CN102081150B

CN102081150B - 基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法

Info

Publication number: CN102081150B
Application number: CN2010105664710A
Authority: CN
Inventors: 雷民; 张军; 陈自年; 朱琦; 王斯琪; 陈习文; 王旭
Original assignee: State Grid Electric Power Research Institute
Current assignee: State Grid Electric Power Research Institute
Priority date: 2010-11-30
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: CN102081150A

Abstract

本发明提供一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及检定方法，包括：控制模块、I-V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和本装置的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和本装置的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接。本发明不仅可以对工频线路参数测试仪的零序电容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行全面检定，而且相对于传统的“实物阻抗法”准确度更高、量值覆盖范围更宽、量值调节步进更细，较好满足了目前工频线路参数测试仪检定工作的需要。

Description

基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法

技术领域

本发明涉及一种工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法，属于电力测试仪器的校准、检定与检测领域。

背景技术

为测量输电线路的工频线路参数，许多电力测试仪器生产厂家研制了工频线路参数测试仪。在日常检定工作中，一般在计量检定机构对工频线路参数测试仪的零序电容、正序电容、零序阻抗和正序阻抗测量功能进行检定，以判断该类仪器是否超差。但和众多电力测试仪器类似，由于工频线路参数测试仪在设计上针对性较强，接口特殊，其计量特性很难方便溯源到上级计量标准，故需研制专门的检定装置，以助对该类测试仪器开展检定工作。以下首先对工频线路参数测试仪的典型工作原理进行介绍(参见图1.1、图1.2、图1.3、图1.4)。

如图1.1所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“零序电容”进行测量的接线图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入单相激励电源，并对注入电流I_A和反馈电压U_A(相对U_N参考点)进行采集、计算，并根据关系式U_A＝3I_A×(1/jωC₀)计算出“零序电容”C₀。

如图1.2所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“正序电容”进行测量的接线图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入三相激励电源，并对注入电流I_A、I_B、I_C和反馈电压U_AB、U_BC、U_CA进行采集、计算，并根据关系式

计算出“正序电容”C₁，其中，U＝(U_AB+U_BC+U_CA)/3，I＝(I_A+I_B+I_C)/3。

如图1.3所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“零序阻抗”进行测量的接线图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入单相激励电源，并对注入电流I_A和反馈电压U_A(相对U_N参考点)进行采集、计算，并根据关系式U_A＝3I_A×(jωL₀+R₀)，对“零序阻抗”的零序电感分量L₀和零序电阻分量R₀进行计算。

如图1.4所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“正序阻抗”进行测量的接线图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入三相激励电源，并对注入电流I_A、I_B、I_C和反馈电压U_AB、U_BC、U_CA进行采集、计算，并根据关系式

对“正序阻抗”的正序电感分量L₁和正序电阻分量R₁进行计算，其中，U＝(U_AB+U_BC+U_CA)/3，I＝(I_A+I_B+I_C)/3。

如图1.1～图1.4所示，工频线路参数测试仪多采用“四端法”测量原理，所谓“四端法”测量原理以图1.1为例进行说明，图1.1中测试电流I_A从工频线路参数测试仪的电源激励端子A输出，经输电线路零序电容回路后经大地流回到N端子，而输电线路零序电容回路两端的电压信号则分别经另外两条回路反馈到工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A和U_N，上述测量过程即采用了“四端法”测量原理，也就是：尽管被测输电线路零序电容回路整体上看进去为二端口网络，但是工频线路参数测试仪的电流输出回路和电压测量回路分别设计了相互电气隔离的测量端子，即电流输出端子A和N、电压测量端子U_A和U_N是两组相互电气隔离的测量回路。这种“四端法”测量原理是本发明基于“虚拟复阻抗法”开展工频线路参数测试仪检定工作的必要前提条件。

根据申请人所知，目前，国内仅少数几家单位对工频线路参数测试仪开展检定工作，采取的检定方法也为传统的“实物阻抗法”，该方法的主要特点在于：以一组实物标准电容和实物标准电阻为基础，模拟工频线路参数，用于对工频线路参数测试仪的零序电容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行检定(参见图2.1、图2.2、图2.3、图2.4)，传统的“实物阻抗法”主要检定原理如下所述：

如图2.1所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的原理图。以经过量值溯源的精密电容C₀作为实物标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果C_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差C_0误差＝C_0试品-C₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目的。

如图2.2所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能进行检定的原理图。以经过量值溯源的精密电容C₁作为实物标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果C_1试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C_1误差＝C_1试品-C₁，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能进行检定的目的。

