CN103926550A - 一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置及方法 - Google Patents

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本发明公开了一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置及方法。其装置包括由计算机构成的虚拟仪器平台（1），虚拟仪器平台与信号采集主机（2）有线或无线连接，信号采集主机上插接有标准信号采集卡（3）和待测信号采集卡（4），标准信号采集卡的输入端与精密互感器输出信号连接，待测信号采集卡的输入端与待测互感器输出信号连接。本发明利用在计算机内开发的虚拟仪器与通用的模拟信号采集设备相结合的方式完成电力互感器的校验，可以达到与传统仪器相当的效果。另外，虚拟仪器技术利用计算机庞大的软、硬件资源，可以实现精度非常高的数据计算、显示及存储等功能。虚拟仪器使得硬件电路逻辑变得简单，模块之间通过简单的连接即可。

Description

一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置及方法，属于利用虚拟仪器校验电力计量元器件的技术领域。
背景技术
电力互感器是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压或标准小电流以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。
电力互感器的变换比例和相位差精度直接影响着电力计量的准确度，电力互感器的准确度和稳定性是电力系统计量、保护、监测的重要保证。因此使用一定年限后，都需要做定期校验，这是电能计量单位的日常工作。
现有电力互感器校验装置多为实体装置，存在结构复杂，体积笨重，成本高，适应性较差等不足。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置及方法。以解决现有电力互感器校验装置结构复杂，体积笨重，成本高，适应性较差的问题。
本发明的技术方案：
一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置，包括由计算机构成的虚拟仪器平台，虚拟仪器平台与信号采集主机有线或无线连接，信号采集主机上插接有标准信号采集卡和待测信号采集卡，标准信号采集卡的输入端与精密互感器输出信号连接，待测信号采集卡的输入端与待测互感器输出信号连接。
前述装置中，所述标准信号采集卡和待测信号采集卡的采样频率为5000Hz。
前述装置中，所述标准信号采集卡和待测信号采集卡内设有模数转换模块。
采用前述装置校验电力互感器的方法，该方法是在计算机内安装虚拟仪器开发软件，在虚拟仪器开发软件内开发有互感器误差校验程序，用计算机作为该校验装置的计算与操作显示面板，通过物理采集装置分别与精密互感器输出信号和待测互感器输出信号连接；以精密互感器信号作为标准信号，将待测互感器信号作为待测信号；通过由计算机构成的虚拟仪器对标准信号和待测信号进行比较，并计算出待测信号与标准信号之间的比差值和角差值，以实现对待测互感器的校验目的。
前述方法中，所述信号采集主机上插有两块采集卡，一块是与精密互感器输入信号连接的标准信号采集卡，另一块是与待测互感器输入信号连接的待测信号采集卡；两块采集卡将两台互感器输出的工频电力模拟信号转换成数字信号后，由信号采集主机打包发给虚拟仪器的计算与操作显示面板。
前述方法中，所述采集卡以远高于工频的频率对互感器输入信号进行采样，获得高精度的原始输入，利于后期扩展谐波分析功能。
前述方法中，所述比差值的计算方法是分别对指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形取绝对值，分别求取对时间的数值积分；然后由待测信号积分值除以标准信号积分值，得到比例值，经转换获得待测互感器在当前负荷下的比差值。
前述方法中，所述角差值的计算方法是：截取指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形，对待测互感器波形信号进行指定相位步长的样条插值，将插值后的波形数组取绝对值后作对时间的数值积分，该积分值与标准信号的积分值做比较，以接近标准信号的积分值的方向作为插值移步方向，直至两积分值之差为最小，认为两波形重合，所移步长累加即是待测互感器与精密互感器在当前负荷下的相位差，即角差值。
与现有技术相比，本发明利用在计算机内开发的虚拟仪器与通用的模拟信号采集设备相结合的方式完成电力互感器的校验，可以达到与传统仪器相当的效果。另外，虚拟仪器技术利用计算机庞大的软、硬件资源，可以实现精度非常高的数据计算、显示及存储等功能。虚拟仪器使得硬件电路逻辑变得简单，模块之间通过简单的连接即可。易于升级替换，可以很方便的提高系统性能。本发明用数值积分方法完成互感器比差校验，用数值分析中的样条插值方法完成角差拟合。由于电力系统的电压电流波形都是连续的，且标准情形下均为正弦，所以以样条插值方法对离散的电压电流波形采集数据进行拟合，满足样条插值的适用范围，具有很高的精度。在本领域的学术文献中目前尚未检索到有将样条插值方法用于互感器误差补偿的研究。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是虚拟仪器的工作流程图。
