CN108919163A - 电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和其模型 - Google Patents

Abstract

本申请公开了电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和其模型，该系统基于故障电力系统的仿真数据，通过测试信号生成单元生成并输出测试信号，通过高精度回采子单元对测试信号进行回采，以保证测试数据及结果的准确度；另外，电学信号采集子单元和光学信号采集子单元适用于不同形式的互感器接口，适用性广；最后，通过控制计算与显示单元对测试数据进行分析，显示处理结果。测试数据表明，本申请提供的测试系统结果准确，为电子式电流互感器的抗混叠滤波器的设计提供数据依据。所述模拟测试测试模型电子式电流互感器的频率混叠效应，其输出结果与测试系统的测试结果一致。

Description

电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和其模型

技术领域

本申请涉及电子式电流互感器测试技术领域，尤其涉及电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和其模型。

背景技术

电子式电流互感器是智能变电站重要的计量、测量和保护量测装置，根据IEC和GB/T标准，电子式电流互感器可分为光学电流互感器、空心线圈电流互感器以及铁心线圈式低功率电流互感器。

在电子式电流互感器的实际应用中，当系统中含有频带内谐波分量时，要求其传变有一定准确度，而当系统出现频带外高频信号时应尽可能滤除掉，使其不对频带内信号造成混叠。

电力系统发生故障时，故障电流含有高频分量，同时，会混入由GIS站中一些开关操作产生的高频干扰信号，而实际电子式电流互感器采用的滤波器往往不能很好的进行滤波，容易出现频率混叠，进而造成间隔层的保护等设备的非正常行为。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和其模型。

第一方面，本申请提供了一种电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，包括：控制计算与显示单元、测试信号生成单元、测试信号采集单元以及等安匝升流器；所述测试信号采集单元包括数据处理子单元、高精度回采子单元、光学信号采集子单元和电学信号采集子单元；

其中，所述控制计算与显示单元，用于确定测试用数据，生成控制指令以驱动所述测试信号生成单元，以及，接收所述测试信号采集单元反馈的测试数据，对所述测试数据进行计算处理，显示处理结果；

所述测试信号生成单元，用于根据所述测试用数据，生成测试信号，输出所述测试信号；

所述等安匝升流器，用于放大所述测试信号生成单元输出的测试信号，将放大后的测试信号施加于所述电子式电流互感器；

所述高精度回采子单元，用于采集所述等安匝升流器输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元；

所述光学信号采集子单元，用于采集所述电子式电流互感器的第一数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元；

所述电学信号采集子单元，用于采集所述电子式电流互感器的第二数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元。

进一步，所述电子式电流互感器包括互感器本体、AD采集器以及合并单元；

所述第一数据接口为所述互感器本体的数据输出接口；

所述第二数据接口为所述合并单元的数据输出接口。

进一步，所述测试信号生成单元包括：测试信号生成子单元、数模转换器和功率放大器；所述数模转换器的输入端与所述测试信号生成子单元的输出端连接，所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述述功率放大器的输出端与所述等安匝升流器连接；

其中，所述测试信号生成子单元，用于根据所述测试用数据和所述控制指令，生成测试用电流信号。

进一步，所述高精度回采子单元包括：C-T变换模块和第一模数转换器；

所述C-T变换器的输入端与所述等安匝升流器的输出端连接，所述C-T变换器的输出端与所述第一模数转换器的输入端连接，所述第一模数转换器的输出端与所述数据处理子单元连接。

进一步，所述光学信号采集子单元包括：第二模数转换器；所述第二模数转换器的输入端与所述电子式电流互感器的第一数据接口连接，所述第二模数转换器的输出端与所述数据处理子单元连接。