如图2.3所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能进行检定的原理图。传统“实物阻抗法”仅以经过量值溯源的精密电阻R₀作为实物标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果R_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差R_0误差＝R_0试品-R₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的零序电阻分量测量功能进行检定的目的。需要说明的是，图2.3所示方法不能对被检工频线路参数测试仪的零序电感分量测量功能进行检定。

如图2.4所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能进行检定的原理图。传统“实物阻抗法”仅以经过量值溯源的精密电阻R₁作为实物标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果R_1试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电阻测量误差R_1误差＝R_1试品-R₁，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的正序电阻分量测量功能进行检定的目的。需要说明的是，图2.4所示方法不能对被检工频线路参数测试仪的正序电感分量测量功能进行检定。

如上所述，以传统“实物阻抗法”不能满足对工频线路参数测试仪全面检定的需求，其原因主要在于以下两个方面：

1、通过传统的“实物阻抗法”开展工频线路参数测试仪的检定工作时，是以经过量值溯源的精密电阻和精密电容作为实物标准，其不足主要在于：检定工作需要多个实物精密电阻和精密电容以组成不同的标准值，这样对实物标准的数量需求较大，所以实际检定工作中实物标准的取值范围很难满足检定工频线路参数测试仪的需要；由于被检工频线路参数测试仪的输出电流较大(往往会大于1A)，在这种情况下，相应的需要选择大容量的精密电阻和精密电容作为实物标准，而大容量的精密电阻和精密电容是不容易获得的，主要体现在大容量电阻和电容的准确度、稳定性不易保证，所以实际检定工作中实物标准的准确度也不能很好检定工频线路参数测试仪的需要。

2、通过传统的“实物阻抗法”对工频线路参数测试仪的“零序阻抗”和“正序阻抗”测量功能进行检定时(如图2.3、图2.4所示)，往往仅能对被检工频线路参数测试仪的零序电阻分量、正序电阻分量测量功能进行检定，而不对其零序电感分量、正序电感分量进行检定。其原因主要在于：如果进一步开展零序电感、正序电感分量测量功能的检定工作，按照传统的“实物阻抗法”的设计思路，需要添加经过量值溯源的精密电感作为实物标准，而大容量的实物精密电感相对于实物精密电阻和实物精密电容在技术上更难设计，不仅量值覆盖范围很难满足检定工频线路参数测试仪的需要，而且在大容量前提下，其准确度、稳定性相对于精密电阻和精密电容更难保证。

有鉴于此，有必要提供一种新的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法，以克服上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对传统的“实物阻抗法”的不足，也就是基于该方法不能对工频线路参数测试仪的零序电感分量、正序电感分量测量功能进行检定，同时准确度低、量值取值范围窄的情况，基于工频线路参数测试仪的“四端法”测量原理，提出并实现了“虚拟复阻抗法”设计思路，利用本发明可以有效解决传统的“实物阻抗法”的不足。

本发明所采用的技术方案是：一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于，包括：一个控制模块、三个I-V变换模块、三个虚拟复阻抗模块及三个电压输出模块，检定装置按三相回路设计，一个I-V变换模块、一个虚拟复阻抗模块及一个电压输出模块组成一个回路，控制模块与三个虚拟复阻抗模块分别相连，各个阻抗分量的量值由控制模块进行配置，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和检定装置的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述控制模块包括数字控制器件。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述I-V变换模块包括由仪表型精密电流互感器CT、无感精密电阻R_CT、精密运放组成的I-V变换电路。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述虚拟复阻抗模块包括电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分量的产生及幅值选择电路。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述电压输出模块包括功率运放组成的电压跟随器和精密升压电压互感器PT。

