CN103616653B - 一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统及其方法，所述系统包括电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备；所述电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备依次连接形成闭合回路。本发明自动检测最大程度上减少了人为因素对测试过程的干扰，提高了测试的效率以及准确度。通过间接方式测量被检设备的对时与时钟精度，不用对被检设备进行改动，既满足了检测要求，又不用给被检设备增加检测通道。可以自行验证测试的准确度，大大提高了检测的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于自动化测试技术，具体讲涉及一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统及其方法。
背景技术
随着电力系统自动化程度的提高，保护、通信、远动、监控、监视等自动化设备均需统一、精确的时钟，以便于数据信息的统一、事件时间的统一、事故调查的统一。“电能质量监测设备”是用于电网中电能质量指标监测的二次设备。IEC61000系列标准以及我国国家标准对电能质量监测设备实时时钟的绝对精度要求不超过±20毫秒，在无法采用外部信号同步时，实时时钟误差应优于±1秒，因此在“电能质量监测设备”的生产及投运过程中，要求对其对时与时钟精度进行检测。
多数“电能质量监测设备”没有提供对时与内部时钟检测的外部接口，因此无法直接检测其对时与内部时钟精度，且对于较小的时间误差，人为是根本无法判断的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统及其方法，通过本发明可完成电能质量监测设备对时钟精度与对时的自动检测，提高了测试效率，减少了人为因素对测试过程的影响。本发明利用GPS对时设备给系统提供IRIG-B对时信号以达到系统中所有设备的同步。基于所有设备的同步，被测电能质量监测设备具有电能质量事件记录功能，能记录电能质量事件的发生时刻，信号采集装置可以采集、计算电能质量事件的发生的标准时刻，本系统通过测量、比较被检终端所记录的电能质量发生时刻与标准时刻之误差，间接测试被检设备的对时及内部时钟精度。
本发明包括一套自动测量回路和一套验证回路以确保检测的可靠性。自动测量回路执行检测功能，验证回路的测量结果可以验证检测的准确性以及可靠性。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其改进之处在于，所述系统包括电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备；
所述电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备依次连接形成闭合回路。
优选的，所述系统与GPS天线通信，通过GPS天线对时设备提供IRIG-B对时信号进行系统中所有设备的同步。
进一步地，所述GPS天线与GPS卫星通信，用于GPS天线接收GPS卫星所发出的对时信号并提供给相关设备对时。
优选的，所述信号采集装置、电能质量事件标准源、测试工作站及被检设备连接形成检测回路。
优选的，所述测试工作站通过网络协议、GPIB总线控制与信号采集装置和电能质量事件标准源连接并通过以太网读取被检设备上传的数据。
优选的，所述电能质量事件标准源、事件发生时刻记录仪及测试工作站连接形成验证回路。
优选的，所述电能质量事件标准源通过GPIB总线与测试工作站通信，用于控制电能质量事件标准源发生电能质量事件。
优选的，所述测试工作站通过NI通讯协议与信号采集装置通信，用于控制信号采集装置采集、上传数据。
优选的，所述被检设备的检测结果通过常规通信方式传输到测试工作站，用于后续误差计算使用。
优选的，所述IRIG-B信号包括多种制式和电压形式。
本发明基于另一目的提供的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其改进之处在于，所述方法包括
（1）电能质量事件标准源接收测试工作站指令，发生电压暂降或暂升或中断，并在事件发生时刻记录仪产生TTL脉冲；
（2）信号采集装置带时标采样电能质量事件波形与TTL脉冲；
（3）被检设备记录事件特征值与事件发生时刻，此发生时刻为被检测值；
（4）测试工作站接收信号采集装置上传的带时标的TTL脉冲采样值，计算电能质量事件标准源给出的电能质量事件发生时刻，此时刻为标准值；
（5）测试工作站接收标准值与被检设备的测量值，计算被检设备指标，给出检测结果；
（6）控制被检设备失去IRIG-B对时同步信号；
（7）失去同步后执行步骤（2）至（5）；
（8）对比两次测量中被检测设备给出的测量值与标准值误差，计算出被检设备内部时钟的准确度。
优选的，所述步骤（1）中电能质量事件标准源接收测试工作站指令，可发生任意持续时间的电压暂降或暂升或中断，并在事件发生时刻记录仪产生TTL上升沿或下降沿脉冲。
优选的，所述步骤（6）包括失去与GPS的同步，持续使被检设备断开同步至少24小时。
