CN107102182A - 用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法，所述方法包括：设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数；通过控制模块控制充电模块进行充电，读取所述充电模块输出的电压信号值；根据所述需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的所述支路与充电模块进行连接；若所述充电模块内电压信号值达到预设值，停止对所述充电模块进行充电；并通过触发模块发出触发信号，将所选择的所述支路与充电模块进行连通；通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载。
Description
技术领域
本发明涉及冲击电压领域，更具体地，涉及一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法及系统。
背景技术
冲击耐压试验是保证电力设备质量的重要组成部分，其结果的准确性直接影响电力设备的安全性和经济性。然而，保证该试验量值准确性、一致性的有效方法就是量值溯源，即通过具有规定不确定度的冲击电压波源，使测量结果溯源到国家标准或国际标准。目前我国已经建立了直流、交流高电压的国家标准，但冲击电压测量设备的校验还停留在理论分析阶段，尚未建立冲击电压的测量标准和相应的检定规程。随着我国电力行业的不断发展，越来越多的单位要求其冲击测试设备能够获得权威单位的认证或溯源到国家标准。因此冲击电压标准装置的研制和溯源问题更加紧迫。
目前现有技术的冲击电压测量系统包括高压分压器和二次测量设备如数字记录仪、示波器、峰值表等，其中高压分压器的性能可通过阶跃波响应、线性度、短时、长期稳定性等特性试验来证明其刻度因数的准确性和稳定性，但波前/波尾时间参数以及二次测量设备的冲击刻度因数、波前/波尾时间参数都无法进行溯源，只能进行部分验证试验，这样大大放大了测量不确定度，无法建立高准确度等级的冲击电压标准测量系统。
因此，需要一种技术，以解决用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生的问题。
发明内容
本发明提供了一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法及系统，以解决冲击电压的量值溯源问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法，所述方法包括：
设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数；
通过控制模块控制充电模块进行充电，读取所述充电模块输出的电压信号值；根据所述需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的所述支路与充电模块进行连接；
若所述充电模块内电压信号值达到预设值，停止对所述充电模块进行充电；并通过触发模块发出触发信号，将所选择的所述支路与充电模块进行连通；
通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载；
采集所述负载的标准波形，并对所述标准波形信号进行数据处理。
优选地，所述触发模块的控制开关为光电耦合开关。
优选地，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
优选地，所述充电模块内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
优选地，能够对所述输出的直流电压值进行调节。
优选地，通过电阻分压器和数字电压表读取所述充电模块输出的电压信号值。
优选地，所述采集所述标准波形，并对所述标准波形信号进行处理，包括：
通过示波器或数字记录仪采集所述标准波形，并将所述标准波形传输至主机，所述主机根据IEC60060标准对所述标准波形信号进行数据处理。
优选地，所述脉冲形成模块包括多个并联的支路，所述每条并联的支路的电容、电阻参数不同；通过所述多个并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统，所述系统包括：
控制模块，用于通过控制模块控制充电模块进行充电，读取所述充电模块输出的电压信号值；根据所述需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的所述支路与充电模块进行连接；
触发模块，通过触发模块发出触发信号，将所选择的所述支路与充电模块进行连通。
所述脉冲形成模块，通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载；
测量模块，所述测量模块用于采集所述负载的标准波形，并对所述标准波形信号进行数据处理。
优选地，所述触发模块的控制开关为光电耦合开关。
优选地，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
优选地，所述充电模块内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
优选地，所述充电模块能够对所述输出的直流电压值进行调节。
优选地，通过电阻分压器和数字电压表读取所述充电模块输出的电压信号值。
优选地，所述测量模块还用于：
通过示波器或数字记录仪采集所述标准波形，并将所述标准波形传输至主机，所述主机根据IEC60060标准对所述标准波形信号进行数据处理。
优选地，所述脉冲形成模块包括多个并联的支路，所述每条并联的支路的电容、电阻参数不同；通过所述多个并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
本发明技术方案采用独立设计的包括充电及稳压回路的充电模块，确保了脉冲形成模块的输入电压信号的稳定性，通过选择脉冲形成模块中的不同并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压波形和操作冲击电压波形。本发明技术方案的同时采用精确的时序控制，保证脉冲形成模块的输出具有更高的稳定性。测量模块应用软件对信号进行标准处理，满足不同用户对最终结果的需求。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法流程图；
图2为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统结构图；以及
