CN106053899A - 一种基准信号发生系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基准信号发生系统及方法，用以提高输出信号幅值、相位和频率的精确度，实现对合并单元有关计量的测试和校准。所述基准信号发生系统，包括：数字控制模块、数模转换模块、功率放大器模块以及反馈模块；其中，数字控制模块，用于接收待生成基准信号的波形参数，根据待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，并根据反馈模块反馈的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正；数模转换模块，用于将待生成基准信号的信号值转换为模拟信号；功率放大器模块，用于将模拟信号放大之后发送至被测合并单元；反馈模块，用于采集功率放大器模块的输出信号，并将采集到的输出信号反馈至数字控制模块。

Description

一种基准信号发生系统及方法

技术领域

本发明涉及合并单元校验技术领域，尤其涉及一种用于合并单元校验的基准信号发生系统及方法。

背景技术

随着智能变电站建设范围的扩大以及传统变电站智能化改造的深入，在变电站中智能化装置日益增多，基于新技术的运用，传统的调试手段已不能满足要求，对智能化设备的调试及检测也提出了新的要求。

在智能变电站过程层中，合并单元作为获取电力系统电流和电压的重要智能电子设备(Intelligent Electronic Device，IED)，承载着电力系统二次设备前端数据采集、合并、转换的重要功能，故对合并单元的功能及性能的有效测试，成为了智能变电站测试工作的一个重要环节，对合并单元的试验也显得日益重要。

传统的合并单元校验系统，也即传统的基准信号发生系统，如图1所示，包括：计算机102、数字控制模块104、数模转换模块106、功率放大器108以及被测合并单元110，在计算机102中输入待生成基准信号的波形参数，在数字控制模块104中根据待生成基准信号的波形参数计算待生成基准信号的信号值，并在数模转换模块106中将待生成基准信号的信号值转换为模拟信号，再将生成的模拟信号经过功率放大器108放大之后发送至被测合并单元110进行测试。

传统的基准信号发生系统虽然能够产生包括工频和各次谐波在内的继电保护试验信号，但是基准信号发生系统为开环系统，无法自动校准和自动补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低，例如：在幅值误差上会大于0.5％，无法完成合并单元有关计量的测试和校准。

综上所述，现有技术中开环设计的基准信号发生系统，无法对输出信号进行校准和补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低，无法完成合并单元有关计量的测试和校准。

发明内容

本发明实施例提供了一种基准信号发生系统及方法，用以提高输出信号幅值、相位和频率的精确度，实现对合并单元有关计量的测试和校准。

本发明实施例提供的一种基准信号发生系统，该系统包括：数字控制模块、数模转换模块、功率放大器模块以及反馈模块；其中，所述数字控制模块，用于接收待生成基准信号的波形参数，根据所述待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，并根据所述反馈模块反馈的输出信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正；所述数模转换模块，与所述数字控制模块电连接，用于将所述待生成基准信号的信号值转换为模拟信号；所述功率放大器模块，与所述数模转换模块电连接，用于将所述模拟信号放大之后发送至被测合并单元；所述反馈模块，连接在所述功率放大器模块和所述数字控制模块之间，用于采集所述功率放大器模块的输出信号，并将采集到的输出信号反馈至所述数字控制模块。

本发明实施例提供的上述系统中，在功率放大器模块和数字控制模块之间连接反馈模块构成闭环系统，通过反馈模块采集功率放大器模块的输出信号，并将采集的输出信号反馈至数字控制模块，使得数字控制模块能够根据接收到的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，实现对输出信号的补偿和校准，与现有技术中开环设计的基准信号发生系统，无法对输出信号进行校准和补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低相比，本发明实施例提高了输出信号幅值、相位和频率的精确度，从而能够完成合并单元有关计量的测试和校准。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述数字控制模块，包括：现场可编程逻辑门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)、比较器以及比例积分微分(Proportion Integral Derivative，PID)控制器；其中，所述FPGA，用于对所述反馈模块反馈的输出信号进行解调，确定所述输出信号的波形参数；所述比较器，与所述FPGA电连接，用于将所述输出信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数进行比较，确定所述输出信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数之间的差值；所述PID控制器，与所述比较器电连接，用于将所述差值转换为修正值，利用所述修正值对所述待生成基准信号的波形参数进行修正。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述反馈模块，包括：电压转换模块、信号调理模块以及模数转换模块；其中，所述电压转换模块，与所述功率放大器模块电连接，用于采集所述功率放大器模块的输出信号，并将所述输出信号的电压转换到预设量程范围内；所述信号调理模块，与所述电压转换模块电连接，用于对所述电压转换模块的输出信号进行滤波处理；所述模数转换模块，与所述信号调理模块电连接，用于对所述信号调理模块的输出信号进行采样，并将采样得到的信号值发送至所述数字控制模块。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述电压转换模块包括以下任意一种或其组合：分流器、电流互感器(Current Transformer，CT)以及罗氏线圈。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述信号调理模块，包括：模拟信号滤波器和运算放大器。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述模数转换模块，包括：模数变换器及其驱动电路。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述系统中，所述数模转换模块，包括：数模转换器及其驱动电路。