图中的标记为：1-虚拟仪器平台，2-信号采集主机，3-标准信号采集卡，4-待测信号采集卡。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置，如图1所示，包括由计算机构成的虚拟仪器平台1，虚拟仪器平台1与信号采集主机2有线或无线连接，信号采集主机2上插接有标准信号采集卡3和待测信号采集卡4，标准信号采集卡3的输入端与精密互感器输出信号连接，待测信号采集卡4的输入端与待测互感器输出信号连接。标准信号采集卡3和待测信号采集卡4上设有倍频器，标准信号采集卡和待测信号采集卡的采样频率为5000Hz。信号采集主机2内设有模数转换模块A/D。
采用前述装置校验电力互感器的方法，该方法是在计算机内安装虚拟仪器开发软件，在虚拟仪器开发软件内开发有互感器误差校验程序，用计算机作为该校验装置的计算与操作显示面板，通过物理采集装置分别与精密互感器输出信号和待测互感器输出信号连接；以精密互感器信号作为标准信号，将待测互感器信号作为待测信号；通过由计算机构成的虚拟仪器对标准信号和待测信号进行比较，并计算出待测信号与标准信号之间的比差值和角差值，以实现对待测互感器的校验目的。所述外部装置的核心元件是信号采集主机，信号采集主机上插有两块采集卡，一块是与精密互感器输入信号连接的标准信号采集卡，另一块是与待测互感器输入信号连接的待测信号采集卡；两块采集卡将两台互感器输出的工频电力模拟信号转换成数字信号后，由信号采集主机打包发给虚拟仪器的计算与操作显示面板。所述采集卡以远高于工频的频率对互感器输入信号进行采样，获得高精度的原始输入，利于后期扩展谐波分析功能。所述比差值的计算方法是分别对指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形取绝对值，分别求取对时间的数值积分；然后由待测信号积分值除以标准信号积分值，得到比例值，经转换获得待测互感器在当前负荷下的比差值。所述角差值的计算方法是：截取指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形，对待测互感器波形信号进行指定相位步长的样条插值，将插值后的波形数组取绝对值后作对时间的数值积分，该积分值与标准信号的积分值做比较，以接近标准信号的积分值的方向作为插值移步方向，直至两积分值之差为最小，认为两波形重合，所移步长累加即是待测互感器与精密互感器在当前负荷下的相位差，即角差值。
实施例
具体实施时，可以按以下步骤实施：
a. 选择虚拟仪器开发平台：采用美国国家仪器（NI）公司的LabVIEW作为虚拟仪器软件开发平台，在LabVIEW平台上编写互感器误差校验软件；
b. 选择采集系统主机：采用美国国家仪器（NI）公司的NI CompactDAQ-9184作为采集系统主机，其将信号采集卡采集的信号整合后发给计算机；
c. 选择信号采集卡：采用美国国家仪器（NI）公司的NI9205作为模拟信号输入采集卡；
d. 选择虚拟仪器软件运行计算机：采用普通的X86架构运行Windows操作系统的计算机作为校验系统的软件运行平台；
e. 采样与A/D转换：以100倍工频的频率，即5000Hz，对互感器输入信号进行采样，可以获得高精度的原始输入；在A/D转换模块控制器的控制下，分别对精确源互感器信号和待测互感器信号进行模/数转换；
f. 计算比差：分别计算指定时长的两路波形信号取绝对值后对时间的数值积分；然后由待测信号积分值除以精确源信号积分值，得到比例值，经转换获得待测互感器在当前负荷下的比差值；
g. 计算角差：截取指定时长的两路输入波形信号，对待测互感器波形信号进行指定相位步长的样条插值，将插值后的波形数组取绝对值后做对时间的数值积分，该积分值与精确源信号的积分值做比较，以接近精确源信号的积分值的方向作为插值移步方向，直至两积分值之差为最小，认为两波形重合，所移步长累加即是待测互感器与精确源互感器在当前负荷下的相位差，即角差；
h. 输出：将比差值与角差值通过显示器控件显示出来，并打印报表。
本发明选用NI公司的虚拟仪器软硬件平台，具有较高的可靠性。采用虚拟仪器技术，硬件逻辑结构简单，软件编程直观，计算方法升级容易。将样条插值法引入波形拟合部分，使所计算的角差具有较高的精度。本发明在实际应用中以精确源互感器作为参考，将相同的电力信号分别输入精确源互感器和待测互感器，可以计算出待测互感器相对于精确源的误差，在进行算法仿真时相位差校验的误差小于0.1分，高于0.1级精度，同时可以直观的看到比对波形的整个过程。
图2是虚拟仪器的工作流程图。
综上所述，本发明便于操作，易于升级，具有较高的市场推广和应用价值。

