CN109375139A - 一种自动测试光纤电流互感器的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动测试光纤电流互感器的装置及方法。其中，该装置包括标准源，其用于为光纤电流互感器提供标准参考信号；数据合并单元，其被配置为：同步采集标准源输出的标准参考信号以及光纤电流互感器输出的信号；将同步采集的信号合并组帧发送至通信和控制单元；所述通信和控制单元，被配置为：将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度。

Description

一种自动测试光纤电流互感器的装置及方法

技术领域

本发明属于电力设备领域，尤其涉及一种自动测试光纤电流互感器的装置及方法。

背景技术

互感器是电力系统电能计量和继电保护的重要设备。随着电力系统坚强智能电网建设的发展，传统互感器因其原理而呈现的安全性差、动态测量精度差、绝缘结构复杂、金属耗材多、能耗大、废气废油污染环境等弊端，已不能满足智能电网安全可靠、高效经济、清洁环保的体系建设需求。

近年来，光学电子式电流互感器成为国内互感器发展的主流方向，在智能电网中的应用逐渐推广，其工程应用也日趋成熟。与传统互感器相比，光学电子式互感器具有安全性高、动态范围大、测量精度高、绝缘简单、环保等优点。

光纤电流互感器是基于法拉第磁光效应原理、以光纤为介质的新型光学互感器，其输出为数字信号。光纤电流互感器由于工作原理、结构和输出方式与传统互感器均不相同，传统测试互感器的方法已无法适用于光纤电流互感器。

因此，亟需一种测试光纤电流互感器的装置，来提高光纤电流互感器的稳定性及精度。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种自动测试光纤电流互感器的装置，其能够自动进行互感器输出数字信号的实时监测，满足全光纤电流互感器数字信号数据处理以及实时分析。

本发明的一种自动测试光纤电流互感器的装置，包括：

标准源，其用于为光纤电流互感器提供标准参考信号；

数据合并单元，其被配置为：

同步采集标准源输出的标准参考信号以及光纤电流互感器输出的信号；

将同步采集的信号合并组帧发送至通信和控制单元；

所述通信和控制单元，被配置为：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；

根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度。

进一步的，所述光纤电流互感器放置于温箱内；所述通信和控制单元，还被配置为：

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

进一步的，所述通信和控制单元，还被配置为：

选取光纤电流互感器输出的若干个周波信号进行正交小波变换；

采用软阈值Birge-Massart策略对正交小波变换后的特征矩阵进行降维，并作为电流信号特征矩阵；

将得到的电流信号特征矩阵作为预设神经网络的输入样本数据；

依据样本数据对预设神经网络进行学习训练；

利用经过训练的神经网络对测量点电流信号状态进行故障识别。

其中，Birge-Massart策略所确定的阈值，通过如下规则求得：

(1)给定一个指定的分解层数j，对j+1以及更高层所有系数保留；

(2)对第i层(1≤i≤j)，保留绝对值最大的n_i个系数，其中，n_i由下式来确定：

n_i＝M*(j+2-i)^ɑ

其中：M和ɑ为经验系数。

进一步的，所述预设神经网络为BP神经网络。

进一步的，所述测量点电流信号状态包括电流骤降、电流骤升、瞬时断电、电流升高、电流降低。

进一步的，所述数据合并单元，包括同步采集模块和标准源控制模块；

所述同步采集单元，用于发送同步信号至标准源和光纤电流互感器，为标准源和光纤电流互感器提供统一的时钟信号；

所述标准源控制模块，用于发送配置指令给标准源，来配置标准源所输出的信号。

进一步的，所述同步采集模块，包括：第一FPGA数据处理模块，其用于发送同步信号，并经第一电光转换模块传送至光纤电流互感器；

所述光纤电流互感器，用于将接收到的同步信号再经第一电光转换模块反馈至第一PFAG数据处理模块；

所述第一PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第一数据接口发送至通信和控制单元。

进一步的，所述标准源控制模块，包括：第二FPGA数据处理模块，其用于发送配置指令，并经第二电光转换模块传送至标准源；

所述标准源，用于接收配置指令后发送相应标准信号再经第二电光转换模块反馈至第二PFAG数据处理模块；

所述第二PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第二数据接口发送至通信和控制单元。

进一步的，所述第一数据接口为以太网接口或光纤接口；

或所述第二数据接口为光纤接口。

本发明的第二目的是提供一种自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法，其能够自动进行互感器输出数字信号的实时监测，满足全光纤电流互感器数字信号数据处理以及实时分析。

