CN107861087A - 一种直流互感器的闭环测试系统 - Google Patents

一种直流互感器的闭环测试系统 Download PDF

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王红星
盛超
陈晓科
张健
肖磊石
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Abstract

本发明公开了一种直流互感器的闭环测试系统，并在闭环测试系统中分别设置了标准源采集模块和光纤接收模块，通过标准源采集模块获取标准源经二次端子输出的模拟信号并转换为第一数字信号，以及通过光纤接收模块获取施加有标准源一次端子输出信号的直流互感器输出的第二数字信号；并通过与同步模块连接的数字同步处理模块在同步模块发送的同步时钟信号的作用下，对第一数字信号和第二数字信号进行同步接收与处理后并打包上送至上位机，最后由上位机根据获取到的第一数字信号和第二数字信号完成对直流互感器的闭环测试，降低了对标准源的稳定性要求，提高了测试结果的准确度。

Description

一种直流互感器的闭环测试系统
技术领域
本发明涉及直流互感器测试技术领域，尤其涉及一种直流互感器的闭环测试系统。
背景技术
在电力系统中，直流互感器是直流输电系统的重要一次设备，其特性参数及关键指标直接关系到直流输电系统的稳定运行。在实际运行中，部分换流站的直流互感器多次出现故障，有些故障直接导致了直流输电系统的单极闭锁，危及了直流输电系统的稳定运行，造成较大的经济损失。因此，需要在直流互感器投运前以及运行中对直流互感器进行有效的现场检测和试验，从而在现场判别直流互感器的实际性能和运行工况，避免直流互感器故障所造成的影响。
针对直流互感器的性能检测问题，国内外学者主要集中在其现场校验技术的研究上，并且普遍采用了开环校验方法来保障直流互感器的稳态准确度。然而，开环测试对直流源的稳定性要求极高，且难以实现同步测量，测量结果不准确。
发明内容
本发明提供了一种直流互感器的闭环测试系统，解决了现有技术中直流互感器开环测试系统对直流源的稳定性要求极高，且难以实现同步测量，测量结果不准确的技术问题。
本发明提供的一种直流互感器的闭环测试系统，包括：
标准源采集模块、光纤接收模块、数字同步处理模块、同步模块和上位机；
所述标准源采集模块的输入端与标准源的二次端子连接，用于采集所述标准源通过所述二次端子输出的模拟信号并转换为第一数字信号，所述模拟信号包括电流模拟信号和/或电压模拟信号；
所述光纤接收模块与直流互感器连接，用于接收所述直流互感器输出的第二数字信号，所述标准源通过一次端子在所述直流互感器上施加有电流信号和/或电压信号；
所述数字同步处理模块分别与所述标准源采集模块、所述光纤接收模块以及所述同步模块连接，用于在所述同步模块输出的同步信号的作用下，同步接收所述标准源采集模块输出的第一数字信号和所述光纤接收模块输出的第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号进行同步处理后打包上送至所述上位机，由所述上位机完成所述直流互感器的闭环测试。
优选地，所述数字同步处理模块包括：数字量接收单元、数据处理单元和发送单元；
所述数字量接收单元分别与所述标准源采集模块、所述光纤接收模块以及所述同步模块连接，用于接收所述标准源采集模块输出的第一数字信号、所述光纤接收模块输出的第二数字信号和所述同步模块发送的同步信号，并根据所述同步信号对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行同步处理后输出至所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述数字量接收单元连接，用于对从所述数字量接收单元获取到的信号数据进行预处理后通过所述发送单元上送至所述上位机。
优选地，所述数字量接收单元具体包括现场可编程门阵列FPGA；
所述数据处理单元具体包括采用精简指令集架构的中央处理器POWERPC。
优选地，所述标准源包括直流源、频率源和阶跃源。
优选地，所述上位机用于对接收到的所述第一数字信号和所述第二数字信号进行解析和运算，并完成所述直流互感器的闭环测试；
所述闭环测试包括稳态准确度测试、频率特性测试、延时特性测试或阶跃响应能力测试。
