CN103399288B

CN103399288B - 电子式互感器检测方法及示波表

Info

Publication number: CN103399288B
Application number: CN201310357068.0A
Authority: CN
Inventors: 许灵洁; 张卫华; 周琦; 李航康; 朱重冶
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Marketing Service Center of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-08-15
Filing date: 2013-08-15
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2033-08-15
Also published as: CN103399288A

Abstract

本发明提供了一种电子式互感器检测方法及示波表，该检测方法应用于示波表，示波表包括：光电转换器、与所述光电转换器连接的控制器、与所述控制器连接的显示屏。示波表可以在检测设备对电子式互感器的准确度检测和校验前，先由光电转换器将数据包转换为网络数据帧，并传送给控制器，然后由控制器将获取的一个周期的所有的网络数据帧的字节，转换为电子式互感器的检测数据，从而构建一个周期内的所有网络数据帧的采样计数值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线，并显示在显示屏。因此，通过对二维曲线的初步检测，可以判断电子式互感器是否合格，从而及时发现不合格的电子式互感器，省去了检测设备的安装和检测的时间，减少时间的浪费。

Description

电子式互感器检测方法及示波表

技术领域

本发明涉及示波表技术领域，更具体地说，涉及一种电子式互感器检测方法及示波表。

背景技术

数字化变电站是目前电力系统建设的前沿技术体现，代表着变电站技术的发展方向。为使变电站内不同厂家的电子设备之间通过一种标准协议实现互操作和信息共享，数字化变电站采用变电站自动化系统唯一国际标准IEC61850系列标准作为通信协议。

电子式互感器作为一种非传统互感器，广泛应用在数字化变电站中，因此，其检测数据必须符合IEC61850系列标准规定。合并单元是电子式互感器的接口装置，可以对电子式互感器传输过来的检测数据进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号以数据包的形式传送给其它装置。其中，多个电子式互感器的检测数据可以通过一个合并单元组合在一起，即由合并单元提供一组时间一致的检测数据。电子式互感器在使用前需要对其进行检测和校验，目前，主要使用检测设备检测数据包中各数字信号的偏差值，然后通过校验使电子式互感器实现准确度测量。

由于电子式互感器目前还不成熟，仍处于一个磨合阶段，导致一些电子式互感器初检数据偏差很大。而检测设备只有在检测过程中，才能发现不合格的电子式互感器，检测设备前期安装和检测过程又相对比较繁琐，因此，浪费了很多时间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种电子式互感器检测方法及示波表，以在检测设备对电子式互感器的准确度检测和校验前，对电子式互感器的准确度进行初步检测，以及时发现不合格的电子式互感器，省去了检测设备的安装和检测的时间，从而增加检测设备的使用效率，减少时间的浪费。

一种电子式互感器检测方法，应用于示波表，所述示波表包括：光电转换器，与所述光电转换器连接的控制器、与所述控制器连接的显示屏，其中，所述控制器至少设置有一个适配器；所述方法包括：

所述光电转换器接收数据包，转换所述数据包为网络数据帧并发送至所述适配器；

所述控制器检测所述适配器的状态，并开启处于工作状态下的适配器；

所述控制器获取由所述工作状态下的适配器传输的一个周期的所述网络数据帧，提取一个周期内的所有所述网络数据帧的字节，将所述网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据；构建一个周期内的所有所述网络数据帧的采样计数值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线并输出；

所述显示屏显示所述二维曲线。

优选的，所述控制器获取由所述工作状态下的适配器传输的一个周期的所述网络数据帧之前，还包括：

所述控制器提取所述网络数据帧的帧标记，判断所述网络数据帧的帧标记是否符合预设规范要求；若符合，则获取由所述工作状态下的适配器传输的一个周期的所述网络数据帧。

优选的，所述，提取一个周期内的所有所述网络数据帧的字节，将所述网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据，包括：

查找所述网络数据帧的应用服务数据单元；

提取所述应用服务数据单元中的网络数据帧的字节，转换所述字节为电子式互感器的检测数据，所述电子式互感器的检测数据作为所述网络数据帧当前采样计数值对应的电子式互感器的检测数据。

优选的，还包括：

所述控制器构建所述二维曲线后，关闭所述工作状态下的适配器。

优选的，所述预设规范要求为IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约。

一种示波表，包括：

电源；

适配器；

与所述电源连接，用于接收数据包，转换所述数据包为网络数据帧并发送至所述适配器的光电转换器；

分别与所述光电转换器、所述电源连接，至少设置有一个所述适配器，用于检测所述适配器的状态，并开启处于工作状态下的适配器；获取由所述工作状态下的适配器传输的一个周期的所述网络数据帧，提取一个周期内的所有所述网络数据帧的字节，将所述网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据；构建一个周期内的所有所述网络数据帧的采样计数值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线并输出的控制器；