图3为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统连接关系图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法流程图。本发明的实施方式包括一种集中式冲击电压标准波形发生方法，方法100通过充电模块进行充电，充电模块包括充电及稳压回路，用以输出稳定的电压信号。脉冲形成模块包括多条不同电容、不同电阻参数的并联的支路，通过对不同并联的支路进行选择，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。控制模块用于控制充电模块进行充电，并建立充电模块与脉冲形成模块某一选择的支路的连接。当充电模块电压值达到预设值时，控制模块通过触发模块将充电模块以及与脉冲形成模块某一选择的支路通过开关控制连通。测量模块对脉冲形成模块中的被选择的支路输出的标准波形进行记录及数据处理。本发明实施方式中充电模块由变压回路、整流回路、稳压回路、充电控制开关和信号反馈回路组成；脉冲形成模块由标准电容、电阻元件、触发MOSFET开关组成，用于产生特定时间参数的标准波形；控制模块的交互功能分为面板部分和主机部分，用户可以通过在面板按钮或者主机上输入需要产生的标准波形参数，对输出标准波形的电压的幅值，时间参数进行设置，控制模块根据这些参数控制充电模块的开断和控制触发模块的动作；触发模块由触发信号发生装置及开关组成；测量模块由采集设备和后处理部分组成，主机和示波器或数字记录仪进行通信，编制的软件将得到的信号进行相应的标准处理，得到波形的幅值和时间参数文件。如图1所示，方法100从步骤101开始：
优选地，在步骤101：设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
优选地，在步骤102：通过控制模块控制充电模块进行充电，读取充电模块输出的电压信号值；根据需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的支路与充电模块进行连接。
优选地，在步骤103：若充电模块内电压信号值达到预设值，停止对充电模块进行充电；并通过触发模块发出触发信号，将所选择的支路与充电模块进行连通。
优选地，在步骤104：通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载。
优选地，在步骤105：采集负载的标准波形，并对标准波形信号进行数据处理。
优选地，触发模块的控制开关为光电耦合开关。
优选地，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
优选地，充电模块内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
优选地，能够对输出的直流电压值进行调节。
优选地，通过电阻分压器和数字电压表读取充电模块输出的电压信号值。
优选地，采集标准波形，并对标准波形信号进行处理，包括：
通过示波器或数字记录仪采集标准波形，并将标准波形传输至主机，主机根据IEC60060标准对标准波形信号进行数据处理。
优选地，脉冲形成模块包括多个并联的支路，每条支路的电容、电阻参数不同；通过多个并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
本发明的实施方式首先确定负载参数和波形参数，通过面板或主机输入设定电压、极性、波形种类。通过控制模块读取设置参数，并选择脉冲形成模块的支路，闭合充电模块中的选择开关Kr开始充电。充电电压控制KD进行电压值调节，充电过程中重复读取数字电压表的反馈信号。当读取到的电压反馈信号达到设置值时，控制模块指示选择开关Kr置于空档，充电模块停止充电，同时指示触发模块发出触发信号，开关K导通，脉冲形成模块中被选择的支路输出冲击电压。示波器或数字记录仪记录负载上的输出波形，传送给主机，根据IEC60060标准进行数据的后处理，输出图像和数据报告。
图2为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统结构图。如图2所示，系统200包括：
控制模块201，用于通过控制模块201控制充电模块202进行充电，读取充电模块202输出的电压信号值；根据需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块204中的并联的支路中的一条支路，将所选择的支路与充电模块202进行连接；
触发模块203，通过触发模块203发出触发信号，将所选择的支路与充电模202块进行连通。
脉冲形成模块204，通过脉冲形成模块204中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载205；
测量模块206，测量模块206用于采集负载205的标准波形，并对标准波形信号进行数据处理。
优选地，触发模块203的控制开关为光电耦合开关。
优选地，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
优选地，充电模块202内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
优选地，充电模块202能够对输出的直流电压值进行调节。
优选地，通过电阻分压器和数字电压表读取充电模块202输出的电压信号值。
优选地，测量模块206还用于：
通过示波器或数字记录仪采集标准波形，并将标准波形传输至主机，主机根据IEC60060标准对标准波形信号进行数据处理。
优选地，脉冲形成模块204包括多个并联的支路，每条支路的电容、电阻参数不同；通过多个支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
本发明的实施方式中，充电模块202的构成为：直流电源，PWM控制开关，选择开关，数字电压表；脉冲形成模块204包括：充电电容、放电电容、波头电阻、波尾电阻；触发模块203包括：触发信号发生装置及开关；负载205包括：衰减器、示波器或数字记录仪；测量模块：示波器、数字记录仪和后处理软件。
充电模块202输出稳定可调的直流电压，同时通过电阻分压器和数字电压表向控制模块201提供反馈信号。充电模块内的选择开关Kr用于选择脉冲形成模块204中不同的并联的支路中的一条支路。
脉冲形成模块204由多个并联的支路组成，电路结构如图3所示，LI支路代表雷电冲击电压支路，SI代表操作冲击电压支路，n代表n种不同的波形参数。不同支路的充电电容、放电电容、波头电阻、波尾电阻参数不同，由Kr选择充电支路，放电也由不同的K控制，这样可以产生不同参数的雷电冲击电压和操作冲击电压等多种波形。
