CN105954702B - 电子式互感器校验仪的相位误差检测系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子式互感器校验仪的相位误差检测系统及其方法，涉及智能电网领域中的计量检测技术。本系统是：模拟信号源、数据报文输出电路和同步时钟输出电路分别与电子式互感器校验仪的模拟信号端子、数据报文端口和同步信号端口连接；模拟信号源、数据报文输出电路和同步时钟输出电路分别与控制电路连接。本方法是：①检测系统连接与初始化：②根据设定的相位值，计算时间相应的时间偏移量：③根据时间偏移量，设置时钟同步信号的输出偏移：④比较实测相位误差与标准相位误差，得到相位误差性能。本发明可以直观地得到设定的相位差；使其相位误差性能可溯源到时间标准量值，实现相位的量值可溯源性。
Description
技术领域
本发明涉及智能电网领域中的计量检测技术，尤其涉及一种电子式互感器校验仪的相位误差检测系统及其方法；具体地说，本发明涉及电子式互感器校验仪的相位准确度特性检测，主要用于对电子式互感器校验仪相位测量性能的检测和校准。
背景技术
近年来，电子式互感器由于其安全性、数据可复用性及宽动态范围等特点，在新一代智能变电站中得到了广泛的应用。然而，与传统互感器不同，如图2，电子式互感器400的输出为数字信号，由于数字信号与传统标准互感器等设备输出的模拟信号无法直接比较，因而电子式互感器400无法像传统互感器一样用测差法来测量误差，而需借助电子式互感器校验仪100与传统的标准互感器300组合的系统进行检测。在此系统中，传统的标准互感器300可使用成熟的方法及设备溯源到国家标准，而电子式互感器校验仪100，则需要通过电子式互感器校验仪整检装置来检测。
当前，电子式互感器校验仪整检装置沿用传统互感器中的微差源的方法，用模拟微差源或数字微差源的方法实现对电子式互感器校验仪100的检测。然而，由于模拟信号与数字信号之间无法比较，导致微差源的检测方式无法实现溯源。
发明内容
本发明的目的在于针对电子式互感器校验仪的相位特性问题，提供一种电子式互感器校验仪的相位误差检测系统及其方法。
检测电子式互感器校验仪相位准确度特性的工作原理，可供电子式互感器校验仪整检装置应用。电子式互感器校验仪的相位特性可通过该方法溯源到标准时间量值，从而使电子式互感器可以合法有效地作为电能计量设备使用。
本发明采用的技术方案如下：
一、电子式互感器校验仪的相位误差检测系统（简称系统）
本系统包括被测对象——电子式互感器校验仪；
设置有检测系统，检测系统包括模拟信号源、数据报文输出电路、同步时钟输出电路和控制电路；
模拟信号源、数据报文输出电路和同步时钟输出电路分别与电子式互感器校验仪的模拟信号端子、数据报文端口和同步信号端口连接；
模拟信号源、数据报文输出电路和同步时钟输出电路分别与控制电路连接。
二、电子式互感器校验仪的相位误差检测方法（简称方法）
具体地说，本方法包括以下步骤：
①检测系统连接与初始化；
②根据设定的相位值，计算时间相应的时间偏移量；
③根据时间偏移量，设置时钟同步信号的输出偏移；
④比较实测相位误差与标准相位误差，得到相位误差性能。
首先将被测电子式互感器校验仪的模拟信号输入端子、报文输入端子以及时钟同步信号分别接入检测系统的模拟信号输出、数据报文输出以及时钟同步输出。控制检测系统的模拟信号和数据报文输出相位一致的信号，即数据序列每秒的起始点的相位与模拟信号的初始相位的时刻一致。通过改变时钟同步信号的输出跳变时刻来实现相位差的模拟，计算输出跳变时刻与初始相位时刻的时间差，并换算成相位值。将计算的相位值与电子式互感器校验仪实际测量的相位值比较，即可得到其相位测量的误差值。
本发明具有下列优点和积极效果：
①利用同步时钟信号的时间偏移，使被测电子式互感器校验仪采样时刻与初始相位的时刻产生偏差，从而可以直观地得到设定的相位差；
②通过时间偏移的方式，将电子式互感器校验仪的相位误差性能与时间量值联系起来，从而使其相位误差性能可溯源到时间标准量值，实现相位的量值可溯源性。