本发明的一种自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法，包括：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度；

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明的自动测试光纤电流互感器的装置能够自动进行互感器输出数字信号的实时监测，满足全光纤电流互感器数字信号数据处理以及实时分析。

(2)本发明的光纤电流互感器放置于温箱内；通信和控制单元还用来接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

(3)本发明还对光纤电流互感器输出的信号进行正交小波变换，并利用神经网络来对信号进行故障识别。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的一种自动测试光纤电流互感器的装置的结构示意图；

图2为通信和控制单元的结构示意图；

图3为数据合并单元的结构示意图；

图4为同步采集模块的结构示意图；

图5为标准源控制模块的结构示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

光纤电流互感器是基于法拉第磁光效应原理、采用全数字闭环控制技术，以光纤为介质的新型光学互感器。光纤电流互感器可以测试交流信号、直流信号，本发明涉及的一种自动测试光纤电流互感器的装置及方法测试电流信号为交流。

如图1所示，本实施例包括通信和控制单元、数据合并单元、标准源和光纤电流互感器。

其中：标准源，其用于为光纤电流互感器提供标准参考信号；

数据合并单元，其被配置为：

同步采集标准源输出的标准参考信号以及光纤电流互感器输出的信号；

将同步采集的信号合并组帧发送至通信和控制单元；

所述通信和控制单元，被配置为：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；

根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度。

本实例中：

所述通信和控制单元为工控机，在具体的实施例中，通信和控制单元还可以是任何常用的控制计算设备，例如普通计算机或者其他专用的计算设备，在计算设备中可以使用专用硬件电路和测试软件来实现。本领域技术人员应当知道，该部分为数据处理领域中常见的设备。

如图1所示，述光纤电流互感器放置于温箱内；

如图2所示，通信和控制单元的数据处理所执行的步骤包括：

(1)温箱通信，采集温度数据。

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

例如：预设温度稳定性指标为：光纤电流互感器的输出信号波动范围，如预先设定为某一确定小范围值(如0.2％)。

设定光学互感器温度循环试验程序，温度循环试验过程中，依据设定温度程序，自动进行温度采样、光学互感器性能测试。

(2)采集电流信号。

(3)对数据进行傅里叶变换，得到电流有效值、噪声。

(4)计算电流考核指标，并以图像、表格进行实时显示。

(5)故障识别：

选取光纤电流互感器输出的若干个周波信号进行正交小波变换；

采用软阈值Birge-Massart策略对正交小波变换后的特征矩阵进行降维，并作为电流信号特征矩阵；

将得到的电流信号特征矩阵作为预设神经网络的输入样本数据；

依据样本数据对预设神经网络进行学习训练；

利用经过训练的神经网络对测量点电流信号状态进行故障识别。

其中，Birge-Massart策略所确定的阈值，通过如下规则求得：

(1)给定一个指定的分解层数j，对j+1以及更高层所有系数保留；

(2)对第i层(1≤i≤j)，保留绝对值最大的n_i个系数，其中，n_i由下式来确定：

n_i＝M*(j+2-i)^ɑ

其中：M和ɑ为经验系数。

预设神经网络为BP神经网络。所述测量点电流信号状态包括电流骤降、电流骤升、瞬时断电、电流升高、电流降低。

BP神经网络为5层神经网络，包括输入层、输出层以及3层隐含层，输出层设置5个节点，即{1，0，0，0，0}、{0，1，0，0，0}、{0，0，1，0，0}、{0，0，0，1，0}、{0，0，0，0，1}，分别代表电流骤降、电流骤升、瞬时断电、电流升高、电流降低。训练得到识别测量点电流信号状态的神经网络。这种采用正交小波变换和基于反馈学习原理的神经网络模型相结合的方法判断电网的状态的方法，可以动态调整识别项，自适应能力强。

如图3所示，数据合并单元包括标准源控制模块和同步采集模块。

所述同步采集单元，用于发送同步信号至标准源和光纤电流互感器，为标准源和光纤电流互感器提供统一的时钟信号；

所述标准源控制模块，用于发送配置指令给标准源，来配置标准源所输出的信号。

如图4所示，同步采集模块包括：第一FPGA数据处理模块，其用于发送同步信号，并经第一电光转换模块传送至光纤电流互感器；

所述光纤电流互感器，用于将接收到的同步信号再经第一电光转换模块反馈至第一PFAG数据处理模块；

所述第一PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第一数据接口发送至通信和控制单元。

在本实施例中，第一数据接口为光纤接口。

在具体的实施例中，第一数据接口可以为任意数据接口，优选为以太网接口，例如电接口RJ45，或者10/100Base-T光纤接口等高速接口，以适应大容量数据的传递。优选为光纤接口。