本发明实施例提供的一种应用本发明上述实施例提供的基准信号发生系统的基准信号发生方法，该方法包括：接收待生成基准信号的波形参数；根据所述待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号；利用所述第一基准信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正，并根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，将所述第二基准信号发送至被测合并单元。

本发明实施例提供的上述方法中，接收待生成基准信号的波形参数，根据待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号，利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，并根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，将第二基准信号发送至被测合并单元，本发明实施例中利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，也即利用基准信号发生系统的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，进而根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，从而实现对输出信号的补偿和校准，与现有技术中开环设计的基准信号发生系统，无法对输出信号进行校准和补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低相比，本发明实施例提高了输出信号幅值、相位和频率的精确度，从而能够完成合并单元有关计量的测试和校准。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述方法中，所述利用所述第一基准信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正，包括：对所述第一基准信号进行解调，根据解调结果确定所述第一基准信号的波形参数；将所述第一基准信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数进行比较，确定所述第一基准信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数之间的差值；利用比例积分微分PID调节将所述差值转换为修正值，利用所述修正值对所述待生成基准信号的波形参数进行修正。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述方法中，所述根据所述待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号，包括：根据所述待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，将所述待生成基准信号的信号值转换为模拟信号，并对所述模拟信号进行放大得到所述第一基准信号。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述方法中，所述待生成基准信号的波形参数，包括：待生成基准信号的基波、间谐波以及间谐波的幅值信息、频率信息和相位信息。

附图说明

图1为现有技术中基准信号发生系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基准信号发生系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种基准信号发生系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种基准信号发生方法的示意流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的一种基准信号发生系统及方法的具体实施方式进行详细地说明。

本发明实施例提供的一种基准信号发生系统，如图2所示，该系统包括：数字控制模块202、数模转换模块204、功率放大器模块206以及反馈模块208；其中，数字控制模块202，用于接收待生成基准信号的波形参数，根据待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，并根据反馈模块208反馈的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正；数模转换模块204，与数字控制模块202电连接，用于将待生成基准信号的信号值转换为模拟信号；功率放大器模块206，与数模转换模块204电连接，用于将模拟信号放大之后发送至被测合并单元；反馈模块208，连接在功率放大器模块206和数字控制模块202之间，用于采集功率放大器模块的输出信号，并将采集到的输出信号反馈至数字控制模块202。

本发明实施例中，数字控制模块202可以与计算机或者其它智能设备相连接，以接收用户通过计算机或者其它智能设备输入的待生成基准信号的波形参数，数模转换模块204，包括：数模转换器及其驱动电路，其中，数模转换器可以采用20位高精度数模转换器，待生成信号的波形参数，包括：待生成基准信号的基波、间谐波以及间谐波的幅值信息、频率信息和相位信息。

值得说明的是，本发明实施例中功率放大器模块206包括电压放大器和电流放大器，用于将数模转换模块204输出的模拟信号转换为设定量程范围内，该设定量程范围根据待生成基准信号的要求而定，例如：数模转换模块204输出模拟信号为±12V以下的模拟信号，预定量程范围为±48V，则可以通过功率放大器模块206对±12以下的模拟信号进行放大，将模拟信号放大为±48V以下的模拟信号。具体实施时，功率放大器模块204可以包括4路电压放大器和6路电流放大器，以实现多通道电压或者电流的同步输出。

