器32、42，所述的主机3、从机4分别采集2个周期电压互感器2输出端、电能表1侧电压信号；并且将采集的离散数据序列存储至数据存储区，再通过无线信号传输技术将所述从机4采集离散数据序列传输至主机3，所述的主机3得到电压互感器2输出端、电能表1侧两路电压离散数据序列；

对于本发明方法中所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位为所述的离散数据数列中由正向过零点的位置。

所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位的选取过程如下：

所述主机3从电压互感器2输出端电压信号离散序列里寻找第一个正向过零点：记录序列里第一个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置；寻找第二个正向过零点，记录序列里第二个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置；同时所述主机3从电能表1侧电压信号离散序列里寻找第一个正向过零点，记录序列里第一个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置。

请参阅图5所示，其为本发明测量电压互感器二次压降相角差的方法中采集波形的示意图。在忽略选取正数位、负数位作为过零点的误差，则可以从过零点在其序列中的位置，计算出电压互感器2输出端第一个正向过零点至第二个正向过零点，离散数据个数M；计算出电压互感器2输出端第一个正向过零点至电能表1侧第一个正向过零点，离散数据个数n。

假设高速数据采集器的采样周期T(1/f)，电压互感器2输出端第一个正向过零点至第二个正向过零点所用时间：

t＝M*T    (1)；

电压互感器2输出端第一个正向过零点至电能表1侧第一个正向过零点时间差：

Δt＝n*T    (2)。

工频正弦波第一个正向过零点至第二个正向过零点对应角度360度，电压互感器2输出端、电能表1侧电压信号相位差

θ＝Δt/t*360＝n/M*360(度)(3)。

现在对相角差测量的精度进行分析：首先，由于采用了GPS系统5的GPS同步技术，能够使得所述的主机3、从机4几乎在同一时刻进行高速采样，所以由GPS系统5GPS同步技术引入误差不在本发明考虑范围之内，而仅仅针对本离散直接测试方法进行讨论。

由于通过所述的第一、第二高速数据采集器32、42对电压信号进行离散采集，离散序列里存在为0数值的概率极低，在计算离散数据个数M及n时，选取正数位还是负数位将引入误差，在正数值与负数值相差较大时，去绝对值小的位数作为过零点引入误差较小，当正数值与负数值相当时，将引入1个数位的误差。

对(1)应为：t＝(M±1)*T；

对(2)应为：Δt＝(n±1)*T；

对(3)应为：θ＝Δt/t*360＝(n±1)/(M±1)*360(度)；

由于M值很大θ≈(n±1)/M*360(度)；

误差为：Δθ≈±1/M*360*60(′)；

如果为了达到0.01′分辨率1％±2个字误差，Δθ＜±0.02′；

M＞1080000(个)；

对于50HZ工频信号，要达到一个周期10⁶个采样点数，采样频率必须大于50MHZ。也就是说高速数据采集器的频率越高，误差则越小，所述的相角差的计算越准确。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1、一种电压互感器二次压降测量仪，其包括：一从机，设置于一电压互感器输出端，获取电压互感器的输出电压；

一主机，其设置于一电能表侧，所述的电能表与所述的电压互感器输出端相连接，所述主机获取电能表端的电压值；

一GPS定位系统，其分别与所述的从机和主机相链接，触发所述的主机和从机同时分别对电能表端和电压互感器输出端的电压进行测量，并通过无线方式将测得数据传输给所述的主机处理，从而获得电压互感器二次压降值；所述的主机和所述的从机分别包括：一模拟信号采集电路用以对电信号进行采集，其特征在于，所述的模拟信号采集电路为高速数据采集器。

2、根据权利要求1所述的电压互感器二次压降测量仪，其特征在于，所述的主机还包括：

一第一电源电路，用以提供工作电力；

一第一模拟信号输入电路，其与一第一高速数据采集器相连接，用以接收电能表侧的模拟信号，并传输给所述的第一高速数据采集器；

一第一无线数据传输电路，用以和所述的从机之间进行通信；

一第一GPS数据接口，用以和所述的GPS系统相连接，获取触发信号；

一主控电路，用以对测量仪的操作和数据调度进行控制；

一第一数据处理电路，其分别与所述的第一高速数据采集器、第一GPS数据接口、第一无线数据传输电路以及主控电路相连接，计算电能表端电压值以及电压互感器二次压降值。

3、根据权利要求2所述的电压互感器二次压降测量仪，其特征在于，所述的从机还包括：

一第二电源电路，用以提供工作电力；

一第二模拟信号输入电路，其与一第二高速数据采集器相连接，用以接收电压互感器输出端的模拟信号，并传输给所述的第二高速数据采集器；

一第二无线数据传输电路，用以和所述的主机之间进行通信；

一第二GPS数据接口，用以和所述的GPS系统相连接，获取触发信号；

一第二数据处理电路，其分别与所述的第二高速数据采集器、第二GPS数据接口以及第二无线数据传输电路相连接，计算电压互感器输出端电压值。

4、一种测量电压互感器二次压降中相角差的方法，其通过上述的电压互感器二次压降测量仪实现的，其特征在于，其包括的步骤为：

步骤a：GPS系统同时触发所述的主机和从机，按照预先设置的频率f分别进行数据采集的动作；

步骤b：所述的从机将采集到的离散数据数列传输给所述的主机；

步骤c：所述的主机将获取的电能表侧的离散数据数列中的一确定相位作为第一标记位，下一周期相同的确定相位作为第二标记位，并计算出所述第一标记位和第二标记位之间的离散数据个数M；

步骤d：在与上述步骤c相同的起始时刻下，所述的主机在从机提供的离散数据数列中找出，与所述的第一标记位具有相同相位的位置，作为第三标记位，并计算出所述第一标记位和第三标记位之间的离散数据个数n；

步骤e：则电压互感器二次压降中相角差 $\mathrm{\θ}=\frac{n}{M}*360,$ 其中，f、M、n为自然数。

5、根据权利要求4所述的测量电压互感器二次压降中相角差的方法，其特征在于，所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位为所述的离散数据数列中由正向过零点的位置。

6、根据权利要求5所述的测量电压互感器二次压降中相角差的方法，其特征在于，所述的第一标记位、第二标记位以及第三标记位的选取过程：

记录所述离散数据数列里第一个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置；寻找第二个正向过零点，记录序列里第二个由负数转向正数的负数值、正数值以及其在序列的位置。

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