优选地，所述上位机包括人机交互界面，用于实现额定参数的设置和测试参数的设置；
所述额定参数包括标准源和直流互感器的额定一次值和额定二次值，以及直流互感器的采样率、额定延时和传输通道；
所述测试参数包括准确度等级、谐波次数、延时类型和阶跃参数。
优选地，所述标准源采集模块包括信号调理单元和模数转换器；
所述信号调理单元用于对所述标准源通过所述二次端子输出的模拟信号进行隔离测量和变换后输出符合通用标准的模拟信号至所述模数转换器；
所述模数转换器用于对所述信号调理单元输出的符合通用标准的模拟信号进行模数转换以及进行高速串行数字化后输出至所述数字同步处理模块。
优选地，所述直流互感器通过合并单元与所述光纤接收模块连接，所述合并单元用于对所述直流互感器传输的电气量进行合并和同步处理，得到对应的第二数字信号，并将所述第二数字信号输出至所述光纤接收模块。
优选地，所述光纤接收模块包括光纤串行接收单元和光纤以太网接收单元；
所述光纤串行接收单元的输入端与所述合并单元连接，输出端与所述数字同步处理模块连接；
光纤以太网输入端与所述合并单元连接，输出端与所述数字同步处理模块连接；
所述光纤串行接收单元和所述光纤以太网接收单元独立运行，用于完成不同类型的直流互感器的第二数字信号的接收与传输。
优选地，所述同步模块包括同步脉冲发生器，所述同步脉冲发生器用于产生并发送同步电脉冲。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明中分别设置了标准源采集模块和光纤接收模块，通过标准源采集模块获取标准源经二次端子输出的模拟信号并转换为第一数字信号，以及通过光纤接收模块获取施加有标准源一次端子输出信号的直流互感器输出的第二数字信号；并通过与同步模块连接的数字同步处理模块在同步模块发送的同步时钟信号的作用下，对第一数字信号和第二数字信号进行同步接收与处理后并打包上送至上位机，最后由上位机根据获取到的第一数字信号和第二数字信号完成对直流互感器的闭环测试。由于本发明中通过采用高精度的同步模块作用于数字同步处理模块上，使得数字同步处理模块可以进行标准源的模拟信号和直流互感器的第二数字信号的同步接收和同步处理，保障了直流互感器的第二数字信号和标准源的模拟信号的同步测量及闭环测试，降低了对标准源的稳定性要求，极大地提高了测试结果的准确度，解决了现有技术中直流互感器开环测试系统对直流源的稳定性要求极高，且难以实现同步测量，测量结果不准确的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种上位机的系统架构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种直流互感器的闭环测试系统，用于解决现有技术中直流互感器开环测试系统对直流源的稳定性要求极高，且难以实现同步测量，测量结果不准确的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统的一个实施例的结构示意图。
本发明提供的一种直流互感器的闭环测试系统，包括：
标准源采集模块3、光纤接收模块4、数字同步处理模块6、同步模块5和上位机7；标准源采集模块3的输入端与标准源1的二次端子连接，用于采集标准源1通过二次端子输出的模拟信号并转换为第一数字信号，模拟信号包括电流模拟信号和/或电压模拟信号。需要说明的是，第一数字信号是通过标准源采集模块3根据标准源1二次端子输出的模拟信号进行模数转换所得到的，即属于标准源通道的数字信号。光纤接收模块4与直流互感器2连接，用于接收直流互感器2输出的第二数字信号，标准源1通过一次端子在直流互感器2上施加有电流信号和/或电压信号。具体的，可以通过调节标准源1产生电流信号或者电压信号，电流信号或者电压信号通过一次端子输出后施加给直流互感器2试品，同时通过二次端子输出按比例转化的小电流模拟信号或小电压模拟信号。可以理解的是，本发明实施例中的直流互感器2可以为直流电子式互感器。