本发明实施例提供的系统中，在功率放大器模块206和数字控制模块202之间连接反馈模块208构成闭环系统，通过反馈模块208采集功率放大器模块的输出信号，并将采集的输出信号反馈至数字控制模块202，使得数字控制模块202能够根据接收到的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，实现对输出信号的补偿和校准，与现有技术中开环设计的基准信号发生系统，无法对输出信号进行校准和补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低相比，本发明实施例提高了输出信号幅值、相位和频率的精确度，从而能够完成合并单元有关计量的测试和校准，能够对智能变电站的合并单元进行高精度的校验和校准，满足相关行业标准的要求，并获得很好的校准结果。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的系统中，数字控制模块202，包括：现场可编程逻辑门阵列FPGA、比较器以及比例积分微分PID控制器；其中，FPGA，用于对反馈模块208反馈的输出信号进行解调，确定输出信号的波形参数；比较器，与FPGA电连接，用于将输出信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数进行比较，确定输出信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数之间的差值；PID控制器，与比较器电连接，用于将差值转换为修正值，利用修正值对待生成基准信号的波形参数进行修正。

具体实施时，反馈模块208采集功率放大器模块206的输出信号，并将输出信号反馈至数字控制模块202，数字控制模块202中的FPGA对接收到的输出信号进行解调，确定输出信号的波形参数，具体解调方法可以采用现有技术中的方法，此处不再赘述。

在确定输出信号的波形参数之后，由比较器将输出信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数进行比较，确定输出信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数之间的差值，然后由PID控制器将输出信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数之间的差值转换为修正值，利用修正值对待生成基准信号的波形参数进行修正。作为较为具体的实施例，假设待生成基准信号的波形参数中某个参数的值为5，而PID控制器确定出的该项参数的修正值为0.1，则利用该项参数的修正值对该项参数进行修正，得到修正后的该项参数为5.1。

较为优选地，本发明实施例提供的另一种基准信号系统，如图3所示，包括：数字控制模块202、数模转换模块204、功率放大器模块206以及反馈模块208，其中，反馈模块208，包括：电压转换模块2082、信号调理模块2084以及模数转换模块2086；其中，电压转换模块2082，与功率放大器模块206电连接，用于采集功率放大器模块206的输出信号，并将输出信号的电压转换到预设量程范围内；信号调理模块2084，与电压转换模块2082电连接，用于对电压转换模块2082的输出信号进行滤波处理；模数转换模块2086，与信号调理模块2084电连接，用于对信号调理模块2084的输出信号进行采样，并将采样得到的信号值发送至数字控制模块202。

具体实施时，由于功率放大器模块206的输出信号是经过放大之后的模拟信号，因此，在电压转换模块2082采集到功率放大器模块206输出的模拟信号之后，需要对采集到的模拟信号进行电压转换，具体来说，需要对采集到的模拟信号进行高低电压转换，以减小模拟信号的量程范围便于传输，假设功率放大器模块206输出信号的量程范围为±48V，则电压转换模块2082对其进行电压转换，例如：可以将其转换成量程范围为±12V。其中，电压转换模块2082可以采用分流器、电流互感器CT以及罗氏线圈中的任意一种或多种。

信号调理模块2084对电压转换模块2082输出的模拟信号进行滤波处理，并将滤波处理之后的模拟信号发送至模数转换模块2086，由模数转换模块2086对信号进行采样之后，输出给数字控制模块202，其中，信号调理模块2084，包括：模拟信号滤波器和运算放大器，模数转换模块2086，包括：模数变换器及其驱动电路，模数转换模块2086可以采用高精度24位模数转换器，以提高每周波的采样点数，从而在数字控制模块202中实现对输出信号的完整及高质量再现，提高对待生成基准信号的波形参数调节的准确性。

应用本发明实施例提供的基准信号发生系统，本发明实施例还提供了基准信号发生方法，如图4所示，该方法包括：

步骤402，接收待生成基准信号的波形参数。

具体实施时，接收待生成基准信号的波形参数，也即通过计算机或者其它智能设备接收用户输入的待生成基准信号的波形参数，该待生成基准信号为合并单元测试所需的基准信号，其中，待生成基准信号的波形参数，包括：待生成基准信号的基波、间谐波以及间谐波的幅值信息、频率信息和相位信息。

步骤404，根据待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号。

步骤406，利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，并根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，将第二基准信号发送至被测合并单元。

需要说明的是，本发明实施例中所提到的第一基准信号和第二基准信号并不特指具体的基准信号，而是表示具有前后顺序的两个基准信号，具体来说，利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，然后根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，同样地，在循环修正过程的下一个循环中，第二基准信号也可以作为第一基准信号，再次对待生成基准信号的波形参数进行修正，也即利用第二基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，然后根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成基准信号(例如：第三基准信号)。

