CN105353330A - 一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统及其算法 - Google Patents

Abstract

一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，包括信号测量单元、信号转换单元、传输单元、校验平台，信号测量单元连接信号转换单元，信号转换单元连接传输单元，传输单元连接校验平台；本发明一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，采用FFT加6阶矩形窗的数据预处理算法。一套数据采集卡、同步时钟、一台PC机即可投入使用，从而减少了硬件的使用，避免了硬件中可能混入的噪声干扰。

Description

一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统及其算法

技术领域

本发明涉及电力系统测量领域，具体涉及一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统。

背景技术

根据实际生产需要，电子式电流互感器在安装或运行若干年限之后均需进行精度校验，用以保证其测量效果。目前针对实验室环境下电子式电流互感器的校验技术已经有一定的研究成果，然而现场挂网运行的电子式电流互感器由于动态范围宽、现场电磁环境恶劣，其输出往往与理想情况下有较大的差异。目前的电子式电流互感器校验装置一般是基于数据数据采集卡来获取标准电流互感器的信号，存在准确同步采集信号的问题。与此同时，常规电磁式电流互感器的测试方法不适于校验新型电子式电流互感器，普遍存在的问题是校验系统硬件容易混入噪声，虽然通过高位数、高处理速度、高采样率的采样芯片和处理器硬件设备可以有效地获得高准确度的测量结果，但是提高硬件性能必定大幅提高系统造价和实现难度。

另外，测评互感器的两个重要参数为比差、角差。为准确测算比差、较差和其余详细参数，在互感器的校验中一直使用的是FFT(快速傅里叶算法)，该算法主要针对的是整周期采样后的离散信号。对于实验室环境而言，由于电磁环境相对较好，电源稳定，提取基频信号参数可以取得很好效果。但对于现场环境而言，恶劣的电磁环境势必对一次侧电源造成干扰，主要表现为一次电源成分复杂，谐波成分十分丰富，常出现间谐波甚至频率波动等现象，且谐波分量的幅值一般仅为基频分量幅值的百分之几或者更小，将引起FFT的计算误差。当对电网信号进行非同步采样时，基波分量的频谱泄露将严重影响基频分量的频谱，从而导致校验系统比差误差较大，而且如果相邻谐波之间的幅值相差过大，幅值大的谐波分量可能淹没幅值较小的谐波分量。在这种情况下，传统的FFT算法并很难满足校验系统的需要。因此，对于由信号频率波动引起的误差，需要通过采用性能优良的窗函数和增加测量时间来解决，而对于由窗函数本身会导致的短范围泄漏误差，则需要通过对频谱线进行适当的插值计算加以克服。因此，窗函数的选择影响着校验系统最后的效果，要提高校验系统的精度，必须在FFT算法中加入合适的窗函数。

发明内容

针对传统电流互感器校验系统存在的问题，本发明提供了一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器校验装置。

本发明采取的技术方案如下：

一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，包括信号测量单元、信号转换单元、传输单元、校验平台，信号测量单元连接信号转换单元，信号转换单元连接传输单元，传输单元连接校验平台；

信号测量单元包括信号发生器、标准电流互感器、被校验的电子式电流互感器，信号发生器提供被测电流，被测电流流过标准电流互感器一次侧和被校验的电子式电流互感器一次侧；

信号转换单元包括取样电阻和模拟量输出的二次变换器，取样电阻将电流信号转换为电压信号，模拟量输出的二次变换器将模拟信号转换为数字信号；

传输单元包括数据采集卡、采集器、合并单元、网卡，数据采集卡采集标准电流互感器的二次侧信号然后传送至检验平台，采集器与合并单元采集被校验的电子式电流互感器的二次侧信号，然后通过网卡传送至校验平台；还包括同步时钟，同步时钟与数据采集卡和合并单元连接；

校验平台包括虚拟校验系统，虚拟校验系统对采集到的信号进行分析处理，虚拟校验系统还与结果显示模块和文件输出模块连接，结果显示模块用来显示校验结果，文件输出模块对相关信息进行储存。

优选的，所述校验平台采用PC机作为硬件平台。

优选的，所述同步时钟为高晶体振荡器DSA321SCA。

优选的，所述标准电流互感器的准确度等级高于被校验的电子式电流互感器的准确度等级至少两个等级以上。

一种如上述的基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统的校验算法，其特征在于，包括步骤：

步骤一：开始工作后，被校验的互感器和标准互感器分别采集两路信号，初始化采样通道，设置采样率6.4kHz,设置缓冲区长度5000。

步骤二：设定数据采集卡与采集器同步工作，将信号离散化，统计512点进行一次信号处理。

步骤三：首先对信号进行加6阶矩形窗处理，然后用快速傅里叶算法进行变换采集频谱，采集值与6阶矩形窗时域相乘。

步骤四：进行频域分析以提取基频分量，计算并输出比差、角差值进行保存，判断是否结束，未结束则返回步骤二重复进行。

本发明涉及一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，技术效果如下：

1)、由于挂网运行的电流互感器动态范围宽，工作现场电磁环境恶劣，同时目前电子式电流互感器校验系统仅能满足实验室条件而很难满足现场要求，本发明提出了一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器校验系统。该系统大幅度采用虚拟仪器硬件技术，一套数据采集卡、同步时钟、笔记本电脑即可组成一套校验系统，削减了校验系统中硬件的使用量，不但可以避免硬件中可能混入的噪声，也具有稳定可靠、结构简单易操作的优点。