数字同步处理模块6分别与标准源采集模块3、光纤接收模块4以及同步模块5连接，用于在同步模块5输出的同步信号的作用下，同步接收标准源采集模块3输出的第一数字信号和光纤接收模块4输出的第二数字信号，并将第一数字信号和第二数字信号进行同步处理后打包上送至上位机7，由上位机7完成直流互感器2的闭环测试。需要说明的是，第二数字信号是通过光纤接收模块4采集直流互感器2输出的信号所得到的，即属于直流互感器通道的数字信号。具体的，同步模块5可以采用高精度的时钟同步模块5，如可产生并发送同步电脉冲的同步脉冲发生器，并向数字同步处理模块6持续发送同步时钟信号，使得数字同步处理模块6可以同步接收标准源采集模块3输出的第一数字信号和光纤接收模块4输出的第二数字信号，并按照上位机7的测试设定进行相应的数据处理，最后将数据处理结果上送给上位机7。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统的另一个实施例的结构示意图。
进一步地，在本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统中，标准源采集模块3还可以包括有信号调理单元31和模数转换器32(A/D单元)。信号调理单元31用于对标准源1通过二次端子输出的模拟信号进行隔离测量和变换后输出符合通用标准的模拟信号至模数转换器32；模数转换器32用于对信号调理单元31输出的符合通用标准的模拟信号进行模数转换以及进行高速串行数字化转换为第一数字信号后输出至数字同步处理模块6。
需要说明的是，在本发明实施例中，直流互感器2可以通过合并单元21与光纤接收模块4连接，合并单元21用于对直流互感器2传输的电气量进行合并和同步处理，得到对应的第二数字信号，并将第二数字信号输出至光纤接收模块4。
进一步地，为了满足对不同类型的直流互感器2的测试需要，光纤接收模块4还可以包括有光纤串行接收单元41和光纤以太网接收单元42；光纤串行接收单元41的输入端与合并单元21连接，输出端与数字同步处理模块6连接；光纤以太网输入端与合并单元21连接，输出端与数字同步处理模块6连接。可以理解的是，光纤串行接收单元41和光纤以太网接收单元42独立运行，用于完成不同类型的直流互感器2的第二数字信号的接收与传输。其中，光纤接收模块4的直流互感器2输入可以包括直流互感器FT3(一种链路层的传输帧格式)输入和直流互感器IEC 61850-9-2输入这两个输入端口，其中直流互感器FT3输入对应光纤串行接收单元41，直流互感器IEC61850-9-2输入对应光纤以太网单元。两个单元能够各自独立完成收发信号，以满足不同输出接口及协议的直流互感器2的测试需要。
进一步地，在本发明实施例提供的一种直流互感器的闭环测试系统中，数字同步处理模块6具体还包括有：数字量接收单元61、数字处理单元62和发送单元63。
其中，数字量接收单元61分别与标准源采集模块3、光纤接收模块4以及同步模块5连接，用于接收标准源采集模块3输出的第一数字信号、光纤接收模块4输出的第二数字信号和同步模块5发送的同步信号，并根据同步信号对模拟信号和第二数字信号进行同步处理后输出至数字处理单元62。具体的，数字量接收单元61在同步模块5的同步信号的作用下，同步接收标准源采集模块3输出的第一数字信号、光纤接收模块4输出的第二数字信号，并经过同步处理后传输至数字处理单元62中。
数字处理单元62与数字量接收单元61连接，用于对从数字量接收单元61获取到的信号数据进行预处理后通过发送单元63上送至上位机7。需要说明的是，发送单元63可以为以太网发送单元，是实现数字处理单元62与上位机7通信的物理接口，其通信协议为TCP/IP协议。可以理解的是，在数字处理单元62将所接收到的信号数据通过发送单元63上传至上位机7之前，可以根据上位机7的测试设定进行相应的数据预处理，最后将数据预处理结果上送给上位机7。
进一步地，数字量接收单元61具体可以包括现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)。数字量接收单元61可以充分利用FPGA实时性强、I/O口配置丰富的特点，通过控制物理层(Physical Laye，PHY)芯片完成接收来自光纤以太网接收单元42的合并单元IEC61850-9-2协议的采样值数据、自适应接收来自光纤串行接收单元41的符合IEC 60044-8标准曼彻斯特编码规则的FT3采样值数据以及利用高速串行协议接收来自模数转换器32的直流标准源1数据。在本发明实施例中，FPGA在接收数字源信号时，根据来自高精度的同步模块5的同步电脉冲，能够精确的记录每帧报文头到达时刻，从而实现对模拟信号和第二数字信号进行同步处理后输出至数字处理单元62。