本发明还提供一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪的检定方法，其特征在于，首先采用一个基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，包括：控制模块、I-V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和检定装置的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接，检定装置按三相回路设计，每相回路结构及原理相同，在A相回路中，检定装置通过输入端子A_in接受被检工频线路参数测试仪的输入电流信号I_A，该信号首先经过I-V变换模块并输出电压信号u_a1，电压信号u_a1满足关系式u_a1＝k_CT×Ia，其中k_CT为I-V变换模块中仪表型精密电流互感器CT的固定比例系数；然后电压信号u_a1经过虚拟复阻抗模块并输出电压信号u_a2，电压信号u_a2满足关系式u_a2＝[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×u_a1，其中k_L、k_C、k_R为可调比例系数，该可调比例系数由来自控制模块的A相回路控制信号sig-a分别进行控制；然后电压信号u_a2经过电压输出模块进行信号放大并最终输出电压信号U_Aout，U_Aout满足关系式U_Aout＝k_PT×u_a2，其中k_PT为该模块中精密升压电压互感器PT的固定比例系数，通过上述回路，产生的输出电压信号U_Aout和输入电流信号I_A即可满足复阻抗函数关系，即U_Aout＝k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×I_A，其中A相回路可调比例系数k_A＝k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]，即检定装置实现的A相回路的“虚拟复阻抗”；在B相回路和C相回路中，工作原理与A相回路完全相同，通过上述过程，检定装置即模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻抗分量的量值由控制模块进行配置。其特征在于，本方法在U_AN和I_A之间建立了“虚拟复阻抗”函数关系，也就是模拟出了A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]，其中k_PT、k_CT是固定比例系数，k_L、k_C、k_R是在sig-a控制下独立可调的比例系数；B相回路和C相回路的原理与A相回路完全一致，由此实现三相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”的电感分量、电容分量、电阻分量可独立设定。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路参数测试仪的零序电容测量功能进行检定的方法是：接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A，并根据关系式U_A＝3I_A×(1/jωC₀)在U_A端子反馈出电压信号，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A和U_A信号并计算出零序电容测量值C_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差C_0误差＝C_0试品-C₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目的。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路参数测试仪的正序电容测量功能进行检定的方法是：接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A、I_B、I_C，并根据关系式

在U_A、U_B、U_C端子反馈出相应电压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U＝(U_AB+U_BC+U_CA)/3，

I＝(I_A+I_B+I_C)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A、I_B、I_C和U_A、U_B、U_C信号并计算出正序电容测量值C_1试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C_1误差＝C_1试品-C₁，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的正序电容测量功能进行检定的目的。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路参数测试仪的零序阻抗测量功能进行检定的方法是：接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A，并根据关系式U_A＝3I_A×(jωL₀+R₀)在U_A端子反馈出电压信号，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A和U_A信号并计算出零序电阻分量测量值R_0试品和零序电感分量测量值L_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差R_0误差＝R_0试品-R₀及零序电感测量误差L_0误差＝L_0试品-L₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的零序阻抗测量功能进行检定的目的。

如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路参数测试仪的正序阻抗测量功能进行检定的方法是：接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A、I_B、I_C，并根据关系式在U_A、U_B、U_C端子反馈出相应电压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U＝(U_AB+U_BC+U_CA)/3，

I＝(I_A+I_B+I_C)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A、I_B、I_C和U_A、U_B、U_C信号并计算出正序电阻分量R_1试品和正序电感分量L_1试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电阻测量误差R_1误差＝R_1试品-R₁以及正序电感测量误差L_1误差＝L_1试品-L₁，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的正序阻抗测量功能进行检定的目的。

本发明的有益效果是：本发明提出并实现了“虚拟复阻抗法”设计思路，利用本发明可以有效解决传统的“实物阻抗法”的不足，不仅可以对工频线路参数测试仪的零序电容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行全面检定，而且本发明相对于传统的“实物阻抗法”准确度更高、量值覆盖范围更宽、量值调节步进更细，较好满足了目前开展工频线路参数测试仪检定工作的紧迫需要，对促使电力测试仪器向标准化、规范化方向发展有积极推动作用。

附图说明

图1.1是工频线路参数测试仪进行“零序电容”测量的原理图。

图1.2是工频线路参数测试仪进行“正序电容”测量的原理图。

图1.3是工频线路参数测试仪进行“零序阻抗”测量的原理图。

图1.4是工频线路参数测试仪进行“正序阻抗”测量的原理图。

图2.1是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的原理图。

图2.2是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能进行检定的原理图。

图2.3是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能进行检定的原理图。

图2.4是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能进行检定的原理图。

图3是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置的工作接线图。

图4是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置的内部原理图。

图4.1是图4中控制模块的原理图。

图4.2是图4中A相回路I-V变换模块2a的原理图。

图4.3是图4中A相回路虚拟复阻抗模块3a的原理图。

图4.4是图4中A相回路电压输出模块4a的原理图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

图中的标记：1-控制模块，2a-A相回路I-V变换模块，2b-B相回路I-V变换模块，2c-C相回路I-V变换模块，3a-A相回路虚拟复阻抗模块，3b-B相回路虚拟复阻抗模块，3c-C相回路虚拟复阻抗模块，4a-A相回路电压输出模块，4b-B相回路电压输出模块，4c-B相回路电压输出模块，CT-仪表型精密电流互感器，PT-精密升压电压互感器

