CN111208466A - 一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法及系统，获取系统发生故障时的暂态波形，将暂态波形存储于主控单元，通过信号处理单元将暂态波形进行数模转换，并将经过滤波处理后的模拟信号发送至功率放大单元；通过功率放大单元将模拟信号放大处理，选择对应的输出端口；通过高精度采集装置采集功率放大单元的输出模拟信号，将模拟信号的波形与主控单元存储的暂态波形进行对比，当对比结果符合波形误差允许范围时，关闭功率放大单元的输出端口；将功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将高精度采集装置与直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形。
Description
技术领域
本发明涉及电力检测技术领域，更具体地，涉及一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法及系统。
背景技术
现有技术(CN108051769A)公开了一种电容式电压互感器暂态响应试验装置及试验方法，包括断路器、电压互感器、选相分合闸控制器、数据采集光电转换模块及上位机和测控模块。现有技术中，所验证的电容式电压互感器在电源短路后，电容式电压互感器二次电压能否在规定的时间衰减到相对于短路前电压峰值的某一规定值。其采用的技术方法为通过选相开关控制工频短路电压相角，同步测量二次输出的方式。而对于直流电压测量装置而言，国家标准GB/T 20840.7规定是阶跃响应和宽频响应试验，现有技术提出的方法均不适用。
现有技术(CN108508399A)公开了一种基于电子式电压互感器传递过程仿真的电压暂态测试方法，现有技术针对现有输变电线路和变电站中电容分压型电子式电压互感器电压的暂态过程不易模拟，开关拉合过程并不能反应其真正的暂态阶跃过程，直接一次暂态过程的测试还不现实的问题，提供一种基于电子式电压互感器传递过程仿真的电压暂态测试方法。现有技术包括：通过仿真软件建立系统的仿真模型，并将仿真的一次电压数据发送至测试主机；建立待测试的电子式电压互感器的仿真物理模型，将仿真物理模型的电容值和仿真的一次电压数据缩小；测试主机对软件积分结果和仿真物理模型积分环节结果的误差值进行分析。现有技术中，只要还是针对电容分压型电子式电压互感器提出的方法，其所涉及的暂态特性相关的试验方法仅限与交流系统中使用的电容分压型电子式电压互感器，对直流系统电压测量装置目前的应用状况而言，一般采用的电阻分压的电压测量装置。根据国标GB/T 20840.7-2014中的相关规定，一般也建议采用直接法测量，该专利所提出的仿真方法的等效性需要进一步论证。
因此，需要一种技术，以实现一种直流电压测量装置暂态特性现场高效校验方法。
发明内容
本发明技术方案提供一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法及系统，以解决如何对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法，所述方法包括：
获取系统发生故障时的暂态波形，将所述暂态波形存储于主控单元，并将所述暂态波形发送至信号处理单元；
通过所述信号处理单元将接收到的所述暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将所述模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的所述模拟信号发送至功率放大单元；
通过所述功率放大单元将接收到的所述模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的所述模拟信号的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口；
通过高精度采集装置采集所述功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将所述模拟信号的波形与所述主控单元存储的所述暂态波形进行对比，获取对比结果；
当所述对比结果符合波形误差允许范围时，关闭所述功率放大单元的输出端口；
将所述功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对所述二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。
优选地，还包括：所述暂态波形为仿真的故障暂态波形。
优选地，所述信号处理单元将所述暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。
优选地，还包括：分析所述二次输出波形的延迟时间、上升速率。
优选地，还包括：所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。
基于本发明的另一方面，提供一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取系统发生故障时的暂态波形，将所述暂态波形存储于主控单元，并将所述暂态波形发送至信号处理单元；
信号处理单元，用于将接收到的所述暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将所述模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的所述模拟信号发送至功率放大单元；
功率放大单元，用于将接收到的所述模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的所述模拟信号的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口；
高精度采集装置，用于采集所述功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将所述模拟信号的波形与所述主控单元存储的所述暂态波形进行对比，获取对比结果；当所述对比结果符合波形误差允许范围时，关闭所述功率放大单元的输出端口；
将所述功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对所述二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。
优选地，所述暂态波形为仿真的故障暂态波形。
优选地，所述信号处理单元将所述暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。
优选地，还包括：分析所述二次输出波形的延迟时间、上升速率。
优选地，还包括：所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。