数字处理单元62具体可以包括采用精简指令集架构的中央处理器(PerformanceOptimization With Enhanced RISC–Performance Computing，POWERPC)。POWERPC处理器的操作系统可以采用实时性很强的实时操作系统vxWorks。其中，POWERPC可以通过双口RAM(即随机存取存储器，Random Access Memory，RAM)取得数字量接收单元61所接收到的数据，并在预处理后通过以太网发送单元，借助基于可靠连接的TCP/IP协议，将带有精确时标的采样报文提交给上位机7。
进一步地，本发明实施例中的同步模块5可以采用CPLD-XC95288XL单处理器，同时具备同步输入接口和同步输出接口，可以完成1PPS、IRIG-B码报文自适应接收及处理，并能够精确控制1PPS秒脉冲信号和IRIG-B码同步光、电脉冲信号输出。
需要说明的是，本发明实施例中所提及的标准源1可以包括直流源、频率源和阶跃源。对应的，标准源采集模块3的标准源1输入包含直流电压信号、直流阶跃信号两个输入端口，当进行稳态准确度测试或频率特性测试时采用直流电压信号端口，当进行延时特性测试或阶跃响应能力测试时采用直流阶跃信号端口，从而实现直流电子式互感器稳态准确度、频率特性、延时特性、阶跃响应能力等的一体化测试。
具体的，本发明实施例中所提供的上位机7用于对接收到的模拟信号和第二数字信号进行解析和运算，并完成直流互感器2的闭环测试。上位机7可以为基于LabView应用软件开发的PC机，通过以太网基于TCP/IP协议交互标准源信号及直流互感器信号采样报文，对接收到的数据进行解析并进行运算，实现直流互感器2的稳态准确度、频率特性、延时特性以及阶跃响应能力等测试需求。
此外，上位机7还包括有人机交互界面，用于实现额定参数的设置和测试参数的设置；额定参数包括标准源1和直流互感器2的额定一次值和额定二次值，以及直流互感器2的采样率、额定延时和传输通道；测试参数包括准确度等级、谐波次数、延时类型和阶跃参数。
请参阅图3，图3为本发明实施例提供的一种上位机的系统架构示意图。本发明实施例中所提供的上位机7与用户之间的交互过程，主要包括测试设置和启动测试两部分，具体设计如下：
1、测试设置部分主要是由用户完成额定参数设置、测试类型选择、测试项目选择与测试参数设置。
额定参数设置包括标准源1和直流互感器2的额定一次值和额定二次值，以及直流互感器2的采样率、额定延时和传输通道。
测试类型选择包括稳态测试和暂态测试两种类型。
测试项目选择按照稳态测试和暂态测试两种类型分别进行选择，稳态测试可选择稳态准确度测试和频率特性测试，暂态测试可选择延时特性测试和阶跃响应能力测试。
测试参数设置主要完成准确度等级、谐波次数、延时类型和阶跃参数等的设置。
2、启动测试部分主要是由上位机7完成测试类型判断、测试模块调用、测试结果输出和测试报告生成。
测试类型判断主要是区分稳态测试和暂态测试。
测试模块调用按照测试类型进行调用，稳态测试按顺序调用稳态准确度测试模块和频率特性测试模块，暂态测试按顺序调用延时特性测试模块和阶跃响应能力测试模块。
测试结果输出可以设置输出测试结果。
测试报告生成可以按设置的格式生成测试报告，可以按指定的路径和名称存储测试报告。
本发明实施例中的上位机7可以由用户在人机交互界面完成额定参数设置、测试类型选择、测试项目选择与测试参数设置之后，由上位机7根据用户设置的内容自动完成测试类型判断、测试模块调用、测试结果输出和测试报告生成，实现直流互感器2的自动测试，有效缩短了测试时间，大大提高了测试效率；且无需多人配合进行测试，简化了测试配合要求，大幅减少了现场工作量。
此外，本发明实施例中将标准源1通道与直流互感器2通道通过测试系统闭环，实现了同步测试，降低了对标准源1稳定性的要求，提高了测试结果的准确度；还可以按照测试类型的异同能够将同样会影响直流控制保护系统执行性能的直流互感器2的频率特性、延时特性、阶跃响应能力与稳态准确度进行了集成测试，实现了一体化测试，解决了测试手段单一的难题。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，包括：
标准源采集模块、光纤接收模块、数字同步处理模块、同步模块和上位机；
所述标准源采集模块的输入端与标准源的二次端子连接，用于采集所述标准源通过所述二次端子输出的模拟信号并转换为第一数字信号，所述模拟信号包括电流模拟信号和/或电压模拟信号；