2)、校验系统数据预处理算法采用FFT加6阶矩形窗算法，矩形窗的设计实现较为简单，在常见的模拟谐波环境中，6阶矩形窗具有很好的计算精度，算法误差极小，因而更适用于周期信号实时高精度参量估算。

3)、同步时钟的采用，可以保证数据采集卡和合并单元中的信号在校验平台中得到相位补偿，从而保证信号的同步性，保证现场校验的准确性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明校验算法的程序流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，包括信号测量单元、信号转换单元、传输单元、校验平台，信号测量单元连接信号转换单元，信号转换单元连接传输单元，传输单元连接校验平台；

信号测量单元包括信号发生器、标准电流互感器、被校验的电子式电流互感器，信号发生器提供被测电流，被测电流流过标准电流互感器一次侧和被校验的电子式电流互感器一次侧；

信号转换单元包括取样电阻和模拟量输出的二次变换器，取样电阻将电流信号转换为电压信号，模拟量输出的二次变换器将模拟信号转换为数字信号；

传输单元包括数据采集卡、采集器、合并单元、网卡，数据采集卡采集标准电流互感器的二次侧信号然后传送至检验平台，采集器与合并单元采集被校验的电子式电流互感器的二次侧信号，然后通过网卡传送至校验平台；还包括同步时钟，同步时钟与数据采集卡和合并单元连接；合并单元是电子式电流、电压互感器的接口装置，对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置，在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化。

校验平台包括虚拟校验系统，虚拟校验系统对采集到的信号进行分析处理，虚拟校验系统还与结果显示模块和文件输出模块连接，结果显示模块用来显示校验结果，文件输出模块对相关信息进行储存。

优选的，所述校验平台采用PC机作为硬件平台。

优选的，所述同步时钟为高晶体振荡器DSA321SCA。

优选的，所述标准电流互感器的准确度等级高于被校验的电子式电流互感器的准确度等级至少两个等级以上。

如图2所示，一种如上述的基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统的校验算法，包括步骤：

步骤一：开始工作后，被校验的互感器和标准互感器分别采集两路信号，初始化采样通道，设置采样率6.4kHz,设置缓冲区长度5000。

步骤二：设定数据采集卡与采集器同步工作，将信号离散化，统计512点进行一次信号处理。

步骤三：首先对信号进行加6阶矩形窗处理，然后用快速傅里叶算法进行变换采集频谱，采集值与6阶矩形窗时域相乘。

步骤四：进行频域分析以提取基频分量，计算并输出比差、角差值进行保存，判断是否结束，未结束则返回步骤二重复进行。

其中，6阶矩形卷积窗的频域表达式如下：

本发明一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，采用FFT加6阶矩形窗的数据预处理算法。一套数据采集卡、同步时钟、一台PC机即可投入使用，从而减少了硬件的使用，避免了硬件中可能混入的噪声干扰。这种校验方式可以有效降低硬件的成本，测试结果准确度高，避免了传统FFT算法只适应于整周期采集的问题。系统可以大幅度减少挂网运行时电磁干扰带来的影响，准确度高，非常适合在智能变电站等各种电子式互感器工作现场使用。

Claims (5)

1.一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，其特征在于：包括信号测量单元、信号转换单元、传输单元、校验平台，信号测量单元连接信号转换单元，信号转换单元连接传输单元，传输单元连接校验平台；

信号测量单元包括信号发生器、标准电流互感器、被校验的电子式电流互感器，信号发生器提供被测电流，被测电流流过标准电流互感器一次侧和被校验的电子式电流互感器一次侧；

信号转换单元包括取样电阻和模拟量输出的二次变换器，取样电阻将电流信号转换为电压信号，模拟量输出的二次变换器将模拟信号转换为数字信号；

传输单元包括数据采集卡、采集器、合并单元、网卡，数据采集卡采集标准电流互感器的二次侧信号然后传送至检验平台，采集器与合并单元采集被校验的电子式电流互感器的二次侧信号，然后通过网卡传送至校验平台；还包括同步时钟，同步时钟与数据采集卡和合并单元连接；

校验平台包括虚拟校验系统，虚拟校验系统对采集到的信号进行分析处理，虚拟校验系统还与结果显示模块和文件输出模块连接，结果显示模块用来显示校验结果，文件输出模块对相关信息进行储存。

2.根据权利要求1所述一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，其特征在于：所述校验平台采用PC机作为硬件平台。

3.根据权利要求1所述一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，其特征在于：所述同步时钟为高晶体振荡器DSA321SCA。

4.根据权利要求1所述一种基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统，其特征在于：所述标准电流互感器的准确度等级高于被校验的电子式电流互感器的准确度等级至少两个等级以上。

5.一种如权利要求1所述的基于虚拟仪器技术的电子式电流互感器在线校验系统的校验算法，其特征在于，包括步骤：

步骤一：开始工作后，被校验的互感器和标准互感器分别采集两路信号，初始化采样通道，设置采样率6.4kHz,设置缓冲区长度5000。

步骤二：设定数据采集卡与采集器同步工作，将信号离散化，统计512点进行一次信号处理。

步骤三：首先对信号进行加6阶矩形窗处理，然后用快速傅里叶算法进行变换采集频谱，采集值与6阶矩形窗时域相乘。

步骤四：进行频域分析以提取基频分量，计算并输出比差、角差值进行保存，判断是否结束，未结束则返回步骤二重复进行。