CN103616580B - 合并单元数据转换角差测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于合并单元测试技术领域，涉及一种合并单元数据转换角差测试方法，包括：测试装置输出测试信号至被测合并单元，被测合并单元将测试信号转换成标准数字报文后输出至测试装置，其中，测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值；测试装置选取一次内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位φFFT，结合正弦波时间特性，构建数学模型，计算被测合并单元在tST时刻实际采集到的测试信号的基波瞬时相位φ；将φ与预设值相减，计算被测合并单元数据转换角差。本发明解决了各类合并单元数据转换角差测试问题，具有应用广泛、效率高等特点。

Description

合并单元数据转换角差测试方法
技术领域
本发明属于合并单元测试技术领域，特别涉及合并单元数据转换角差测试方法。
背景技术
在智能变电站或数字化变电站中，合并单元（Merging Unit）为智能电子设备提供一组时间同步的电压和电流采样值。其主要功能是汇集（或合并）多个互感器的输出信号，获取电力系统电流和电压瞬时值，并将该数据以数字报文格式（IEC61850 9-2或IEC60044-8）传送给测控及保护装置。合并单元数据转换相角误差（下简称“角差”，即合并单元输出经延时补偿后与其输入的相位差。）将直接影响到保护及测控的动作逻辑，特别是对差动保护、方向保护、距离保护均会造成很大的影响，同时也会直接影响到电力功率的计量,故对其角差的测试是合并单元测试中的一个核心测试环节。
目前对合并单元数据转换角差测试主要基于采集卡的比对方式，在同一信号源下，将被测合并单元采集到的数据与标准采集卡采集到的数据进行比对，在对标准采集卡数据处理延时及合并单元延时分别补偿后，比对的结果即为合并单元数据转换角差。
该测试方法有以下几个技术缺点：
1）受限于目前市场上的采集卡只能采集模拟量，而不能采集数字报文格式，所以该方式只能针对模拟量输入的合并单元进行测试。而目前国内外工程中实际用到合并单元其输入方式主要有以下几种类型：电子式互感器的数字报文输入（IEC61850 9-2、IEC60044-8）、传统互感器的模拟信号输入、电子式互感器的模拟小信号输入。所以该测试方式对含有IEC 61850 9-2报文、IEC 60044-8报文输入的合并单元不能进行测试；
2）需要高精度的采集卡；
3）测试接线繁杂。
发明内容
本发明克服了现有技术的缺陷，解决了合并单元数据转换角差测试问题，特别是解决了包含数字报文输入的合并单元数据转换角差的测试问题。
本发明公开了一种合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，测试装置输出测试信号至被测合并单元，该被测合并单元将该测试信号转换成标准数字报文后输出至该测试装置，其中，该测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的该测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤2，该测试装置选取一次该内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位φFFT，结合正弦波时间特性，构建该φFFT、接收该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时间及该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ之间关系的数学模型一，求取该φ，
步骤3，将该φ与该预设值相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
进一步，该数学模型一为：
（1）
其中，
tM为该测试装置接收到该一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时刻,
Td为该被测合并单元数据处理存在的延时，
ω为该测试信号的基波角频率。
进一步，该测试信号被延时输出，步骤3通过将该φ与该预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
进一步，该测试信号为模拟或数字电压和/或电流信号。
进一步，该标准数字报文为IEC 61850 9-2格式数字报文或IEC 60044-8格式数字报文。
本发明还公开了另一种合并单元数据转换角差测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤Ⅰ，同步测试装置和被测合并单元的秒脉冲触发时钟，该测试装置输出测试信号至该被测合并单元，该被测合并单元将该测试信号转换成标准数字报文后输出至该测试装置，其中，该测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的该测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤Ⅱ，该测试装置选取一次该内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位φFFT，结合正弦波时间特性和合并单元采样计数特征，计算出该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ，
步骤Ⅲ，将该φ与该预设值相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
进一步，步骤Ⅱ根据正弦波时间特性和合并单元采样计数特征，构建如下的该一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的被测合并单元采样计数器的数值、该φFFT及该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ之间关系的数学模型二，求取该φ，