所述光纤接收模块与直流互感器连接，用于接收所述直流互感器输出的第二数字信号，所述标准源通过一次端子在所述直流互感器上施加有电流信号和/或电压信号；
所述数字同步处理模块分别与所述标准源采集模块、所述光纤接收模块以及所述同步模块连接，用于在所述同步模块输出的同步信号的作用下，同步接收所述标准源采集模块输出的第一数字信号和所述光纤接收模块输出的第二数字信号，并将所述第一数字信号和所述第二数字信号进行同步处理后打包上送至所述上位机，由所述上位机完成所述直流互感器的闭环测试。
2.根据权利要求1所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述数字同步处理模块包括：数字量接收单元、数据处理单元和发送单元；
所述数字量接收单元分别与所述标准源采集模块、所述光纤接收模块以及所述同步模块连接，用于接收所述标准源采集模块输出的第一数字信号、所述光纤接收模块输出的第二数字信号和所述同步模块发送的同步信号，并根据所述同步信号对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行同步处理后输出至所述数据处理单元；
所述数据处理单元与所述数字量接收单元连接，用于对从所述数字量接收单元获取到的信号数据进行预处理后通过所述发送单元上送至所述上位机。
3.根据权利要求2所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述数字量接收单元具体包括现场可编程门阵列FPGA；
所述数据处理单元具体包括采用精简指令集架构的中央处理器POWERPC。
4.根据权利要求1所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述标准源包括直流源、频率源和阶跃源。
5.根据权利要求4所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述上位机用于对接收到的所述第一数字信号和所述第二数字信号进行解析和运算，并完成所述直流互感器的闭环测试；
所述闭环测试包括稳态准确度测试、频率特性测试、延时特性测试或阶跃响应能力测试。
6.根据权利要求5所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述上位机包括人机交互界面，用于实现额定参数的设置和测试参数的设置；
所述额定参数包括标准源和直流互感器的额定一次值和额定二次值，以及直流互感器的采样率、额定延时和传输通道；
所述测试参数包括准确度等级、谐波次数、延时类型和阶跃参数。
7.根据权利要求1所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述标准源采集模块包括信号调理单元和模数转换器；
所述信号调理单元用于对所述标准源通过所述二次端子输出的模拟信号进行隔离测量和变换后输出符合通用标准的模拟信号至所述模数转换器；
所述模数转换器用于对所述信号调理单元输出的符合通用标准的模拟信号进行模数转换以及进行高速串行数字化后输出至所述数字同步处理模块。
8.根据权利要求1所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述直流互感器通过合并单元与所述光纤接收模块连接，所述合并单元用于对所述直流互感器传输的电气量进行合并和同步处理，得到对应的第二数字信号，并将所述第二数字信号输出至所述光纤接收模块。
9.根据权利要求8所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述光纤接收模块包括光纤串行接收单元和光纤以太网接收单元；
所述光纤串行接收单元的输入端与所述合并单元连接，输出端与所述数字同步处理模块连接；
光纤以太网输入端与所述合并单元连接，输出端与所述数字同步处理模块连接；
所述光纤串行接收单元和所述光纤以太网接收单元独立运行，用于完成不同类型的直流互感器的第二数字信号的接收与传输。
10.根据权利要求1所述的直流互感器的闭环测试系统，其特征在于，所述同步模块包括同步脉冲发生器，所述同步脉冲发生器用于产生并发送同步电脉冲。
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