CN112379257A - 一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,该方法为:设置预置短路、接地和防误动的故障场景,通过软件和硬件控制,在一次侧施加高保真电压、电流信号,验证智能开关故障研判、处理功能和性能,用于验证单台设备的故障处理能力,在硬件层面,故障反演测试系统通过阻抗传递方式,把负载侧阻抗传递到源侧,控制电流采用电流反馈方式,通过快速响应的无静差自动反馈控制电路,驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到高精度一次信号,再利用2路多通道高精度同步采样测量方式,获得高精度的测量结果;在软件层面,对于稳态信号,实时回采一次输出信号,电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正;对于暂态信号,电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定。

Description

一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法
技术领域
本发明涉及一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,属于一二次融合成套开关设备检测技术领域。
背景技术
目前一二次融合成套开关设备检测中,电流测量标准量程为0-1000A,电压测量标准量程为0-11kV,同时需要对暂态故障进行测试与分析。一次侧故障注入需要在大范围量程实现电流、电压幅值、相位与暂态特性的精确模拟,因此现有检测设备注入电流电压存在无法连续可调的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:提供一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明采取的技术方案为:一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,该方法为:设置预置短路、接地和防误动的故障场景,通过软件和硬件控制,在一次侧施加高保真电压、电流信号,验证智能开关故障研判、处理功能和性能,用于验证单台设备的故障处理能力,在硬件层面,故障反演测试系统通过阻抗传递方式,把负载侧阻抗传递到源侧,控制电流采用电流反馈方式,通过快速响应的无静差自动反馈控制电路,驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到高精度一次信号,再利用2路多通道高精度同步采样测量方式,获得高精度的测量结果;在软件层面,对于稳态信号,实时回采一次输出信号,电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正;对于暂态信号,电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定。
优选的,上述一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源,电压电流功率源连接有升压升流器,升压升流器通过高压电缆连接到待测开关,待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压,通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源,电压电流功率源进行闭环的实时调整。
优选的,上述2路多通道高精度同步采样测量方式:将16个通道的电路的电压及电流信号经过电压互感器和电流互感器变成幅值为-5V~+5V的交流输入信号,然后采用低通滤波电路对其进行滤波,将滤波后的信号通过采样/保持电路进行同步采样和保持使之变为离散信号,采样/保持电路采用同步采样和分时转换方法,即采用两个8通道同步采样、同步保持A/D转换器构成的电路,该电路中一级采用低零漂放大电路,二级采用低通滤波器跟随器,在每一个采样点,A/D转换器要对多路通道分别进行A/D转换,计算出每个通道点的相位差,采用频率测量及跟踪锁相方法再次同步2路A/D采样。
优选的,上述16个通道的电路的电压及电流信号采用能够采集2路共16个通道的多功能标准表,每路包括4U通道和4I通道,多功能标准表采样2路16个通道的模拟信号,并且计算各种电压、电流和功率。
优选的,上述第一路8通道为模拟大信号,电压范围为0-456V,通过电阻分压取样,输出端连接放大器OP2177跟随,并采用模拟开关切换档位,送入AD同时采样;电流范围为0-20A,通过电流互感器转换为小电流信号,小电流信号为0-20mA,小电流信号再通过取样电阻变为电压信号,采用模拟开关切换档位,最后送入AD同时采样;第二路8通道为模拟小信号,电压范围为0-10V,采用差分输入,在用放大器OP2177输出,送入带增益的仪表放大器处理信号,最后送入AD同时采样。
优选的,上述 第一路8通道和第二路8通道处理后信号送入AD采样器,AD采样器采用CPLD与DSP配合控制2块AD;AD采样器处理信号后再通过高速串行总线把采样数据送入CPLD缓存,达到缓存量,DSP一次性读出, DSP收集到的16通道采样数据,同时计算电压、电流、功率和谐波。
优选的,上述升压升流器包括升压器和升流器;升压器的低压侧接功率源输出的电压信号,高压侧一端接待测开关输入端口,另一端连接大地;升流器输出端在待测开关一次侧电压与电流共线,升流器输出端使用高压隔离型的电流变换设备连接到待测开关。
优选的,上述电流变换设备的变压器初级侧绕线N匝,次级侧为铜杆穿心而过,变压器前后级电压与匝数成正比。
本发明的有益效果:与现有技术相比,本发明在一次侧故障注入能够实现大范围量程(电流、电压幅值、相位与暂态特性)的精确模拟,实现注入电流电压连续可调,有效解决现有检测设备注入电流电压存在无法连续可调的问题,对于暂态信号,定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定,以保证一次输出信号的幅度、相位、响应时间等性能可靠。