（2）
其中，
N为该被测合并单元采样计算器最大值，
n为该一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的该被测合并单元采样计数器的数值，
ω为该测试信号的基波角频率，单位为度/秒。
进一步，该一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的该被测合并单元采样计数器为0，该φFFT即为该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ。
进一步，该测试信号被延时输出，步骤Ⅲ通过将该φ与该预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
进一步，该测试信号为模拟或数字电压和/或电流信号。
进一步，该标准数字报文为IEC 61850 9-2格式数字报文或IEC 60044-8格式数字报文。
本发明公开的合并单元数据转换角差测试方法的有益效果在于：
1）预设测试正弦信号的输出基波初相位，替代采集卡的功能，适用于各类合并单元数据转换角差的测试，对数字量输入、模拟量输入、模拟小信号输入（峰值为-10到10V）、数字与模拟量混合输入、数字与模拟小信号混合输入的合并单元均可进行测试；
2）测试准确度高；
3）一台具有数据处理功能的信号源既可完成测试功能，接线简单，使用方便。
具体实施方式
本发明的合并单元数据转换角差测试方法，结合实施例详细说明如下。
本发明公开了一种合并单元数据转换角差测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，测试装置输出测试信号至被测合并单元，该被测合并单元将该测试信号转换成标准数字报文后输出至该测试装置，其中，该测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的该测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤2，该测试装置选取一次该内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位φFFT，结合正弦波时间特性，构建该φFFT、接收该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时间及该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ之间数学模型一，求取φ，
步骤3，将该φ与该预设值相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
正弦波时间特性是指对正弦波sin(ωt+θ)，如果已知其在t时刻的瞬时相位ψ及正弦波的角频率ω，则可计算出其在(t+∆t)时刻的相位为(ψ+ω∆t)。
据此，可在步骤2中构建如下的数学模型一，
（1）
其中，
tM为该测试装置接收到该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时刻,单位秒，
Td为该被测合并单元数据处理存在的延时，单位秒，
ω为该测试信号的基波角频率，单位度/秒，
Td可从被测合并单元输出的标准数字报文中获取，
步骤2中选取的一组时间连续的标准数字报文为任意一组时间连续的标准数字报文，包括该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应该被测合并单元采样计数器为0。
上述方法中测试装置和被测合并单元的工作不依赖于同步时钟。
本发明还公开了另一种合并单元数据转换角差测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤Ⅰ，同步测试装置和被测合并单元的秒脉冲触发时钟，该测试装置输出测试信号至该被测合并单元，该被测合并单元将该测试信号转换成标准数字报文后输出至该测试装置，其中，该测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的该测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤Ⅱ，该测试装置选取一次该内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位φFFT，根据正弦波时间特性和合并单元采样计数特征，计算出该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ，
步骤Ⅲ，将该φ与该预设值相减，计算出该被测合并单元数据转换角差。
其中，合并单元采样计数特征是指合并单元采集输入信号时，在一次秒脉冲到来时刻采样计数器置0，其后每次采样，采样计数器依次加1，直到下一个秒脉冲到来时采样计数器重新置0。
结合合并单元采样计数特征和正弦波时间特性，可构建如下的该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的被测合并单元采样计数器的数值、该φFFT及该被测合并单元在该tST时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ之间关系的数学模型二，
（2）
其中，
N为该被测合并单元采样计算器最大值，
n为该一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的该被测合并单元采样计数器的数值，
ω为该测试信号的基波角频率，单位度/秒，
在测试装置和被测合并单元被同一时钟源对时，基于一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的相位φFFT及该第一帧标准数字报文对应被测合并单元采样计数器的数值n，通过公式（2），即可求出被测合并单元在某一同步秒脉冲到来时刻实际采集到的该测试信号的基波瞬时相位φ。