优选的，所述标准值可进行验证，通过所述事件发生时刻记录仪记录TTL脉冲的绝对发生时刻并上传至测试工作站；测试工作站对比信号采集装置的标准值与事件发生时刻记录仪的值，计算出标准值的不确定度。
优选的，所述信号采集装置给出的带时标原始信号采样值，可进行多种计算。
与现有技术比，本发明的有益效果为：
（1）本发明自动检测最大程度上减少了人为因素对测试过程的干扰，提高了测试的效率以及准确度。
（2）本发明利用“电能质量监测终端”现有功能，通过间接方式测量被检设备的对时与时钟精度，不用对被检设备进行改动，既满足了检测要求，又不用给被检设备增加检测通道。
（3）本发明在于提出一种自动测试系统配置，此自动测试系统配置不局限于上述示例检测项目，根据不同测试需求可以执行多种与设备对时和设备时钟有关的检测项目。
（4）本发明所提出的系统有验证回路，可以自行验证测试的准确度，大大提高了检测的可靠性。
（5）本发明信号采集装置为可编程器件，可以用于二次开发，随需求扩展其它功能，本发明的可延展性和拓展空间很大。
附图说明
图1为本发明提供的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
本发明一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统由电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备组成。
本发明包括一套自动测量回路和一套验证回路以确保检测的可靠性。自动测量回路执行检测功能，验证回路的测量结果可以验证检测的准确性以及可靠性。信号采集装置、电能质量事件标准源、测试工作站及被检设备组成检测回路，测试工作站通过网络协议、GPIB总线控制信号采集装置与电能质量事件标准源，通过以太网读取被检设备上传的数据，自动检测过程由测试工作站上开发的程序控制，从而实现自动检测。事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站及被检设备组成验证回路。验证回路设备均为单一功能专用设备、精度较高，系统接线简单、接口较少，验证结果的可靠性较高。
如图1所示：
电能质量事件标准源可以发生电能质量事件波形。在事件发生同时，此设备可以产生TTL脉冲（上升沿或下降沿均可）。电能质量事件标准源通过GPIB总线接收测试工作站给出的SCPI命令产生相应电能质量事件。
其中，GPS天线可以接收GPS卫星所发出的对时信号并提供给相关设备用于对时。
其中，事件发生时刻记录仪需要接收GPS天线信号并与GPS时间对时。记录仪可以记录电能质量事件标准源所产生的TTL脉冲的发生时刻（GPS时间），记录结果通过常规通讯方式上传至测试工作站以供后续计算使用，此记录结果用来验证检测回路检测结果的准确性。此记录仪也需要根据GPS时间产生IRIG-B对时信号，此IRIG-B信号提供给被检设备对时。
其中，被检设备至少需要有接收IRIG-B信号对时功能。如果被检设备有GPS对时功能，则此系统中IRIG-B对时信号部分可以移除。被检设备的检测结果通过常规通信方式传输到测试工作站PC中以便后续误差计算使用。
其中，由于IRIG-B信号有多种制式和电压形式，被检设备可以识别的IRIG-B制式可能与事件发生时刻记录仪所产生的IRIG-B制式不同，如：IRIG-B AC与IRIG-B DC信号互相不能识别。在此情况下，系统需要IRIG-B码转换器（或适配器）。转换器可以将事件发生时刻记录仪发生的IRIG-B信号转换为被检设备可以识别的IRIG-B制式。
其中，信号采集装置用于给出标准值。此装置需要与GPS信号对时。信号采集装置需要对电能质量事件标准源所发出的电能质量事件波形以及TTL信号进行数字化采样并给采样值标记时标（GPS时间）。此装置通过网络协议接收测试工作站控制指令、上传采样值。
测试工作站用于控制电能质量自动检测过程以及计算信号采集装置、被检设备和事件发生时刻记录仪所上传的数据，从而给出检测结果。
实施例
本发明由信号采集装置、电能质量标准源、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站、被检电能质量监测设备组成。
其中，信号采集装置采用的是NI PXIe系列产品组合。所有对时设备对时精度要至少高出检测时间误差标准2个等级。
测试工作站通过GPIB总线控制电能质量事件标准源发生电能质量事件，通过NI通讯协议控制信号采集装置采集、上传数据。被检设备读数根据各厂商定义上传至测试工作站。
本发明一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，具体为：
（1）系统中各个设备都正常工作；
（2）确保系统中各个需要对时的设备都与GPS时间同步；
（3）电能质量事件标准源接收测试工作站指令，发生任意持续时间的电压暂降或暂升或中断，并在事件发生时刻产生TTL下降沿脉冲；
（4）信号采集装置带时标采样电能质量事件波形与TTL脉冲；
（5）被检设备记录事件特征值与事件发生时刻，此发生时刻为被检测值；
（6）测试工作站接收信号采集装置上传的带时标的TTL脉冲采样值，计算标准源给出的电能质量事件发生时刻，此时刻为标准值；