Claims (8)

1. 一种基于虚拟仪器校验电力互感器的装置，其特征在于：包括由计算机构成的虚拟仪器平台（1），虚拟仪器平台（1）与信号采集主机（2）有线或无线连接，信号采集主机（2）上插接有标准信号采集卡（3）和待测信号采集卡（4），标准信号采集卡（3）的输入端与精密互感器输出信号连接，待测信号采集卡（4）的输入端与待测互感器输出信号连接。
2.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述标准信号采集卡（3）和待测信号采集卡（4）的采样频率为5000Hz。
3.根据权利要求1所述装置，其特征在于：所述标准信号采集卡（3）和待测信号采集卡（4）内设有模数转换模块（A/D）。
4.采用权利要求1-3任一权利要求所述装置校验电力互感器的方法，其特征在于：该方法是在计算机内安装虚拟仪器开发软件，在虚拟仪器开发软件内开发有互感器误差校验程序，用计算机作为该校验装置的计算与操作显示面板，通过物理采集装置分别与精密互感器输出信号和待测互感器输出信号连接；以精密互感器信号作为标准信号，将待测互感器信号作为待测信号；通过由计算机构成的虚拟仪器对标准信号和待测信号进行比较，并计算出待测信号与标准信号之间的比差值和角差值，以实现对待测互感器的校验目的。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述信号采集主机上插有两块采集卡，一块是与精密互感器输入信号连接的标准信号采集卡，另一块是与待测互感器输入信号连接的待测信号采集卡；两块采集卡将两台互感器输出的工频电力模拟信号转换成数字信号后，由信号采集主机打包发给虚拟仪器的计算与操作显示面板。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述采集卡以远高于工频的频率对互感器输入信号进行采样，获得高精度的原始输入，利于后期扩展谐波分析功能。
7.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述比差值的计算方法是分别对指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形取绝对值，分别求取对时间的数值积分；然后由待测信号积分值除以标准信号积分值，得到比例值，经转换获得待测互感器在当前负荷下的比差值。
8.根据权利要求4所述方法，其特征在于：所述角差值的计算方法是：截取指定时长的精密互感器和待测互感器两路输入信号的波形，对待测互感器波形信号进行指定相位步长的样条插值，将插值后的波形数组取绝对值后作对时间的数值积分，该积分值与标准信号的积分值做比较，以接近标准信号的积分值的方向作为插值移步方向，直至两积分值之差为最小，认为两波形重合，所移步长累加即是待测互感器与精密互感器在当前负荷下的相位差，即角差值。
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