参见图3所示，是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置工作接线图。其工作原理为：在检定过程中，将被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和本发明的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，将被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和本发明的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接。主要工作方法如下：

当检定工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能时，本发明接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A，并根据关系式U_A＝3I_A×(1/jωC₀)在U_A端子反馈出电压信号(相对U_N参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A和U_A信号并计算出零序电容测量值C_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差C_0误差＝C_0试品-C₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目的。

当检定工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能时，本发明接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A、I_B、I_C，并根据关系式

在U_A、U_B、U_C端子反馈出相应电压信号(相对U_N参考点)，上述关系式和反馈电压信号满足U＝(U_AB+U_BC+U_CA)/3，

I＝(I_A+I_B+I_C)/3。此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A、I_B、I_C和U_A、U_B、U_C信号并计算出正序电容测量值C_1试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C_1误差＝C_1试品-C₁，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能进行检定的目的。

当检定工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能时，本发明接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A，并根据关系式U_A＝3I_A×(jωL₀+R₀)在U_A端子反馈出电压信号(相对U_N参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A和U_A信号并计算出零序电阻分量测量值R_0试品和零序电感分量测量值L_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差R_0误差＝R_0试品-R₀及零序电感测量误差L_0误差＝L_0试品-L₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能(含零序电阻分量和零序电感分量)进行检定的目的。

当检定工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能时，本发明接受来自被检工频线路参数测试仪的电流信号I_A，并根据关系式U_A＝3I_A×(jωL₀+R₀)在U_A端子反馈出电压信号(相对U_N参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量I_A和U_A信号并计算出零序电阻分量测量值R_0试品和零序电感分量测量值L_0试品，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差R_0误差＝R_0试品-R₀及零序电感测量误差L_0误差＝L_0试品-L₀，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能(含正序电阻分量和正序电感分量)进行检定的目的。

参见图4所示，是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置内部原理图。本发明按三相回路设计，每相回路工作原理相同(下面以A相回路为例进行工作原理说明)：

在A相回路中，本发明通过输入端子A_in接受被检工频线路参数测试仪的输入电流信号I_A，该信号首先经过“I-V变换模块”2a并输出电压信号u_a1，电压信号u_a1满足关系式u_a1＝k_CT×Ia，其中k_CT为该模块中仪表型精密电流互感器CT的固定比例系数；然后电压信号u_a1经过“虚拟复阻抗模块”3a并输出电压信号u_a2，电压信号u_a2满足关系式u_a2＝[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×u_a1，其中k_L、k_C、k_R为可调比例系数，该可调比例系数由来自“控制模块1”的A相回路控制信号sig-a分别进行控制；然后电压信号u_a2经过“电压输出模块”4a进行信号放大并最终输出电压信号U_Aout，U_Aout满足关系式U_Aout＝k_PT×u_a2，其中k_PT为该模块中精密升压电压互感器PT的固定比例系数。

通过上述回路，产生的输出电压信号U_Aout和输入电流信号I_A的满足复阻抗函数关系，即U_Aout＝k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×I_A，其中A相回路可调比例系数k_A＝k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]即本发明实现的A相回路的“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”幅值准确且灵活可调。

在B相回路和C相回路中，工作原理与A相回路完全相同。通过上述过程，本发明可以模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻抗分量的量值由“控制模块1”灵活配置，设置范围广，准确度高。通过本发明实现的三相“虚拟复阻抗”不仅可对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”和“正序电容”测量功能进行检定，而且也能对该类试品的“零序阻抗”和“正序阻抗”测量功能进行全面检定。

参见图4.1所示，是图4中控制模块1的原理图。本发明实施例在该模块中以的DSP控制器件TMS320F2812为核心，该模块的主要工作任务包括：接受检定人员通过人机交互界面录入的有关控制信息(比如：选择检定的功能，包括零序电容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗；设定具体检定参数，包括复阻抗中的电容分量、电阻分量、电感分量)。在检定人员选择好检定功能并设定好具体检定参数后，DSP控制器件将进行相应的计算并产生比例系数控制信号sig-a、sig-b、sig-c，其中，sig-a用来控制A相回路“虚拟复阻抗模块”2a中电感分量比例系数k_L、电容分量比例系数k_C、电阻分量比例系数k_R；sig-b用来控制B相回路“虚拟复阻抗模块”2b中相应的电感分量比例系数、电容分量比例系数和电阻分量比例系数；sig-c用来控制C相回路“虚拟复阻抗模块”2c中电感分量比例系数、电容分量比例系数、电阻分量比例系数。