触发模块203的控制开关采用光电耦合，接收来自控制模块201的光信号进行触发。
控制模块201可通过面板或者主机进行输入设定，设定完成后，控制模块201将重复读取充电模块202的反馈的电压信号，当反馈电压信号达到设定值时，指示触发模块203发出触发信号。
测量模块206记录并存储负载205的输出波形，可进行IEC60060标准的数据处理，可输出bmp图像和excel数据表格。
图3为根据本发明一实施方式的一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统连接关系图。如图3所示，其中I为充电模块，II为脉冲形成模块，III为负载，IV为控制模块，V为触发模块。充电模块包括：S为直流电源，KD为PWM控制开关，Kr为选择开关，V1为数字电压表；脉冲形成模块单一支路包括：充电电容C1、放电电容C2、波头电阻Rf、波尾电阻Rt；负载包括：负载等效电容CL、负载等效电阻RL；控制模块控制充电开关Kr，同时不断读取V1的读数，在电压读数达到设定值时，控制触发模块发出触发信号。II脉冲形成模块包括关联的多条支路，LI(n)代表多条雷电冲击电压支路，SI(n)表示为多条操作冲击电压支路；在并联的每条支路中，分别包括不同电容参数和电阻参数的充电电容、放电电容、波头电阻和波尾电阻，如图3中所示的一条支路中，充电电容为C1，放电电容为C2，波头电阻为Rf，波尾电阻为Rt。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (18)
1.一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生方法，所述方法包括：
设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数；
通过控制模块控制充电模块进行充电，读取所述充电模块输出的电压信号值；根据所述需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的所述支路与充电模块进行连接；
若所述充电模块内电压信号值达到预设值，停止对所述充电模块进行充电；并通过触发模块发出触发信号，将所选择的所述支路与充电模块进行连通；
通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载。
2.根据权利要求1所述的方法，所述触发模块的控制开关为光电耦合开关。
3.根据权利要求1所述的方法，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
4.根据权利要求1所述的方法，所述充电模块内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
5.根据权利要求4所述的方法，能够对所述输出的直流电压值进行调节。
6.根据权利要求1所述的方法，通过电阻分压器和数字电压表读取所述充电模块输出的电压信号值。
7.根据权利要求1所述的方法，所述采集所述标准波形，并对所述标准波形信号进行处理，包括：
通过示波器或数字记录仪采集所述标准波形，并将所述标准波形传输至主机，所述主机根据IEC60060标准对所述标准波形信号进行数据处理。
8.根据权利要求1所述的方法，所述脉冲形成模块包括多个并联的支路，所述每条支路的电容、电阻参数不同；通过所述多个并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
采集所述负载的标准波形，并对所述标准波形信号进行数据处理。
10.一种用于量值溯源的集中式冲击电压标准波形发生系统，所述系统包括：
控制模块，用于通过控制模块控制充电模块进行充电，读取所述充电模块输出的电压信号值；根据所述需要产生的标准波形，选择脉冲形成模块中的并联的支路中的一条支路，将所选择的所述支路与充电模块进行连接；
触发模块，通过触发模块发出触发信号，将所选择的所述支路与充电模块进行连通。
所述脉冲形成模块，通过脉冲形成模块中选择的支路产生标准波形，并将标准波形输出至负载。
11.根据权利要求10所述的系统，所述触发模块的控制开关为光电耦合开关。
12.根据权利要求10所述的系统，通过面板或主机设置需要产生的标准波形的电压、极性和波形种类的参数。
13.根据权利要求10所述的系统，所述充电模块内包括充电电路和稳压电路，输出稳定的直流电压。
14.根据权利要求13所述的系统，所述充电模块能够对所述输出的直流电压值进行调节。
15.根据权利要求10所述的系统，通过电阻分压器和数字电压表读取所述充电模块输出的电压信号值。
16.根据权利要求10所述的系统，所述测量模块还用于：
通过示波器或数字记录仪采集所述标准波形，并将所述标准波形传输至主机，所述主机根据IEC60060标准对所述标准波形信号进行数据处理。
17.根据权利要求10所述的系统，所述脉冲形成模块包括多个并联的支路，所述每条并联的支路的电容、电阻参数不同；通过所述多个并联的支路，产生不同电容、电阻参数的雷电冲击电压的标准波形和产生不同电容、电阻参数的操作冲击电压的标准波形。
18.根据权利要求10所述的系统，所述系统还包括：
测量模块，所述测量模块用于采集所述负载的标准波形，并对所述标准波形信号进行数据处理。
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Effective date of registration: 20200203 Address after: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant after: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Applicant after: STATE GRID CORPORATION OF CHINA Applicant after: STATE GRID SHANXI ELECTRIC POWER COMPANY MEASUREMENT CENTER Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 15 Applicant before: CHINA ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE Co.,Ltd. Applicant before: STATE GRID CORPORATION OF CHINA |
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