本发明技术方案提供一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法及系统，其中方法包括：获取系统发生故障时的暂态波形，将暂态波形存储于主控单元，并将暂态波形发送至信号处理单元；通过信号处理单元将接收到的暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的模拟信号发送至功率放大单元；通过功率放大单元将接收到的模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的模拟的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口；通过高精度采集装置采集功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将模拟信号的波形与主控单元存储的暂态波形进行对比，获取对比结果；当对比结果符合波形误差允许范围时，关闭功率放大单元的输出端口；将功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。本发明技术方案暂态波形的输入灵活，既可以是基于直流电压测量所在系统的RTDS故障仿真波形，也可以是在系统暂态故障时暂态录波设备记录的故障波形，并且充分考虑了线性功率放大器与开关功率放大器的优缺点，根据实际输出电压幅值、频率的不同要求设计有独立的输出端口，能满足现场实际需求。
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为根据本发明优选实施方式的一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的直流电压测量设备暂态特性高效校验系统结构图；
图3为根据本发明优选实施方式的直流电压测量设备暂态特性进行校验方法流程图；以及
图4为根据本发明优选实施方式的高精度采集装置结构图。
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为根据本发明优选实施方式的一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法流程图。本发明公开了一种直流电压测量设备暂态特性进行高效校验方法，其输入灵活，既可以是基于直流电压测量所在系统的RTDS故障仿真波形，也可以是在系统暂态故障时暂态录波设备记录的故障波形，能有效还原实际暂态工况。充分考虑了线性功率放大器与开关功率放大器的优缺点，根据实际输出电压幅值、频率的不同要求设计有独立的输出端口，并能根据现场实际需求自动调节。设计有相应的暂态波形比较功能，能对预输入的暂态故障波形、功率放大器输出波形、被测直流电压测量设备二次输出波形从延迟时间、上升速率、波形畸变等多个维度，全面校验待测直流电压测量设备的暂态性能。本发明的直流电压测量装置暂态特性现场高效校验方法，直流电压测量装置暂态特性现场高效校验方法的实现主要由三部分组成：暂态电压输出装置、被试直流测量设备和高精度采集装置组成。如图1所示，本发明提供一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法，方法包括：
优选地，在步骤101：获取系统发生故障时的暂态波形，将暂态波形存储于主控单元，并将暂态波形发送至信号处理单元。优选地，还包括：暂态波形为仿真的故障暂态波形。
本发明在试验开始前，先对系统输出进行比对。根据需要模拟的实际系统暂态信号，可以是基于系统模型的RTDS仿真得出的故障暂态波形，也可以是现场故障录波设备采集的系统在故障时的暂态故障波形。将暂态波形预先存储于主控单元，启动信号处理单元。
优选地，在步骤102：通过信号处理单元将接收到的暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的模拟信号发送至功率放大单元。优选地，信号处理单元将暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。本发明通过信号处理单元完成信号的数模转换并滤波，此时得出的是输入主控单元的幅值较低的模拟信号。
优选地，在步骤103：通过功率放大单元将接收到的模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的模拟的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口。本发明通过功率放大单元接收处理单元输出的信号，并按照设置的比例对信号进行放大，并按照输出幅值的要求自动选取输出端口。
优选地，在步骤104：通过高精度采集装置采集功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将模拟信号的波形与主控单元存储的暂态波形进行对比，获取对比结果。本发明通过启动高精度采集装置，待系统稳定后对输出信号波形进行回采，在上位机上比较输出波形与预存入主控单元的波形，若两者满足所设计的波形误差范围，说明该系统对输入波形进行了有效地放大还原，否则对系统进行调整。
优选地，在步骤105：当对比结果符合波形误差允许范围时，通过主控单元关闭功率放大单元的输出端口。本发明待系统调整好后，关闭功率放大单元的输出。将功率放大单元输出端子与待测直流电压测量设备构成回路，将高精度采集装置的对应端子与待测直流电压测量设备二次端子相连接。
优选地，在步骤106：将功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。优选地，还包括：高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。优选地，还包括：分析二次输出波形的延迟时间、上升速率。本发明的启动系统在上位机上读取分析待测直流电压测量设备二次输出波形。
本发明中，以功率放大部件为核心构建了直流电压测量设备现场暂态特性校验系统。以具体试验过程为例详细说明的系统原理、构成、试验步骤。本发明实施方式为一种可在现场简单操作即可实现对直流电压测量设备暂态特性进行校验的方法。本发明中暂态波形的输入灵活，既可以是基于直流电压测量所在系统的RTDS故障仿真波形，也可以是在系统暂态故障时暂态录波设备记录的故障波形。本发明中充分考虑了线性功率放大器与开关功率放大器的优缺点，根据实际输出电压幅值、频率的不同要求设计有独立的输出端口，能满足现场实际需求。本发明中上位机中设计有相应的暂态波形比较功能，能对预输入的暂态故障波形、功率放大器输出波形、被测直流电压测量设备二次输出波形从延迟时间、上升速率、波形畸变等多个维度，全面校验待测直流电压测量设备的暂态性能。本发明中所提出的一种直流电压测量设备暂态特性进行校验系统，体积小重量轻，维护方便，非常实用于现场直流电压测量设备现场暂态特性校验。
图2为根据本发明优选实施方式的直流电压测量设备暂态特性高效校验系统结构图。下面结合图3对本发明进行举例说明。直流电压测量装置暂态特性现场高效校验系统，主要包括主控单元、信号处理单元、功率放大单元、高精度采集装置。
如图2所示，本发明提供一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的系统，系统包括：
获取单元，用于获取系统发生故障时的暂态波形，将暂态波形存储于主控单元，并将暂态波形发送至信号处理单元。优选地，暂态波形为仿真的故障暂态波形。本发明主控单元由ARM与FPGA构成，ARM内置Linux系统，应用程序使用嵌入式QT语言编程，主要负责与上位机通信、功能逻辑计算、下传程序、数据和控制命令；FPGA程序使用硬件语言编写，负责与此相关的各种接口逻辑，包括HPI通信、DDR3读写、控制逻辑、开入开出、同步对时、通信传输、GPS对时等。其中ARM自带内置Linux系统，应用程序开发更加灵活；FPGA采用并行计算，处理速度快，计算能力强。如图4所示。