本发明实施例提供的方法中，接收待生成基准信号的波形参数，根据待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号，利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，并根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，将第二基准信号发送至被测合并单元，本发明实施例中利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，也即利用基准信号发生系统的输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，进而根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，从而实现对输出信号的补偿和校准，与现有技术中开环设计的基准信号发生系统，无法对输出信号进行校准和补偿，输出信号的幅值、相位和频率精度较低相比，本发明实施例提高了输出信号幅值、相位和频率的精确度，从而能够完成合并单元有关计量的测试和校准。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的方法中，利用第一基准信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，包括：对第一基准信号进行解调，根据解调结果确定第一基准信号的波形参数；将第一基准信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数进行比较，确定第一基准信号的波形参数与待生成基准信号的波形参数之间的差值；利用比例积分微分PID调节将差值转换为修正值，利用修正值对待生成基准信号的波形参数进行修正。

在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的方法中，根据待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号，包括：根据待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，将待生成基准信号的信号值转换为模拟信号，并对模拟信号进行放大得到第一基准信号。

综上所述，本发明实施例提供的一种基准信号发生系统及方法，通过闭环设计，使得能够根据输出信号对待生成基准信号的波形参数进行修正，实现对输出信号的补偿和校准，提高了输出信号幅值、相位和频率的精确度，从而能够完成合并单元有关计量的测试和校准，能够对智能变电站的合并单元进行高精度的校验和校准，满足相关行业标准的要求，并获得很好的校准结果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种基准信号发生系统，其特征在于，该系统包括：

数字控制模块、数模转换模块、功率放大器模块以及反馈模块；其中，

所述数字控制模块，用于接收待生成基准信号的波形参数，根据所述待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，并根据所述反馈模块反馈的输出信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正；

所述数模转换模块，与所述数字控制模块电连接，用于将所述待生成基准信号的信号值转换为模拟信号；

所述功率放大器模块，与所述数模转换模块电连接，用于将所述模拟信号放大之后发送至被测合并单元；

所述反馈模块，连接在所述功率放大器模块和所述数字控制模块之间，用于采集所述功率放大器模块的输出信号，并将采集到的输出信号反馈至所述数字控制模块。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数字控制模块，包括：现场可编程逻辑门阵列FPGA、比较器以及比例积分微分PID控制器；其中，

所述FPGA，用于对所述反馈模块反馈的输出信号进行解调，确定所述输出信号的波形参数；

所述比较器，与所述FPGA电连接，用于将所述输出信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数进行比较，确定所述输出信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数之间的差值；

所述PID控制器，与所述比较器电连接，用于将所述差值转换为修正值，利用所述修正值对所述待生成基准信号的波形参数进行修正。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述反馈模块，包括：

电压转换模块、信号调理模块以及模数转换模块；其中，

所述电压转换模块，与所述功率放大器模块电连接，用于采集所述功率放大器模块的输出信号，并将所述输出信号的电压转换到预设量程范围内；

所述信号调理模块，与所述电压转换模块电连接，用于对所述电压转换模块的输出信号进行滤波处理；

所述模数转换模块，与所述信号调理模块电连接，用于对所述信号调理模块的输出信号进行采样，并将采样得到的信号值发送至所述数字控制模块。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述电压转换模块包括以下任意一种或其组合：分流器、电流互感器CT以及罗氏线圈。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号调理模块，包括：模拟信号滤波器和运算放大器。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块，包括：模数变换器及其驱动电路。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数模转换模块，包括：数模转换器及其驱动电路。

8.一种应用如权利要求1-7中任一项所述的基准信号发生系统的基准信号发生方法，其特征在于，该方法包括：

接收待生成基准信号的波形参数；

根据所述待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号；

利用所述第一基准信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正，并根据修正后的待生成基准信号的波形参数，生成第二基准信号，将所述第二基准信号发送至被测合并单元。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述利用所述第一基准信号对所述待生成基准信号的波形参数进行修正，包括：

对所述第一基准信号进行解调，根据解调结果确定所述第一基准信号的波形参数；

将所述第一基准信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数进行比较，确定所述第一基准信号的波形参数与所述待生成基准信号的波形参数之间的差值；

利用比例积分微分PID调节将所述差值转换为修正值，利用所述修正值对所述待生成基准信号的波形参数进行修正。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述待生成基准信号的波形参数，生成第一基准信号，包括：

根据所述待生成基准信号的波形参数，确定待生成基准信号的信号值，将所述待生成基准信号的信号值转换为模拟信号，并对所述模拟信号进行放大得到所述第一基准信号。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于，所述待生成基准信号的波形参数，包括：待生成基准信号的基波、间谐波以及间谐波的幅值信息、频率信息和相位信息。