进一步，所述电学信号采集子单元包括一用于连接所述合并单元与所述数据处理子单元的光纤接口。

由以上技术方案可知，本申请提供的电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，实现对互感器的谐波及频率混叠特性分别测试。该系统基于故障电力系统的仿真数据，通过测试信号生成单元生成并输出测试信号，通过高精度回采子单元对测试信号生成单元输出的测试信号进行回采，以保证测试数据及结果的准确度；另外，电学信号采集子单元和光学信号采集子单元适用于不同形式的互感器接口，以完成测试信号的采集；最后，通过控制计算与显示单元对测试数据进行分析，显示处理结果。测试数据表明，本申请提供的电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，测试结果准确，应用范围广泛，为电子式电流互感器的抗混叠滤波器的设计提供数据依据。

第二方面，本申请提供一种电子式电流互感器频率混叠测试模型，应用于本申请第一方面所述的系统，包括：

频率混叠测试模块和电子式电流互感器模拟模块；所述电子式电流互感器模拟模块包括传感头子模块、AD采样器子模块以及合并单元子模块；

其中，所述频率混叠测试模块用于生成并输出高频测试电流，接收所述传感头子模块和/或合并单元子模块输出的高频测试电流，根据预存的标准电流信号进行分析处理，得到频率混叠测试结果；

所述传感头子模块，用于传变所述高频测试电流；

所述AD采样器子模块，用于根据预设的第一采样频率采集所述传感头子模块输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流；

所述合并单元子模块，用于根据预设的第二采样频率采集所述AD采集器子模块输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流。

本申请提供的电子式电流互感器频率混叠测试模型，基于故障系统仿真数据，模拟测试电子式电流互感器的频率混叠效应，其输出结果与测试系统的测试结果一致，为电子式电流互感器的抗混叠滤波器的设计提供数据依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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他的附图。

图1为本申请涉及的一种电子式电流互感器的结构示意图；

图2为本申请根据一示例性实施例示出的一种电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统示意图；

图3为本申请的一个实施例示出的测试信号生成单元的结构示意图；

图4为本申请的一个实施例示出的高精度回采子单元的结构示意图；

图5(a)为LPCT传感头谐波传变特性的比值误差和相位误差示意图；

图5(b)为ROCT传感头谐波传变特性的比值误差和相位误差示意图；

图6为FOCT传感头经合并单元的谐波传变特性的比值误差和相位误差示意图；

图7为本申请根据一示例性实施例示出的一种电子式电流互感器频率混叠测试模型的结构示意图；

图8(a)为本申请实施例A厂家的互感器产生频率混叠效应的具体过程；

图8(b)为本申请实施例A厂家的互感器产生频率混叠效应的具体过程。

具体实施方式

参见图1，为本申请涉及的一种电子式电流互感器的结构示意图。系统信号经传感头在到达合并单元的多次传变过程中，由于罗氏线圈的误差，硬件积分的器件参数及温漂零漂，软件积分的算法影响，滤波器的实际滤波效果及可能的混叠，AD采集器的转换精度以及合并单元的同步插值影响等等，都可能造成互感器传变不准确，以及产生频率混叠效应。

本申请实施例提供一种电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，参阅图2，该系统包括：控制计算与显示单元U100、测试信号生成单元U200、测试信号采集单元U300以及等安匝升流器U400；测试信号采集单元U300包括数据处理子单元U310、高精度回采子单元U320、光学信号采集子单元U330和电学信号采集子单元U340；

其中，控制计算与显示单元U100，用于确定测试用数据，例如测试人员在显示界面的输入区域输入的基于系统故障仿真得到的高频电流数据；还用于生成控制指令以驱动测试信号生成单元U200，以及，接收测试信号采集单元U300反馈的测试数据，具体为数据处理子单元U310反馈的测试数据；还用于对所述测试数据进行计算处理，显示处理结果，例如JJG 1021电力互感器检定规程等标准，以预设的处理算法与预存的标准数据进行计算、对比等，得到处理结果，并在显示界面上进行显示。