信号处理单元，用于将接收到的暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的模拟信号发送至功率放大单元。优选地，信号处理单元将暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。本发明信号处理单元用于高速同步数模转换给电压/电流提供信号，采用高速FPGA进行控制，由512M RAM与高速DA完成模数转换。高速同步数模转换电路中数字信号与模拟信号之间采用磁隔离的方式进行隔离，防止大功率电压输出对数字信号的影响以及避免了每个功放模块之间输出的共模电压差。
功率放大单元，用于将接收到的模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的模拟的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口。本发明的功率放大单元，功率输出单元包括驱动电路和电压功率放大电路，共分为3个端口，端口1：0-2000V DC；端口2：0-2000V AC；端口3：0-120V(DC-5000HZ)。三个电压功率放大单元都采用线性功放原理实现。
高精度采集装置，用于采集功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将模拟信号的波形与主控单元存储的暂态波形进行对比，获取对比结果；当对比结果符合波形误差允许范围时，通过主控单元关闭功率放大单元的输出端口。本发明的高精度采集装置，一方面直流互感器二次信号既有模拟输出也有通过合并单元的数字输出；另一方面暂态电压输出装置输出量和被试互感器二次输出存在量级差。因此，高精度采集装置设计包括四个输入端口：交直流10mV-400mV采集；交直流0.1V-5V采集；ST光纤接口2个。装置模拟量采集幅值分为10-400mV以及0.1-5V两个通道，模拟量采集前置电路采用差分运算放大器，后接入18bit的AD采集芯片，通过串行总线到FPGA主控芯片，模拟量采集采样率最高达1MHz采样率。装置数字量采集有两个ST接口，通过光电转换模块到FPGA主控芯片，最高可接收采样率50kHz的FT3报文。上位机软件，其中界面使用QT语言编程，数据处理部分使用C++语言编程，主要负责人机交互、界面显示、波形显示以及操作控制等；采集装置与电压输出装置之间采用光以太网，基于100base-X进行通信和数据传输。为测量被试互感器暂态特性，高精度采集装置与高精度电压输出装置之间通过光PPS对时，同步精度优于1us。如图3所示。
将功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。优选地，还包括：分析二次输出波形的延迟时间、上升速率。优选地，还包括：高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。
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。
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、CD-ROM、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。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
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 (10)
1.一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的方法，所述方法包括：
获取系统发生故障时的暂态波形，并将所述暂态波形发送至信号处理单元；
通过所述信号处理单元将接收到的所述暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将所述模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的所述模拟信号发送至功率放大单元；
通过所述功率放大单元将接收到的所述模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的所述模拟信号的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口；
通过高精度采集装置采集所述功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将所述模拟信号的波形与所述暂态波形进行对比，获取对比结果；
当所述对比结果符合波形误差允许范围时，关闭所述功率放大单元的输出端口；
将所述功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对所述二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述暂态波形为仿真的故障暂态波形。
3.根据权利要求1所述的方法，所述信号处理单元将所述暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：分析所述二次输出波形的延迟时间、上升速率。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。
6.一种对直流电压测量装置暂态特性进行现场校验的系统，所述系统包括：
获取单元，用于获取系统发生故障时的暂态波形，并将所述暂态波形发送至信号处理单元；
信号处理单元，用于将接收到的所述暂态波形进行数模转换，获取转换后的模拟信号，并将所述模拟信号进行滤波处理，将经过滤波处理后的所述模拟信号发送至功率放大单元；
功率放大单元，用于将接收到的所述模拟信号按预先设置的比例进行放大处理，根据放大后的所述模拟信号的输出幅值和频率要求选择对应的输出端口；
高精度采集装置，用于采集所述功率放大单元选择的输出端口的输出模拟信号，将所述模拟信号的波形与暂态波形进行对比，获取对比结果；当所述对比结果符合波形误差允许范围时，关闭所述功率放大单元的输出端口；
将所述功率放大单元的输出端口与待测量的直流电压测量装置相连接构成回路，将所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置的二次端子相连接，获取待测量的直流电压测量装置的二次输出波形，通过对所述二次输出波形进行分析，校验待测量的直流电压测量装置是否满足预定标准的精度要求。
7.根据权利要求6所述的系统，所述暂态波形为仿真的故障暂态波形。
8.根据权利要求6所述的系统，所述信号处理单元将所述暂态波形的数字信号和转换后的模拟信号通过磁隔离的方式进行隔离。
9.根据权利要求6所述的系统，还包括：分析所述二次输出波形的延迟时间、上升速率。
10.根据权利要求6所述的系统，还包括：所述高精度采集装置与待测量的直流电压测量装置通过以太网进行数据传输。
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