如图5所示，标准源控制模块包括：第二FPGA数据处理模块，其用于发送配置指令，并经第二电光转换模块传送至标准源；

所述标准源，用于接收配置指令后发送相应标准信号再经第二电光转换模块反馈至第二PFAG数据处理模块；

所述第二PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第二数据接口发送至通信和控制单元。

在具体实施中，第二数据接口为光纤接口。

在本实施例中，第二光电转换模块)可以与第一光电转换模块为不同的光电转换模块，也可以为同一个光电转换模块，没有特殊的限制。

本发明的自动测试光纤电流互感器的装置能够自动进行互感器输出数字信号的实时监测，满足全光纤电流互感器数字信号数据处理以及实时分析。

本发明的光纤电流互感器放置于温箱内；通信和控制单元还用来接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

例如：预设温度稳定性指标为：光纤电流互感器的输出信号波动范围，如预先设定为某一确定小范围值(如0.2％)。

本发明还对光纤电流互感器输出的信号进行正交小波变换，并利用神经网络来对信号进行故障识别。

本发明还提供了一种自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法。

本发明的一种自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法，包括：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度；

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

例如：预设温度稳定性指标为：光纤电流互感器的输出信号波动范围，如预先设定为某一确定小范围值(如0.2％)。

本发明的一种自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法，能够自动进行互感器输出数字信号的实时监测，满足全光纤电流互感器数字信号数据处理以及实时分析。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，包括：

标准源，其用于为光纤电流互感器提供标准参考信号；

数据合并单元，其被配置为：

同步采集标准源输出的标准参考信号以及光纤电流互感器输出的信号；

将同步采集的信号合并组帧发送至通信和控制单元；

所述通信和控制单元，被配置为：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；

根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度。

2.如权利要求1所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述光纤电流互感器放置于温箱内；所述通信和控制单元，还被配置为：

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。

3.如权利要求1所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述通信和控制单元，还被配置为：

选取光纤电流互感器输出的若干个周波信号进行正交小波变换；

采用软阈值Birge-Massart策略对正交小波变换后的特征矩阵进行降维，并作为电流信号特征矩阵；

将得到的电流信号特征矩阵作为预设神经网络的输入样本数据；

依据样本数据对预设神经网络进行学习训练；

利用经过训练的神经网络对测量点电流信号状态进行故障识别。

4.如权利要求3所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述预设神经网络为BP神经网络。

5.如权利要求3所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述测量点电流信号状态包括电流骤降、电流骤升、瞬时断电、电流升高、电流降低。

6.如权利要求1所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述数据合并单元，包括同步采集模块和标准源控制模块；

所述同步采集单元，用于发送同步信号至标准源和光纤电流互感器，为标准源和光纤电流互感器提供统一的时钟信号；

所述标准源控制模块，用于发送配置指令给标准源，来配置标准源所输出的信号。

7.如权利要求6所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述同步采集模块，包括：第一FPGA数据处理模块，其用于发送同步信号，并经第一电光转换模块传送至光纤电流互感器；

所述光纤电流互感器，用于将接收到的同步信号再经第一电光转换模块反馈至第一PFAG数据处理模块；

所述第一PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第一数据接口发送至通信和控制单元。

8.如权利要求6所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述标准源控制模块，包括：第二FPGA数据处理模块，其用于发送配置指令，并经第二电光转换模块传送至标准源；

所述标准源，用于接收配置指令后发送相应标准信号再经第二电光转换模块反馈至第二PFAG数据处理模块；

所述第二PFAG数据处理模块，还用于将接收到的电信号进行报文合并及组帧，通过第二数据接口发送至通信和控制单元。

9.如权利要求7或8所述的一种自动测试光纤电流互感器的装置，其特征在于，所述第一数据接口为以太网接口或光纤接口；

或所述第二数据接口为光纤接口。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的自动测试光纤电流互感器的装置的测试方法，其特征在于，包括：

将接收到的光纤电流互感器输出的信号与标准源输出的标准参考信号进行比对；根据两者信号相同比例与预设阈值范围比较，来确定被测光纤电流互感器的准确度；

接收温箱内的实时温度信息，进而判断所接收到的实时温度信息是否与预先设定温度值一致，当两者一致时，接收光纤电流互感器的输出信号并预设温度稳定性指标相比较，以验证光纤电流互感器的温度稳定性。