与所述控制器连接，用于显示所述二维曲线的显示屏。

优选的，所述电源包括：

与外界电源连接的充电模块；

与所述充电模块连接的电池组；

与所述电池组连接，在所述充电模块为所述电池组充电时，处于断开状态的开关；

与所述开关连接，在所述开关处于闭合状态时，对所述电池组输出的电压进行高电压向低电压转换的DC/DC电源模块。

优选的，所述充电模块上设置有充电指示灯。

优选的，所述电池组由并联连接的第一支路和第二支路构成；

所述第一支路由串联连接的第一二极管和第一电池组构成，所述第一二极管的阳极连接所述充电模块，所述第一二极管的阴极连接所述第一电池组的正极，所述第一电池组的负极连接接地端；

所述第二支路由串联连接的第二二极管和第二电池组构成，所述第二二极管的阳极连接所述充电模块，所述第二二极管的阴极连接所述第二电池组的正极，所述第二电池组的负极连接接地端。

优选的，还包括：第三二极管和第四二极管；

所述第三二极管的阳极连接所述第一二极管和所述第一电池组的公共端，阴极连接所述开关的一端；

所述第四二极管的阳极连接所述第二二极管和所述第二电池组的公共端，阴极连接所述第三二极管的阴极。

优选的，所述控制器外置有USB接口和RS232接口。

优选的，所述光电转换器设置有光信号输入口和光信号输出口。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供了一种电子式互感器检测方法及示波表，该检测方法应用于示波表，示波表包括：光电转换器、与所述光电转换器连接的控制器、与所述控制器连接的显示屏。本发明提供的示波表可以在检测设备对电子式互感器的准确度检测和校验前，先由光电转换器将数据包转换为网络数据帧，并传送给控制器，然后由控制器将获取的一个周期的所有的网络数据帧的字节，转换为电子式互感器的检测数据，从而构建一个周期内的所有网络数据帧的采样计数值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线，并显示在显示屏。因此，通过对二维曲线的初步检测，可以判断电子式互感器是否合格，从而及时发现不合格的电子式互感器，省去了检测设备的安装和检测的时间，进而增加了检测设备的使用效率，减少时间的浪费。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种电子式互感器检测方法的流程图；

图2为本发明实施例公开的一种示波表的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的一种IEC61850-9-1规约帧示意图；

图4为本发明实施例公开的一种IEC61850-9-2规约帧示意图；

图5为本发明实施例公开的另一种示波表的结构示意图。

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作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。

如图1所示，本发明实施例公开的一种电子式互感器检测方法的流程图，应用于示波表，该示波表的结构示意图如图2所示，示波表包括：光电转换器11、与光电转换器11连接的控制器12、与控制器12连接的显示屏13，其中，控制器12至少设置有一个适配器14。

需要说明的一点是，适配器14可以认为是一个接口转换器，它可以是一个独立的硬件接口设备，允许硬件或电子接口与其它硬件或电子接口相连；也可以是一个信息接口。本发明中适配器14为控制器12的信息接口。

所述方法包括：

S10、光电转换器11接收数据包，转换所述数据包为网络数据帧并发送至适配器14；

具体的，一个数据包(即光信号)中含有所有与合并单元相连接的电子式互感器的检测数据，因为一个数据包对应一个网络数据帧(即电信号)，因此，一个网络数据帧中也包含有所有与合并单元相连接的电子式互感器的检测数据，且每个电子式互感器的检测数据均用字节表示。

需要说明的一点是，光电转换器11可以连续接收合并单元传送的数据包。

其中，当电子式互感器为电子式电压互感器时，检测数据为电压值；当电子式互感器为电子式电流互感器时，检测数据为电流值。

S20、控制器12检测适配器14的状态，并开启处于工作状态下的适配器14；

具体的，当控制器12设置有多个适配器14时，控制器12对所有的适配器14的状态进行检测，对有信息输入的适配器14即处于工作状态的适配器14进行开启，以使信息进入。

S30、控制器12绘制二维曲线并输出；

具体的，控制器12获取由工作状态下的适配器14传输的一个周期的网络数据帧，提取一个周期内的所有网络数据帧的字节，将网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据；构建一个周期内的所有网络数据帧的采样计数值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线并输出。