附图说明
图1是本系统的结构框图；
图2是电子式互感器校验仪的工作原理图；
图3是本方法的检测原理时序图；
图4是本方法检测工作流程图。
图中：
100—电子式互感器校验仪，
110—模拟信号端子，
120—数据报文端口，
130—同步信号端口；
200—检测系统，
210—模拟信号源，
220—数据报文输出电路，
230—同步时钟输出电路；
240—控制电路。
300—标准互感器
400—电子式互感器
500—外部同步时钟信号。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明：
一、系统
1、总体
如图1，本系统包括被测对象——电子式互感器校验仪100；
设置有检测系统200，检测系统200包括模拟信号源210、数据报文输出电路220、同步时钟输出电路230和控制电路240；
模拟信号源210、数据报文输出电路220和同步时钟输出电路230分别与电子式互感器校验仪100的模拟信号端子110、数据报文端口120和同步信号端口130连接；
模拟信号源210、数据报文输出电路220和同步时钟输出电路230分别与控制电路240连接。
1）电子式互感器校验仪100
如图1、2，电子式互感器校验仪100为本发明的被测对象，该电子式互感器校验仪100与标准互感器300一起构成电子式互感器的检测系统；电子式互感器校验仪100解析来自被测电子式互感器400的数据报文，同时在外部时钟同步信号500的触发控制下，采集来自标准互感器300的模拟信号，并将两者进行比较，得到被测电子式互感器400的比值误差和相位误差。
2）相位检测系统200
如图1，相位检测系统200由模拟信号源210、数据报文输出电路220、同步时钟输出电路230和控制电路240构成；
模拟信号源210、数据报文输出电路220和同步时钟输出电路230分别与控制电路240连接。
（1）模拟信号源210
模拟信号源210是一组频率为50Hz或60Hz，幅值、相位可程序控制的单相交流模拟信号源，该模拟信号源210与电子式互感器校验仪100的模拟信号端子110连接。
模拟信号源210可使用数字模拟转换器AD5545以及配套放大电路实现，也可采购市场成熟产品。
（2）数据报文输出电路220
数据报文输出电路220是输出符合IEC61850-9规约的数据报文的功能电路，与电子式互感器校验仪100的数据报文端口120连接，该报文中传输与模拟信号源210输出信号对应的数字化的采样序列。
数据报文输出电路220可使用Xilinx公司生产的Spartan系列的现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片配合光纤通信电路AFBR5803实现。
（3）同步时钟输出电路230
同步时钟输出电路230负责输出符合秒脉冲（PPS）或IRIG-B直流码格式的同步时钟信号，与电子式互感器校验仪100的同步信号端口130连接，输出的同步时钟信号跳变时刻可控制，且具有足够高的时间准确度。
同步时钟输出电路230可用可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片配合光纤通信电路AFBR5803实现。
（4）控制电路240
控制电路240负责控制模拟信号源210、数据报文输出电路220和同步时钟输出电路230工作；具体地说，控制电路240控制模拟信号源210和数据报文输出电路220输出幅值和相位均相同的模拟信号和数据报文，并将操作者设定的相位差换算成时间差，控制同步时钟输出电路230以计算的时间差输出同步时钟信号。
控制电路240可使用Intel公司生产的ATOM工业计算机实现。
3、检测原理
电子式互感器校验仪100检测电子式互感器400的原理是：在对电子式互感器400和标准互感器300施加相同一次激励的情况下，解析来自被测电子式互感器400输出的数据报文，形成数据序列，同时在时钟同步信号的触发下，采集来自标准互感器300输出的模拟信号，形成采样序列，分别计算数据序列和采样序列的幅值和相位，通过计算得到其比值误差和相位误差。