参见图4.2所示，是图4中A相回路I-V变换模块2a的原理图(该图以A相回路为例进行说明，B相回路和C相回路的工作原理相同)。本发明实施例在该模块中通过A_in、N两个端子接受被检工频线路参数测试仪产生的A相电流信号I_A，电流信号I_A经过由仪表型精密电流互感器CT、无感精密电阻R_CT、精密运放OP37组成的I-V变换电路后输出电压信号u_a1，并且电压信号u_a1满足关系式u_a1＝k_CT×I_A。B相回路的“I-V变换模块”2b和C相回路“I-V变换模块”2c的原理与A相回路完全一致。

参见图4.3所示，是图4中A相回路虚拟复阻抗模块3a的原理图(该图以A相回路为例进行说明，B相回路和C相回路的工作原理与A相回路相同)。本发明实施例在该模块中主要包括：电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分量的产生及幅值选择电路。每组回路的工作原理如下：

其中，电感分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“I-V变换模块”2a的电压信号u_a1输入给由云母精密电容C_L、无感精密电阻R_L和精密运放OP37组成的精密微分电路，其输出电压信号为u_a-L1，并且u_a-L1满足关系式u_a-L1＝-jωC_LR_L×u_a1，电压信号u_a-L1经过精密数字电位器AD5231进行精密分压，线性度可达0.1％，该回路精密数字电位器AD5231的可调分压比例由来自“控制模块”1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分压后的输出信号为u_a-L2，电压信号u_a-L2经过基于OP37组成的电压跟随器后输出电压信号u_a-L3。由于该回路的可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下可任意设置，可以得到关系式u_a-L3＝-jωk_L×u_a1，其中k_L为电感分量可调分压比例系数，该比例系数与C_L、R_L相关并受比例系数控制信号sig-a控制，由于C_L、R_L是固定值，所以k_L在sig-a控制下可任意设置。

其中，电容分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“I-V变换模块”2a的电压信号u_a1输入给由云母精密电容C_C、无感精密电阻R_C和精密运放OP37组成的精密积分电路，其输出电压为u_a-C1，并且u_a-C1满足关系式u_a-C1＝-(1/jωC_CR_C)×u_a1，电压信号u_a-C1经过精密数字电位器AD5231进行精密分压，线性度可达0.1％，该回路精密数字电位器AD5231的可调分压比例仍由来自“控制模块”1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分压后的输出信号为u_a-C2，电压信号u_a-C2经过基于OP37组成的电压跟随器后输出电压信号u_a-C3。由于该回路的可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下任意设置，可以得到关系式u_a-C3＝-(1/jωk_C)×u_a1，其中k_C为电容分量可调分压比例系数，该比例系数与C_C、R_C相关并受比例系数控制信号sig-a控制，由于C_C、R_C是固定值，所以k_C在sig-a控制下可任意设置。

其中，电阻分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“I-V变换模块”2a的电压信号u_a1输入给由2个等值的无感精密电阻R_R和精密运放OP37组成的精密反相放大电路，其输出电压为u_a-R1，并且u_a-R1满足关系式u_a-R1＝-u_a1，电压信号u_a-R1经过精密数字电位器AD5231进行精密分压，线性度可达0.1％，该回路精密数字电位器AD5231的可调分压比例仍由来自“控制模块”1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分压后的输出信号为u_a-R2，电压信号u_a-R2经过基于OP37组成的电压跟随器后输出电压信号u_a-R3。由于该回路的可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下任意设置，可以得到关系式u_a-R3＝-k_R×u_a1，其中k_R为电阻分量可调分压比例系数，k_R在sig-a控制下可任意设置。

以上产生的3路电压信号u_a-L3、u_a-C3、u_a-R3同时输入给由4个等值的无感精密电阻R₂和精密运放OP37组成的精密反相加法电路，其输出电压为u_a2，并且u_a2满足关系式：

u_a2＝-(u_a-L3+u_a-C3+u_a-R3)＝-[-jωk_L×u_a1-(1/jωk_C)×u_a1-k_R×u_a1]

＝[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×u_a1＝[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×k_CT×I_A