附图说明
图1为本发明的升压升流器原理图;
图2为双路同步采样测量系统框图。
图3为标准表接入检测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1:如图1-图3所示,一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,该方法为:设置预置短路、接地和防误动的故障场景,通过软件和硬件控制,在一次侧施加高保真电压、电流信号,验证智能开关故障研判、处理功能和性能,用于验证单台设备的故障处理能力,在硬件层面,故障反演测试系统通过阻抗传递方式,把负载侧阻抗传递到源侧,控制电流采用电流反馈方式,通过快速响应的无静差自动反馈控制电路,驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到高精度一次信号,再利用2路多通道高精度同步采样测量方式,获得高精度的测量结果;在软件层面,对于稳态信号,实时回采一次输出信号,电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正;对于暂态信号,电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定,以保证一次输出信号的幅度、相位、响应时间等性能可靠。
优选的,上述一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源,电压电流功率源连接有升压升流器,升压升流器通过高压电缆连接到待测开关,待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压,通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源,电压电流功率源进行闭环的实时调整,将电压互感器回采电压接入高精度三相标准表,作为精度评价的基准。
电压升压原理(以A相为例):采用10/0.22kV升压PT,将功率源输出的电压信号Uan接入低压侧,高压侧输出电压为10/0.22*Uan(kV),当低压侧输入220V,高压侧输出可达到10kV。
优选的,上述2路多通道高精度同步采样测量方式:包括双路同步采样测量系统,如图2所示,双路同步采样测量系统(多功能标准表)包括两路16通道、采样板、连接板和主板(ARM),每路8通道(包括4U通道和4I通道)连接到一个采样板,采样板连接到连接板,连接板连接到主板,连接板还连接有液晶转换板和前面板以及电源板,电源板连接电源端子,主板连接通讯接口,同步采样测量方法为:将16个通道的电路的电压及电流信号经过电压互感器和电流互感器变成幅值为-5V~+5V的交流输入信号,然后采用低通滤波电路对其进行滤波,将滤波后的信号通过采样/保持电路进行同步采样和保持使之变为离散信号,采样/保持电路采用同步采样和分时转换方法,即采用两个8通道同步采样、同步保持A/D转换器构成的电路,该电路中一级采用低零漂放大电路,二级采用低通滤波器跟随器,在每一个采样点,A/D转换器要对多路通道分别进行A/D转换,计算出每个通道点的相位差,采用频率测量及跟踪锁相方法再次同步2路A/D采样。
采用同步采样和分时转换的设计思想,能够节约成本,只采用了两个8通道同步采样、同步保持A/D转换器,电路中一级采用低零漂放大电路,提高输入信号的抗干扰能力,二级采用低通滤波器跟随器提高输出阻抗,减少电路中电流的影响,同时减少阻容影响每个通道的相位引起的角差,本发明能够实现测量精度和速度的提高。
多功能标准表配合三相功率设计了多通道准确度测试系统,以模拟现场实际工况、提高检测效率,多功能标准表采用双高速处理器和大规模逻辑阵列结构,ADI 400MHz的DSP结合CPLD负责采样和计算,ARM负责显示和通讯。
优选的,上述16个通道的电路的电压及电流信号采用能够采集2路共16个通道的多功能标准表,每路包括4U通道和4I通道,多功能标准表采样2路16个通道的模拟信号,并且计算各种电压、电流和功率。
优选的,上述第一路8通道为模拟大信号,电压范围为0-456V,通过高精度电阻分压取样,输出端连接放大器OP2177跟随提高输出阻抗,并采用模拟开关切换档位,送入AD同时采样;电流范围为0-20A,通过电流互感器转换为小电流信号(0-20mA),再通过取样电阻变为电压信号,采用模拟开关切换档位,最后送入AD同时采样;第二路8通道为模拟小信号,电压范围为0-10V,采用差分输入,提高信号的抗干扰能力,在用放大器OP2177输出提高输出阻抗,送入带增益的仪表放大器处理信号,滤出环境中高频杂波信号,最后送入AD同时采样;2路16模拟通道采用高精度低温漂器件,确保采用信号随时间和温度变化小于10ppm;带通滤波器的加入,剔除环境对信号的影响,保证仪器的采用精度达到万分之五。
优选的,上述第一路8通道和第二路8通道处理后信号送入AD采样器,AD采样器采用CPLD与DSP配合控制2块AD,实现采样的同步,同步相位误差小于0.1us。
优选的,上述AD采样器处理信号后再通过高速串行总线把采样数据送入CPLD缓存,达到缓存量,DSP一次性读出,减少DSP的占用率,DSP收集到的16通道采样数据,同时计算电压、电流、功率和谐波,确保每个周波的数据都参与计算,实现无缝采样和计算功能。既提高了仪器的数据准确性,也提高了实时性。
优选的,上述DSP计算后的数据通过并行总线送入ARM,ARM收集计算后的数据,依据客户需求实现数字显示、图形显示、统计、分析功能。
优选的,上述多功能标准表设置有网口通信接口和串口通信接口,便于和各种类型的仪器仪表通信。网口通信接口采用RJ45接口,10/100M自适应,串口通信接口采用RS232/RS485,可通过规约将其配置参数读取进行比对,查看参数设置是否正确。
多功能表接入测试系统的方式如图3所示。回采高压侧注入开关的电流、电压信号,作为基准信号;同时采集PT、CT侧的电流、电压信号,与基准信号进行比差、角差的高精度测试。这种方式降低了一次信号功率源的精度要求,只要源输出保持稳定,就可以得到高精度的测试结果,而且能实现自动化测试。