测试信号生成单元U200，用于根据所述测试用数据，生成测试信号，输出所述测试信号；该测试信号包括但不限于频率可变、电流大小可变的电流信号以及电压信号。

等安匝升流器U400，用于放大测试信号生成单元U200输出的测试信号，将放大后的测试信号施加于电子式电流互感器；测试信号生成单元U200输出的测试信号通过等安匝升流器U400时，通过等安匝的方法得到进一步升高，并施加于互感器上。

高精度回采子单元U320，用于同步采集等安匝升流器U400输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给控制计算与显示单元U100；控制计算与显示单元U100接收到高精度回采子单元U320反馈的测试信号后，通过与上述其下发的测试用数据对应的信号进行对比，可以保证测试信号生成单元U200输出信号的真实性与准确性。

光学信号采集子单元U330，用于采集电子式电流互感器的第一数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给控制计算与显示单元U100；

电学信号采集子单元U340，用于采集电子式电流互感器的第二数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给控制计算与显示单元U100。

在具体实施例中，控制计算与显示单元U100可以是任何常用的控制计算设备，例如计算机、工控机，或者其他的专用计算设备，在计算设备中，可以使用专用硬件电路或软件程序实现。

需要说明的是，电子式电流互感器原理包括电学原理和光学原理，在测试不同原理的互感器时，需采集其不同种类的数据输出接口输出的信号用于测试。在本申请中，针对基于电学原理的电子式电流互感器，需采集互感器第一数据接口输出的信号用于测试，针对基于光学原理的电子式电流互感器，需采集互感器第二数据接口输出的信号用于测试。

本申请所述电子式电流互感器包括互感器本体100、AD采集器200以及合并单元300；

所述第一数据接口为所述互感器本体100的数据输出接口；

所述第二数据接口为所述合并单元300的数据输出接口。

在图3所示优选实施例中，上述测试信号生成单元U200包括：测试信号生成子单元U210、数模转换器U220和功率放大器U230；数模转换器U220的输入端与测试信号生成子单元U210的输出端连接，数模转换器U220的输出端与功率放大器U230的输入端连接，功率放大器U230的输出端与等安匝升流器U400连接；

其中，测试信号生成子单元U210，用于根据所述测试用数据和所述控制指令，生成测试用电流信号。

在图4所示优选实施例中，高精度回采子单元U320包括：C-T变换模块U321和第一模数转换器U322；

C-T变换器U321的输入端与等安匝升流器U400的输出端连接，C-T变换器U321 的输出端与第一模数转换器U322的输入端连接，第一模数转换器U322的输出端与数据处理子单元U310连接。

具体的，光学信号采集子单元U330包括：第二模数转换器；第二模数转换器的输入端与电子式电流互感器的第一数据接口连接，第二模数转换器的输出端与数据处理子单元U310连接。

具体的，本申请电学信号采集子单元U340包括一用于连接合并单元300与数据处理子单元U310的光纤接口。

根据上述实施例提供的技术方案，对ROCT和LPCT传感头的模拟量谐波传变特性进行测试并分析，具体的，设置一次产生的电流大小为100A，谐波为1到30次谐波，对得到的测试数据进行处理分析，得到的比值误差和相位误差可参见图5(a)和图5(b)。

如图5(a)所示，随着频率增加LPCT的误差相对稳定，比差稳定在0.18％～0.19％之间，相差稳定在1′～8′之间，线性度满足计量用CT和电能品质测量用CT的谐波准确度要求。如图5(b)所示，ROCT的比差随着频率增加而减小，从+1.19％降至+0.87％，相位误差从0′降到-70′，虽然比LPCT的谐波准确度差很多，但是仅从保护用CT的 1～5次谐波准确度要求来看，可以满足应用需求。

进一步对不同厂家的ROCT传感头进行测试，发现随着频率增加，比差和相差均变小，变化的幅度略有差异。从ROCT的等效电路角度分析，随着频率增加，二次绕组的漏电感和引线电感均增大，对应的感性压降增大，势必造成ROCT的输出电压幅值降低，相位由原来的+90°向0°方向偏移。ROCT在结构设计和工艺上需要考虑等效电感值的控制，进一步优化谐波传变特性。