一个网络数据帧含有一个APDU(ApplicationProtocolDataUnit，应用协议数据单元)，一个APDU通常有若干个ASDU(ApplicationServiceDataUnit，应用服务数据单元)连接而成。一个APDU含有的ASDU的数目可以通过ASDU的配置参数进行定义，并且与ASDU中设置的采样速率有关(需要说明的一点，一个APDU含有的所有ASDU的设置的采样速率均相同)。

ASDU由数据单元标识符和信息体两部分构成的，在每个ASDU的信息体部分，均包含有所有与合并单元相连接的电子式互感器的检测数据(即电压值或电流值)，每个电子式互感器的检测数据均用字节表示。

因此，控制器12提取一个周期内所有的网络数据帧的字节，将网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据，具体包括：

控制器12查找网络数据帧的ASDU；

提取ASDU中网络数据帧的字节，转换所述字节为电子式互感器的检测数据，电子式互感器的检测数据作为当前采样数值对应的电子式互感器的检测数据。

需要说明的一点，在每个网络数据帧中均有一个采样计数的数据单元，采集完一个网络数据帧的ASDU后(每个ASDU作为一个采样数值，每个采样数值均对应该ASDU的字节中包含的所有电子式互感器的检测数据)，下一个网络数据帧中的采样计数的数据单元继续对该网络数据帧中的ASDU计数，直到采集完一个周期的网络数据帧中所有的ASDU，所有采样计数的数据单元置零。

举例说明，控制器12绘制二维曲线的过程：

以每个APDU包含有5个ASDU，采样速率为200个/周期为例，则获取一个周期的数据，控制器12需获取40个完整的网络数据帧。

在本实施例中，第一个采样计数的数据单元的采样计数值为0、1、2、3、4，第二个采样计数的数据单元的采样计数值为5、6、7、8、9，直到采集连续的200个ASDU后，采样计数的范围为0～199。当电子式互感器为电子式电压互感器，则有200个电压值；当电子式互感器为电子式电流互感器，则有200个电流值。然后以采样计数值为X轴，与该采样计数值对应的电压值或电流值为Y轴，绘制二维曲线，所述二维曲线即是电子式互感器的检测数据对应的二维曲线。

S40、显示屏显示二维曲线。

需要说明的一点是，显示屏显示二维曲线的个数与电子式互感器的个数一致，即每个电子式互感器对应一个二维曲线。

综上可以看出，本发明提供的一种电子式互感器检测方法，可以在检测设备对电子式互感器的准确度检测和校验前，将电子式互感器检测的检测数据以二维曲线的形式显示出来，本领域技术人员可以根据二维曲线的幅值、频率等，对电子式互感器是否合格进行初步判断，从而及时发现不合格的电子式互感器，省去了检测设备的安装和检测的时间，进而增加了检测设备的使用效率，减少时间的浪费。

优选的，在控制器12获取由工作状态下的适配器14传输的一个周期的网络数据帧之前，还包括：

控制器12提取网络数据帧的帧标记，判断该网络数据帧的帧标记是否符合预设规范要求；若符合，则获取由工作状态下的适配器14传输的一个周期的网络数据帧。

其中，预设规范要求为IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约。

本领域技术人员可以理解的是，电子式互感器的检测数据符合IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约，电子式互感器通过合并单元输出的数据包(即电信号)也符合IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约。当合并单元出现故障时，在合并单元向光电转换器11传输电信号的过程中，可能会有其他的电信号进入到光电转换器11，进而对控制器12绘制二维曲线造成干扰。

因为符合IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约的网络数据帧都含有特定帧标记，因此，控制器12通过对该帧标记提取判断，即可判断出该网络数据帧是否符合IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约。当网络数据帧不符合预设规范要求时，控制器12停止工作。

需要说明的一点是，控制器12在获取一个周期的网络数据帧后，才绘制二维曲线，当控制器12判断第一个网络数据帧符合预设规范要求后，则不再对后续的网络数据帧进行判断。

需要说明的是，在IEC61850-9-1规约中，依据ASDU中网络数据帧的字节获得电子式互感器的检测数据的过程，和，在IEC61850-9-2规约中，依据ASDU中网络数据帧的字节获得电子式互感器的检测数据的过程不完全相同。