当该组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的该被测合并单元采样计数器为0时，既可通过公式（2）求取该φ，又可基于合并单元采样计数特征，直接得出该φFFT即为该φ，无需再经过公式（2）来计算。
对于上述两种方法而言：1）在测试装置发送测试信号存在延时情况下，求取的被测合并单元数据转换角差为该φ与该预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减的结果；2）该测试信号为模拟或数字电压和/或电流信号；3）该标准数字报文为IEC 61850 9-2格式数字报文或IEC 60044-8格式数字报文；4）该预设值可取0°至360°中的任意一值。
此外，上述两种方法的测试过程得到的是一次秒脉冲到来时的合并单元数据转换角差，通过重复上述过程，可获得多次秒脉冲到来时的合并单元数据转换角差，基于统计、分析方法能够得到合并单元数据转换角差多维度的分析结果。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，测试装置输出测试信号至被测合并单元，所述被测合并单元将所述测试信号转换成标准数字报文后输出至所述测试装置，其中，所述测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的所述测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤2，所述测试装置选取一次所述内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位ΦFFT，结合正弦波时间特性，构建所述ΦFFT、接收所述一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时刻及所述被测合并单元在所述tST时刻实际采集到的所述测试信号的基波瞬时相位Φ之间关系的数学模型一，求取所述Φ，所述数学模型一为：
Φ＝ΦFFT+[Td-(tM-tST)]×ω (1)
其中，tM为所述测试装置接收到所述一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文的时刻,Td为所述被测合并单元数据处理存在的延时，ω为所述测试信号的基波角频率，
步骤3，将所述Φ与所述预设值相减，计算出所述被测合并单元数据转换角差。
2.根据权利要求1所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述测试信号被延时输出，步骤3通过将所述Φ与所述预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减，计算出所述被测合并单元数据转换角差。
3.根据权利要求1所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述测试信号为模拟或数字电压和/或电流信号。
4.根据权利要求1所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述标准数字报文为IEC 61850 9-2格式数字报文或IEC 60044-8格式数字报文。
5.一种合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤Ⅰ，同步测试装置和被测合并单元的秒脉冲触发时钟，所述测试装置输出测试信号至所述被测合并单元，所述被测合并单元将所述测试信号转换成标准数字报文后输出至所述测试装置，其中，所述测试装置在其内部秒脉冲到来时刻输出的所述测试信号的基波瞬时相位被调整至预设值，
步骤Ⅱ，所述测试装置选取一次所述内部秒脉冲到来tST时刻后接收到的一组时间连续的标准数字报文进行傅里叶变换，求取基波相位ΦFFT，结合正弦波时间特性和被测合并单元采样计数特征，构建所述一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的被测合并单元采样计数器的数值、所述ΦFFT及所述被测合并单元在所述tST时刻实际采集到的所述测试信号的基波瞬时相位Φ之间关系的数学模型二，求取所述Φ，所述数学模型二为：
其中，N为所述被测合并单元采样计算器最大值，n为所述一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的所述被测合并单元采样计数器的数值，ω为所述测试信号的基波角频率，单位为度/秒，
步骤Ⅲ，将所述Φ与所述预设值相减，计算出所述被测合并单元数据转换角差。
6.根据权利要求5所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述一组时间连续的标准数字报文中第一帧标准数字报文对应的所述被测合并单元采样计数器为0，所述ΦFFT即为所述被测合并单元在所述tST时刻实际采集到的所述测试信号的基波瞬时相位Φ。
7.根据权利要求5所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述测试信号被延时输出，步骤Ⅲ通过将所述Φ与所述预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减，计算出所述被测合并单元数据转换角差。
8.根据权利要求6所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述测试信号被延时输出，步骤Ⅲ通过将所述Φ与所述预设值经延时补偿得到的基波瞬时相位相减，计算出所述被测合并单元数据转换角差。
9.根据权利要求5所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述测试信号为模拟或数字电压和/或电流信号。
10.根据权利要求5所述的合并单元数据转换角差测试方法，其特征在于，所述标准数字报文为IEC 61850 9-2格式数字报文或IEC 60044-8格式数字报文。
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