对FOCT经合并单元的谐波传变特性进行1-13次谐波测试与分析，比值误差和相位误差曲线如图6所示。可以看出，比值误差在7次谐波以下基本保持在-0.50％左右，但是8到13次谐波测试时比值误差快速增大，13次谐波时接近-2.0％，而相位误差从-7′增大至101′。虽然该误差值是在测量CT的谐波准确度要求范围内，但是三种原理ECT 横向对比，FOCT的谐波准确度是最差的，产品需要优化，后期的测试中需要重点关注。

由上述实施例可知，本申请提供的电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，实现了对互感器的谐波特性和频率混叠情况的分别测试。该系统基于故障电力系统的仿真数据，通过测试信号生成单元生成并输出测试信号，通过高精度回采子单元对测试信号生成单元输出的测试信号进行回采，以保证测试数据及结果的准确度，另外，电学信号采集子单元和光学信号采集子单元适用于不同形式的互感器接口，以完成测试信号的采集，最后，通过控制计算与显示单元，对测试数据进行分析，显示处理结果。测试数据表明，本申请提供的电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，测试结果准确，应用范围广泛，为电子式电流互感器的抗混叠滤波器的设计提供数据依据。

本申请提供一种电子式电流互感器频率混叠测试模型，应用于上述测试系统，参阅图7，该测试模型包括：频率混叠测试模块M100和电子式电流互感器模拟模块M200；所述电子式电流互感器模拟模块M200包括传感头子模块M210、AD采样器子模块M220 以及合并单元子模块M230；

其中，频率混叠测试模块M100用于生成并输出高频测试电流，接收传感头子模块M310和/或合并单元子模块M330输出的高频测试电流，根据预存的标准电流信号进行分析处理，得到频率混叠测试结果；

传感头子模块M210，用于传变所述高频测试电流；

AD采样器子模块M220，用于根据预设的第一采样频率采集传感头子模块M210输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流；

合并单元子模块M230，用于根据预设的第二采样频率采集AD采集器子模块M220输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流。

在图7中，I(fs)为频率混叠测试模块M100产生的高频测试电流，电流频率为fs。SF1 为AD采集器子模块M220的采样频率，I(fa1)表示为经过AD采集器子模块M220模数转换后的输出电流，fa1为输出电流的频率。SF2为合并单元子模块M230的采样(插值) 频率，I(fa2)为合并单元子模块M230的输出电流，fa2为输出电流的频率。

本申请分别通过上述电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统和电子式电流互感器频率混叠测试模型对厂家A和B的互感器进行测试。

首先，通过本申请技术方案提供的电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，对厂家A和B的互感器进行测试，被测互感器参数和测试结果如表1所示。

表1 不同厂家传感头频率混叠效应测试数据及结果

从测试结果看，频带外的12.05kHz信号并未被互感器滤除掉，合并单元不仅有电流输出，而且频率发生了混叠，A厂家最终输出的电流频率fa2为50Hz，B厂家最终输出的电流频率fa2为1.95kHz。

然后，通过本申请技术方案提供的电子式电流互感器频率混叠测试模型对厂家A和 B的互感器进行测试，该模型的输出结果与系统测试结构一致。

图8(a)和图8(b)分别示出了A、B两个厂家的互感器产生频率混叠效应的具体过程，如图8(a)所示，对于A厂家的互感器，频率混叠测试模块M100输出频率为 fs＝12.05kHz的测试电流，经传感头子模块M210传变，AD采样器子模块M220以 SF1＝4kHz的采样频率采集信号，并输出频率fa1＝50Hz的电流，此时，信号发生一次混叠，合并单元子模块M230以SF2＝4kHz的采样频率采集AD采样器子模块输出的电流信号并输出，输出的电流信号频率fa2＝50Hz，此时无混叠。