以处理A相电压为例，在IEC61850-9-1规约中，控制器12把帧的首地址指向帧的起始位置(即目的地址的第一个字节)，依次类推，找到A相电压的字节起始位置。在IEC61850-9-1规约中，电子式互感器的检测数据以两个字节表示，第一个字节表示高位，第二个字节表示低位。如图3所示，本发明实施例公开的一种IEC61850-9-1规约帧示意图，FF为帧的起始位置，若A相电压两个字节为423A，用十进制表示为16954。在IEC61850-9-2规约中，电子式互感器的检测数据的查找过程与IEC61850-9-1规约中相同，只是电子式互感器的检测数据由两个字节扩展为四个字节。如图4所示，本发明实施例公开的一种IEC61850-9-2规约帧示意图，FF为帧的起始位置，若A相电压四个字节为001203AA，用十进制表示为1180586。

若以U1～U200表示采集到的原始A相电压(即十进制表示的电压值)的数据，在绘制二维曲线时，通常以采样计数值(0～199)为X轴坐标，以U1～U200为Y轴坐标，绘制的一个完整周期的波形，即是A相电压对应的波形，一般为正弦波。

其中，在IEC61850-9-1规约中，控制器12还可以获得A相电压的有效值，

U_{M} = \sqrt{\frac{Σ_{n = 1}^{200} U_{n}^{2}}{200}}

在获取A相电流的有效值时，仅需将上述电压值，改为电流值即可。

需要注意的是，在IEC61850-9-2规约中，电流的比例系数为0.001，电压的比例系数为0.01，在利用上述公式获得电压有效值(或电流有效值)时，需将原始数据乘以相应的系数，在带入上述公式进行处理。

步骤S30还包括：

控制器12构建二维曲线后，关闭工作状态下的适配器14。

当然，为获得更多周期的波形，也可以不关闭工作状态下的适配器14，依据实际情况而定，本发明在此不作限定。

本发明提供的示波器，除显示各电子式互感器的检测数据对应的二维曲线以及电子式互感器的电压有效值、电流有效值外，示波器还可以显示电压实际值、电流实际值，各相的功率因数，各相的有功功率、无功功率，以及各相电压的各次谐波分量、各相电流的各次谐波分量。

具体的，(1)在IEC61850-9-1规约中，电压实际值、电流实际值的计算方法：

设与采样计数值对应的电子式互感器的检测数据的十进制值为x₀,x₁,…,x_T-1，采样速率为T，取其最大值假设为x_n，电子式互感器的铭牌上记录的额定值为M，在IEC61850-9-1规约中最大值为11585，所以其计算公式为:

x_{n} / 11585 * M / \sqrt{2}

在IEC61850-9-2规约中，电流的比例系数为0.001，电压的比例系数为0.01，检测数据的十进制值直接乘以相应的系数即可。

(2)功率因数的计算方法为：

设与采样计数值对应的电子式互感器的检测数据的十进制值为x₀,x₁,…,x_T-1，采样速率为T，

正交分量之和：

R = Σ_{n = 0}^{T - 1} \frac{2}{T} x n S i n (2 π n / T)

同向分量之和：

S = Σ_{n = 0}^{T - 1} \frac{2}{T} x n C o s (2 π n / T)

其相位值为：

Atan2(S,R)*180/π*60；

用Ca表示电流的相位值，用Cb表示电压的相位值

最后其功率因数计算公式为：

cosφ＝Cos(abs(Cb-Ca)/60/180*π)

(3)有功功率的计算方法为：

P＝UIcosφ

(4)无功功率的计算方法为：

Q＝UIsinφ

(5)谐波分量计算方法为：

那么正交分量之和为

R = Σ_{n = 0}^{T - 1} \frac{2}{T} x n S i n (2 π n A / T)

同向分量之和为

A次谐波有效值为：

\sqrt{(R * R + S * S) / 2}

与上述方法实施例相对应，如图5所示本发明提供的另一种示波表的结构示意图，包括电源20、适配器14、光电转换器11、控制器12和显示屏13。

光电转换器11与电源20连接，用于接收数据包，转换所述数据包为网络数据帧并发送至适配器14。

其中，光电转换器11上设置有光信号输入口21和光信号输出口22，合并单元输出的数据包可以通过光信号输入口21传送给光电转换器11；光电转换器11内的光信号可以通过光信号输出口22传送给其他装置。

控制器12分别与光电转换器11、电源20连接，至少设置有一个适配器14，用于检测适配器14的状态，并开启处于工作状态下得适配器14；获取由所述工作状态下得适配器14传输的一个周期的网络数据帧，提取一个周期内的所有网络数据帧的字节，将所述网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据；构建一个周期内的所以网络数据帧的采样技术值和相对应的电子式互感器的检测数据的二维曲线并输出。