（7）事件发生时刻记录仪记录TTL脉冲的绝对发生时刻并上传至测试工作站；
（8）测试工作站对比信号采集装置的标准值与事件发生时刻记录仪的值，计算出标准值的不确定度；
（9）测试工作站接收标准值与被检设备的测量值，根据检测方法要求计算被检设备指标，给出检测结果；
（10）控制被检设备失去IRIG-B对时同步信号，从而失去与GPS的同步；
（11）持续使被检设备断开同步至少24小时；
（12）在失去同步的情况下，重复实施方案一中步骤（3）至（6）；
（13）对比两次测量中被检测设备给出的测量值与标准值误差，计算出被检设备内部时钟的准确度。
此方案中（7）至（8）步为验证步骤，如果使用者无需求，可以不执行。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (12)
1.一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述系统包括电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备；
所述电能质量标准源、信号采集装置、事件发生时刻记录仪、IRIG-B码转换器、测试工作站和被测设备依次连接形成闭合回路；
所述测试工作站通过网络协议、GPIB总线控制与信号采集装置和电能质量事件标准源连接并通过以太网读取被检设备上传的数据；
所述电能质量事件标准源、事件发生时刻记录仪及测试工作站连接形成验证回路；
所述测试工作站通过NI通讯协议与信号采集装置通信，用于控制信号采集装置采集、上传数据。
2.如权利要求1所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述系统与GPS天线通信，通过GPS天线对时设备提供IRIG-B对时信号进行系统中所有设备的同步。
3.如权利要求2所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述GPS天线与GPS卫星通信，用于GPS天线接收GPS卫星所发出的对时信号并提供给相关设备对时。
4.如权利要求1所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述信号采集装置、电能质量事件标准源、测试工作站及被检设备连接形成检测回路。
5.如权利要求1所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述电能质量事件标准源通过GPIB总线与测试工作站通信，用于控制电能质量事件标准源发生电能质量事件。
6.如权利要求1所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述被检设备的检测结果通过常规通信方式传输到测试工作站，用于后续误差计算使用。
7.如权利要求1所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试系统，其特征在于，所述IRIG-B码转换器包括多种制式和电压形式。
8.一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其特征在于，所述方法包括
(1)电能质量事件标准源接收测试工作站指令，发生电压暂降或暂升或中断，并在事件发生时刻记录仪产生TTL脉冲；
(2)信号采集装置带时标采样电能质量事件波形与TTL脉冲；
(3)被检设备记录事件特征值与事件发生时刻，此发生时刻为被检测值；
(4)测试工作站接收信号采集装置上传的带时标的TTL脉冲采样值，计算电能质量事件标准源给出的电能质量事件发生时刻，此时刻为标准值；
(5)测试工作站接收标准值与被检设备的测量值，计算被检设备指标，给出检测结果；
(6)控制被检设备失去IRIG-B对时同步信号；
(7)失去同步后执行步骤(2)至(5)；
(8)对比两次测量中被检测设备给出的测量值与标准值误差，计算出被检设备内部时钟的准确度。
9.如权利要求8所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其特征在于，所述步骤(1)中电能质量事件标准源接收测试工作站指令，可发生任意持续时间的电压暂降或暂升或中断，并在事件发生时刻记录仪产生TTL上升沿或下降沿脉冲。
10.如权利要求8所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其特征在于，所述步骤(6)包括失去与GPS的同步，持续使被检设备断开同步至少24小时。
11.如权利要求8所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其特征在于，所述标准值可进行验证，通过所述事件发生时刻记录仪记录TTL脉冲的绝对发生时刻并上传至测试工作站；测试工作站对比信号采集装置的标准值与事件发生时刻记录仪的值，计算出标准值的不确定度。
12.如权利要求8所述的一种电能质量监测终端对时与时钟精度测试方法，其特征在于，所述信号采集装置给出的带时标原始信号采样值，可进行多种计算。
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| GR01 | Patent grant |