上述过程为A相回路“虚拟复阻抗模块”3a的原理，B相回路“虚拟复阻抗模块”3b和C相回路“虚拟复阻抗模块”3c的原理与A相回路完全一致。

参见图4.4所示，是图4中A相回路电压输出模块4a的原理图(该图以A相回路为例进行说明，B相回路和C相回路的A相回路原理相同)。来自前级A相回路“虚拟复阻抗模块”3a的信号u_a2首先经过功率运放OPA549组成的电压跟随器提高带负载能力，并输出电压为u_a3，电压信号u_a3经过精密升压电压互感器PT进行电压放大，精密电压互感器PT的电压放大倍数为k_PT，输出电压信号为U_AN(即本发明电压输出端子U_Aout、U_N之间的电压)，电压信号U_AN满足关系式：U_AN＝k_PT×u_a2＝k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]×I_A。

如上所述，本发明实施例在U_AN和I_A之间建立了“虚拟复阻抗”函数关系，也就是模拟出了A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即k_PT×k_CT×[jωk_L+(1/jωk_C)+k_R]，其中k_PT、k_CT是固定比例系数，k_L、k_C、k_R是在sig-a控制下独立可调的比例系数。上述过程为A相回路的原理，B相回路和C相回路的原理与A相回路完全一致。通过上述原理，实现了三相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”的电感分量、电容分量、电阻分量可独立设定，准确度高，操作便捷，可代替传统的“实物阻抗法”开展工频线路参数测试仪的检定工作。

Claims

1.一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于，包括：一个控制模块、三个I−V变换模块、三个虚拟复阻抗模块及三个电压输出模块，检定装置按三相回路设计，一个I-V变换模块、一个虚拟复阻抗模块及一个电压输出模块组成一个回路，控制模块与三个虚拟复阻抗模块分别相连，各个阻抗分量的量值由控制模块进行配置，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和检定装置的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接。

2.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述控制模块包括数字控制器件。

3.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述I−V变换模块包括由仪表型精密电流互感器CT、无感精密电阻R _CT、精密运放组成的I−V变换电路。

4.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述虚拟复阻抗模块包括电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分量的产生及幅值选择电路。

5.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于：所述电压输出模块包括功率运放组成的电压跟随器和精密升压电压互感器PT。

6.一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪的检定方法，其特征在于，首先采用一个基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，包括：控制模块、I−V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子A_in、B_in、C_in、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子U_A、U_B、U_C、U_N分别和检定装置的电压输出端子U_Aout、U_Bout、U_Cout、U_N连接，检定装置按三相回路设计，每相回路结构及原理相同，在A相回路中，检定装置通过输入端子A_in接受被检工频线路参数测试仪的输入电流信号I _A，该信号首先经过I−V变换模块并输出电压信号u _a1，电压信号u _a1满足关系式u _a1=k _CT×I _A，其中k _CT为I−V变换模块中仪表型精密电流互感器CT的固定比例系数；然后电压信号u _a1经过虚拟复阻抗模块并输出电压信号u _a2，电压信号u _a2满足关系式u _a2=[ jωk _L +(1/jωk _C)+k _R]×u _a1，其中k _L、k _C、k _R为可调比例系数，该可调比例系数由来自控制模块的A相回路控制信号sig−a分别进行控制；然后电压信号u _a2经过电压输出模块进行信号放大并最终输出电压信号U _Aout，U _Aout满足关系式U _Aout= k _PT×u _a2，其中k _PT为该电压输出模块中精密升压电压互感器PT的固定比例系数，通过上述A相回路，产生的输出电压信号U _Aout和输入电流信号I _A即可满足复阻抗函数关系，即U _Aout=k _PT×k _CT×[ jωk _L+(1/jωk _C)+k _R]×I _A，其中A相回路可调比例系数k _A= k_PT×k_CT ×[ jωk _L +(1/jωk _C)+k _R]，即检定装置实现的A相回路的“虚拟复阻抗”；在B相回路和C相回路中，工作原理与A相回路完全相同，通过上述过程，检定装置即模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻抗分量的量值由控制模块进行配置，本方法在电压输出端子U_Aout、U_N之间的电压U _AN与I _A之间建立了“虚拟复阻抗”函数关系，也就是模拟出了A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即k _PT×k _CT×[ jωk_L +(1/jωk _C)+ k_R ]，其中k _PT、k _CT是固定比例系数，k _L、k _C、k _R是在sig−a控制下独立可调的比例系数； B相回路和C相回路的原理与A 相回路完全一致，由此实现三相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”的电感分量、电容分量、电阻分量能够独立设定。