如图8(b)所示，对于B厂家的互感器，频率混叠测试模块M100输出频率为 fs＝12.05kHz的测试电流，经传感头子模块M210传变，AD采样器子模块M220以 SF1＝10kHz的采样频率采集信号，并输出频率fa1＝2.05kHz的电流，此时，信号发生一次混叠，合并单元子模块M230以SF2＝4kHz的采样频率采集AD采样器子模块输出的电流信号并输出，输出的电流信号频率fa2＝1.95kHz，此时发生二次混叠。

根据频率混叠规律，若数字采样率为F，则在每个F整倍数周期内，高于F/2的频率会和低于F/2的频率以F/2为中点形成镜像。

由上述实施例可知，本申请提供的电子式电流互感器频率混叠测试模型，基于故障系统仿真数据，模拟测试电子式电流互感器的频率混叠效应，其输出结果与测试系统的测试结果一致，为电子式电流互感器的抗混叠滤波器的设计提供数据依据。

具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的测试系统的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM) 或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种电子式电流互感器谐波及频率混叠特性测试系统，其特征在于，包括：控制计算与显示单元、测试信号生成单元、测试信号采集单元以及等安匝升流器；所述测试信号采集单元包括数据处理子单元、高精度回采子单元、光学信号采集子单元和电学信号采集子单元；

其中，所述控制计算与显示单元，用于确定测试用数据，生成控制指令以驱动所述测试信号生成单元，以及，接收所述测试信号采集单元反馈的测试数据，对所述测试数据进行计算处理，显示处理结果；

所述测试信号生成单元，用于根据所述测试用数据，生成测试信号，输出所述测试信号；

所述等安匝升流器，用于放大所述测试信号生成单元输出的测试信号，将放大后的测试信号施加于所述电子式电流互感器；

所述高精度回采子单元，用于采集所述等安匝升流器输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元；

所述光学信号采集子单元，用于采集所述电子式电流互感器的第一数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元；

所述电学信号采集子单元，用于采集所述电子式电流互感器的第二数据接口输出的测试信号，以及将所述测试信号反馈给所述控制计算与显示单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子式电流互感器包括互感器本体、AD采集器以及合并单元；

所述第一数据接口为所述互感器本体的数据输出接口；

所述第二数据接口为所述合并单元的数据输出接口。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测试信号生成单元包括：测试信号生成子单元、数模转换器和功率放大器；所述数模转换器的输入端与所述测试信号生成子单元的输出端连接，所述数模转换器的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述述功率放大器的输出端与所述等安匝升流器连接；

其中，所述测试信号生成子单元，用于根据所述测试用数据和所述控制指令，生成测试用电流信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高精度回采子单元包括：C-T变换模块和第一模数转换器；

所述C-T变换器的输入端与所述等安匝升流器的输出端连接，所述C-T变换器的输出端与所述第一模数转换器的输入端连接，所述第一模数转换器的输出端与所述数据处理子单元连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光学信号采集子单元包括：第二模数转换器；所述第二模数转换器的输入端与所述电子式电流互感器的第一数据接口连接，所述第二模数转换器的输出端与所述数据处理子单元连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电学信号采集子单元包括一用于连接所述合并单元与所述数据处理子单元的光纤接口。

7.一种电子式电流互感器频率混叠测试模型，应用于权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，包括：频率混叠测试模块和电子式电流互感器模拟模块；所述电子式电流互感器模拟模块包括传感头子模块、AD采样器子模块以及合并单元子模块；

其中，所述频率混叠测试模块用于生成并输出高频测试电流，接收所述传感头子模块和/或合并单元子模块输出的高频测试电流，根据预存的标准电流信号进行分析处理，得到频率混叠测试结果；

所述传感头子模块，用于传变所述高频测试电流；

所述AD采样器子模块，用于根据预设的第一采样频率采集所述传感头子模块输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流；

所述合并单元子模块，用于根据预设的第二采样频率采集所述AD采集器子模块输出的高频测试电流，输出所述高频测试电流。