优选的,上述升压升流器包括升压器和升流器;升压器的低压侧接功率源输出的电压信号,高压侧一端接待测开关输入端口,另一端连接大地,由此待测开关可以采集到一次电压。达到模拟高压线路的要求;升流器输出端在待测开关一次侧电压与电流共线,升流器输出端使用高压隔离型的电流变换设备连接到待测开关。
优选的,上述电流变换设备的变压器初级侧绕线N匝,次级侧为铜杆穿心而过,变压器前后级电压与匝数成正比。
升流器电流变换原理:由于在一次侧电压与电流共线,必须使用高压隔离型的电流变换设备。在电流变换中利用变压器初级侧及次级侧能量守恒的原理,初级侧(IA,IN)绕线6匝,次级侧为铜杆穿心而过(相当于1匝线圈),变压器前后级电压与匝数成正比,假设初级电压为6U,初级电流为I初,次级电压则为U,次级电流为I次,有6U*I初=U*I次,即I次=6 I初,电流变换升高了6倍(理想情况)。实际上由于变压器漏感的存在,变压器传递能量的效率无法达到100%,初级电流与次级电流无法按照上述设定的参数传递,再通过在铜杆增加高精度采样CT,实时监测铜杆的电流,并反馈给功率源,在通过闭环的实时调整,保证大电流的输出精度。同时将高精度采样CT的输出电流接入高精度三相标准表,作为精度评价的基准。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内,因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:该方法为:设置预置短路、接地和防误动的故障场景,通过软件和硬件控制,在一次侧施加高保真电压、电流信号,验证智能开关故障研判、处理功能和性能,用于验证单台设备的故障处理能力,在硬件层面,故障反演测试系统通过阻抗传递方式,把负载侧阻抗传递到源侧,控制电流采用电流反馈方式,通过快速响应的无静差自动反馈控制电路,驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到高精度一次信号,再利用2路多通道同步采样测量方式,获得测量结果;在软件层面,对于稳态信号,实时回采一次输出信号,电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正;对于暂态信号,电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定。
2.根据权利要求1所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源,电压电流功率源连接有升压升流器,升压升流器通过高压电缆连接到待测开关,待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压,通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源,电压电流功率源进行闭环的实时调整。
3.根据权利要求1所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于: 2路多通道同步采样测量方式:将16个通道的电路的电压及电流信号经过电压互感器和电流互感器变成幅值为-5V~+5V的交流输入信号,然后采用低通滤波电路对其进行滤波,将滤波后的信号通过采样/保持电路进行同步采样和保持使之变为离散信号,采样/保持电路采用同步采样和分时转换方法,即采用两个8通道同步采样、同步保持A/D转换器构成的电路,该电路中一级采用低零漂放大电路,二级采用低通滤波器跟随器,在每一个采样点,A/D转换器要对多路通道分别进行A/D转换,计算出每个通道点的相位差,采用频率测量及跟踪锁相方法再次同步2路A/D采样。
4.根据权利要求3所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:16个通道的电路的电压及电流信号采用能够采集2路共16个通道的多功能标准表,每路包括4U通道和4I通道,多功能标准表采样2路16个通道的模拟信号,并且计算各种电压、电流和功率。
5.根据权利要求4所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:第一路8通道为模拟大信号,电压范围为0-456V,通过电阻分压取样,输出端连接放大器OP2177跟随,并采用模拟开关切换档位,送入AD同时采样;电流范围为0-20A,通过电流互感器转换为小电流信号,小电流信号为0-20mA,小电流信号再通过取样电阻变为电压信号,采用模拟开关切换档位,最后送入AD同时采样;第二路8通道为模拟小信号,电压范围为0-10V,采用差分输入,在用放大器OP2177输出,送入带增益的仪表放大器处理信号,最后送入AD同时采样。
6.根据权利要求4所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:第一路8通道和第二路8通道处理后信号送入AD采样器,AD采样器采用CPLD与DSP配合控制2块AD;AD采样器处理信号后再通过高速串行总线把采样数据送入CPLD缓存,达到缓存量,DSP一次性读出, DSP收集到的16通道采样数据,同时计算电压、电流、功率和谐波。
7.根据权利要求2所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:升压升流器包括升压器和升流器;升压器的低压侧接功率源输出的电压信号,高压侧一端接待测开关输入端口,另一端连接大地;升流器输出端在待测开关一次侧电压与电流共线,升流器输出端使用高压隔离型的电流变换设备连接到待测开关。
8.根据权利要求7所述的一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法,其特征在于:电流变换设备的变压器初级侧绕线N匝,次级侧为铜杆穿心而过,变压器前后级电压与匝数成正比。
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