其中，控制器12上可以设置有外置USB接口，以实现控制器12与外部设备的连接和通讯。

进一步的，控制器12上还可以设置有外置RS232接口，以实现控制器12与外部设备的连接和通讯。

优选的，控制器12可以为ARM开发板。

ARM开发板为一套基于Linux的嵌入式开发系统，其核心处理器采用一颗高性能的CortexA8核心处理器，运行主频1GHz，内置PowerVRSGX540高性能图形引擎，运行内存512MB，32位数据总线，运行频率200MHz，并且配置了一块1GB的NANDFlash的闪存。

显示屏13与控制器12连接，用于显示二维曲线。

其中，显示屏13可以为LED(lightemittingdiode，发光二极管)显示屏。

可以理解的是，电源20、适配器14、光电转换器11、控制器12和显示屏13可以均固定在一个装置外壳内。

进一步的，为优化上述实施例的技术方案，电源20可以包括：充电模块31、电池组32、开关33和DC/DC电源模块34；

充电模块31上设置有充电口35，以与外界电源连接，充电模块31上还可以设置有充电指示灯36，以在外界电源给充电模块31充电时，起提示作用。

电池组32与充电模块31连接。

开关33的一端与电池组32连接，另一端与DC/DC电源模块34连接，在充电模块31为电池组32充电时，开关33处于断开状态，当电池组32充满电时，开关33闭合，电池组32输出的电压经DC/DC电源模块34进行高电压向低电压(例如直流12V转化为直流5V)转换，以满足光电转换器11和控制器12的供电需求。

进一步的，为优化上述实施例的技术方案，电池组32可以由并联连接的第一支路和第二支路构成；

第一支路由串联连接的第一二极管41和第一电池组42构成，第一二极管41的阳极连接充电模块31，第一二极管41的阴极连接第一电池组42的正极，第一电池组42的负极连接接地端；

第二支路由串联连接的第二二极管43和第二电池组44构成，第二二极管43的阳极连接充电模块31，第二二极管43的阴极连接第二电池组44的正极，第二电池组44的负极连接接地端。

进一步的，为优化上述实施例的技术方案，还包括第三二极管45和第四二极管46；

第三二极管45的阳极连接第一二极管41和第一电池组42的公共端，阴极连接开关33的一端；

第四二极管46的阳极连接第二二极管43和第二电池组44的公共端，阴极连接第三二极管45的阴极。

上述方案中，增加二极管均是为防止电压回流。

图5提供的示波表的工作原理，请参见上述的一种电子式互感器检测方法，此处不再赘述。

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

1.一种电子式互感器检测方法，其特征在于，应用于示波表，所述示波表包括：光电转换器，与所述光电转换器连接的控制器、与所述控制器连接的显示屏，其中，所述控制器至少设置有一个适配器；所述方法包括：

所述显示屏显示所述二维曲线。

2.根据权利要求1所述的电子式互感器检测方法，其特征在于，所述控制器获取由所述工作状态下的适配器传输的一个周期的所述网络数据帧之前，还包括：

3.根据权利要求1所述的电子式互感器检测方法，其特征在于，所述，提取一个周期内的所有所述网络数据帧的字节，将所述网络数据帧的字节转换为电子式互感器的检测数据，包括：

查找所述网络数据帧的应用服务数据单元；

4.根据权利要求1所述的电子式互感器检测方法，其特征在于，还包括：

5.根据权利要求2所述的电子式互感器检测方法，其特征在于，所述预设规范要求为IEC61850-9-1规约或IEC61850-9-2规约。

6.一种示波表，其特征在于，包括：

电源；

适配器；

与所述控制器连接，用于显示所述二维曲线的显示屏。

7.根据权利要求6所述的示波表，其特征在于，所述电源包括：

与外界电源连接的充电模块；

与所述充电模块连接的电池组；

8.根据权利要求7所述的示波表，其特征在于，所述充电模块上设置有充电指示灯。

9.根据权利要求7所述的示波表，其特征在于，所述电池组由并联连接的第一支路和第二支路构成；

10.根据权利要求9所述的示波表，其特征在于，还包括：第三二极管和第四二极管；

11.根据权利要求6所述的示波表，其特征在于，所述控制器外置有USB接口和RS232接口。

12.根据权利要求6所述的示波表，其特征在于，所述光电转换器设置有光信号输入口和光信号输出口。