对电子式互感器校验仪100的相位误差测量准确度进行测试的原理是：使输入的模拟信号和数据序列存在一个设定的相位误差δ0，将电子式互感器校验仪100实际测量的相位误差值δ1与设定值δ0相比较，从而得到其相位误差测量准确度。
本发明中，对电子式互感器校验仪100的相位误差测量准确度进行检测，首先将模拟信号源210、数据报文输出电路220和同步时钟电路230分别接至电子式互感器校验仪100的模拟信号端子110、数据报文端口120和同步信号端口130；控制电路240控制模拟信号源210和数据报文输出电路220输出幅值和相位均相同的模拟信号和数据报文，将操作者设定的相位误差δ0，计算对应的时间偏移量t 0，并控制同步时钟电路230输出按照时间偏移量t 0偏移过的同步时钟信号；将电子式互感器校验仪100实测得的相位误差δ1与设定值δ0进行比较，即可得到其相位误差检测的准确度。
二、方法
本方法的工作流程：
①检测系统连接与初始化-1
将检测回路按照图1连接，通过检测系统的控制电路240、模拟信号源210和数据报文输出电路220分别输出幅度值均为额定值，初始相位均为零的模拟信号和数据报文；
②根据设定的相位值计算时间相应的时间偏移量-2
控制电路240将操作者设定的相位误差δ0，按照公式A计算对应的时间偏移量t 0，其中f为电网频率，通常为50Hz或60Hz。
t 0 = δ0 / 2πf A
③根据时间偏移量设置时钟同步信号的输出偏移-3
控制电路240根据计算所得的时间偏移量t 0，控制同步时钟电路230将时钟同步信号触发跳变的时刻偏移t 0后输出，若实现正向偏差则同步时钟信号前移，使模拟信号起始采样时刻晚于数字信号的起始时刻，负向偏差则反之，如图3所示。
④比较实测相位误差与标准相位误差，得到相位误差性能-4；
待被测电子式互感器校验仪100显示的实测相位误差读数δ1稳定后，将其与用户设定的相位误差值δ0根据公式B进行比较，得到被测电子式互感器校验仪100的相位误差特性Δδ，
Δδ = δ1－δ0 B。
Claims (1)
1.一种电子式互感器校验仪的相位误差检测系统的相位误差检测方法，其特征在于包括以下步骤：
①检测系统连接与初始化(1)：
将检测回路连接，通过检测系统的控制电路(240)、模拟信号源(210)和数据报文输出电路(220)分别输出幅度值均为额定值，初始相位均为零的模拟信号和数据报文；
②根据设定的相位值计算时间相应的时间偏移量(2)：
控制电路(240)将操作者设定的相位误差δ0，按照公式A计算对应的时间偏移量t0，其中f为电网频率，为50Hz或60Hz；
t0＝δ0/2πf(A)
③根据时间偏移量设置时钟同步信号的输出偏移(3)：
控制电路(240)根据计算所得的时间偏移量t0，控制同步时钟电路(230)将时钟同步信号触发跳变的时刻偏移t0后输出，若实现正向偏差则同步时钟信号前移，使模拟信号起始采样时刻晚于数字信号的起始时刻，负向偏差则反之；④比较实测相位误差与标准相位误差，得到相位误差性能(4)：
④待被测电子式互感器校验仪(100)显示的实测相位误差读数δ1稳定后，将其与用户设定的相位误差值δ0根据公式B进行比较，得到被测电子式互感器校验仪(100)的相位误差特性Δδ：
Δδ＝δ1－δ0(B)；
所述的相位误差检测系统包括电子式互感器校验仪(100)；
设置有检测系统(200)，检测系统(200)包括模拟信号源(210)、数据报文输出电路(220)、同步时钟输出电路(230)和控制电路(240)；
模拟信号源(210)、数据报文输出电路(220)和同步时钟输出电路(230)分别与电子式互感器校验仪(100)的模拟信号端子(110)、数据报文端口(120)和同步信号端口(130)连接；
模拟信号源(210)、数据报文输出电路(220)和同步时钟输出电路(230)分别与控制电路(240)连接。
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