CN113281692A - 一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法及系统，方法包括：设定额定校验控制值，并初始化微差值；根据额定校验控制值生成标准模拟信号；根据额定校验控制值生成无微差被测信号；对标准模拟信号及无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序；根据数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。本发明用于微差法直流互感器校验仪整检系统的误差分析，有助于针对不同性质误差，采用相应措施减小甚至消除误差影响。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法及系统。
背景技术
随着电力电子技术的发展，直流配电网、高压直流输电、电动汽车直流充电桩、光伏逆变直流输出等直流电的应用越来越多，直流互感器的应用随之增加，并已向数字化方向发展。直流互感器校验仪作为直流互感器校准测试的重要设备，已得到了广泛的应用。目前越来越多的厂家对直流互感器校验仪进行研制，国内测试设备厂商相继推出了具有数字校准功能的电子式直流互感器校验设备，标称其准确度均达到了0.05级。然而经过实际对比测试，不同厂家的直流互感器校验仪检测的数据存在较大差异，这将导致对直流电参量计量的信任缺失，同时对广大直流用户的电能计费也缺乏公平合理性。因此，直流互感器校验仪整体检定方法和技术的研究势在必行。
现有的直流互感器校验仪整检技术采用的主要是微差法，即人为制造标准信号与误差小信号。标准信号进入被检校验仪的标准通道，标准信号与误差小信号叠加形成具有标准误差的微差直流信号，进入被检校验仪被测通道；然后将被检校验仪的输出误差与设定的标准误差对比，进而判断被检校验仪是否超差。该方法实现的前提是校验仪整检系统的准确度足够高。目前现场直流互感器准确度为0.2级，直流互感器校验仪准确度为0.05级，整检系统的准确度则应等于或优于0.01级。对等于或优于0.01级的直流整检系统，影响整检结果准确度的因素很多，如标准源的稳定性、两通道的响应时间差及各环节的直流漂移等，都可能影响检定结果。一般情况下，整检系统中的每个装置都要求远优于0.01级的要求，这从技术难度和设备成本上，都不利于整检技术的实施和推广。
发明内容
本发明提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法及系统，用于微差法直流互感器校验仪整检系统的误差分析，有助于针对不同性质误差，采用相应措施减小甚至消除误差影响，并且本发明提供的方法可以通过软件修正整检系统的误差，提高整检系统准确度，保证直流互感器校验仪整检系统的高准确度。
本发明第一方面提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，包括：
主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元；
所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元；
所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元；
所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
进一步地，所述将所述无微差被测信号输入至标准器单元之后还包括：
将所述无微差被测信号输入至数字微差单元；
所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
进一步地，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
进一步地，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
进一步地，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
本发明第二方面提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，包括：
初始化模块，用于控制主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元；
模拟信号生成单元，用于控制所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元；
测量模块，用于控制所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元；
修正模块，用于控制所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
进一步地，所述模拟信号生成单元，还用于：将所述无微差被测信号输入至数字微差单元；
直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统还包括：
同步时钟模块，用于控制所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
进一步地，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
进一步地，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
进一步地，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于：
1、建立了直流互感器校验仪整检系统的误差模型，减少误差所造成的影响；
2、采用通用装置作为自校准的标准器，方便且易于溯源；
3、采用逐点零差自校准法，可消除整检系统的系统误差，最大限度减小随机误差；避免了进一步提高测量设备的准确度和标准电源的稳定度，大大降低了硬件成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明某一实施例提供的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法的流程图；
图2是本发明某一实施例提供的直流互感器校验仪整检系统组成结构框图；
图3是本发明某一实施例提供的直流互感器校验仪整检系统误差模型结构图；
图4是本发明某一实施例提供的直流互感器校验仪整检装置自校准系数测定原理框图；
图5是本发明某一实施例提供的模拟通道自校准方法流程图；
图6是本发明某一实施例提供的自校准方法实施流程图；
图7是本发明某一实施例提供的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
目前国内有关互感器校验仪整体检定的研究主要在交流领域，重点集中在整检系统及整检方法上。直流互感器校验仪整体检定方法的研究较少。
现有技术①(申请号：201911284465.3)中提出了一种交流互感器校验仪整检装置的校准方法，采用准确度等级达到0.02级的整检装置校准互感器校验仪，通过调整整检装置输入误差值，整检装置直接读出误差值，结合软件对比整检装置读出误差值和输入误差值，从而判断该互感器校验仪整检装置校准的比差和相差是否合格。
现有技术②(申请号：201910975186.5)提出一种交流电子式互感器校验仪的整检系统及整检方法，基于工频比例标准源产生标准信号和被测信号，数字通道选用高精度数字万用表作为标准，产生同步信号并采集和存储信息，最后根据存储信息计算标准信号和被测信号的误差，实现交流电子式互感器校验仪的整检。
现有技术①和②，针对的是交流互感器校验仪的整体检定。现有技术①通过FFT算法对信号的周期性、对称性、可约性进行处理，分离出误差电流或误差电压的同相分量和正交分量，以保证交流互感器校验仪整检准确度达到0.02级。现有技术②也是交流互感器校验仪整检系统及方法，核心是提出了针对数字接口的电子式互感器校验仪的整检解决方案。上述两项技术均不适用于直流互感器校验仪的整检，且未涉及整检系统的误差分析和校准。
现有技术③(申请号：201811277781.3)提出一种直流互感器校验仪整检系统，基于直流微差法对直流互感器校验仪进行整检。采用高精度直流标准源Fluke 5730A输出标准直流信号，并使用叠加技术将标准直流信号叠加成具有标准误差的高稳定性微差直流信号，还可通过标准数字源将模拟信号转换为数字信号，从而实现对直流互感器校验仪模拟通道和数字通道的校准。
现有技术③与本发明的研究对象相同，提出了对直流互感器校验仪进行整检的方法及系统，但未涉及整检系统的误差分析及误差校准方法。
第一方面。
请参阅图1，本发明一实施例提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，包括：
S10、主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元。
优选地，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
S20、所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元。
优选地，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
在某一具体实施方式中，所述步骤S20之后还包括：
将所述无微差被测信号输入至数字微差单元。
所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
S30、所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元。
优选地，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
S40、所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
本发明提供一种方法直流互感器校验仪整检装置的误差自校准及系统，用于微差法直流互感器校验仪整检系统的误差分析，有助于针对不同性质误差，采用相应措施减小甚至消除误差影响，并且本发明提供的方法可以通过软件修正整检系统的误差，提高整检系统准确度，保证直流互感器校验仪整检系统的高准确度。
在某一具体实施例中，本发明提供了一种直流互感器校验仪整检系统误差的数学模型，可用于微差法直流互感器校验仪整检系统的误差分析，有助于针对不同性质误差，采用相应措施减小甚至消除误差影响。本发明提供一种基于此模型的直流互感器校验仪整检系统的零差自校准方法，可以通过软件修正整检系统的误差，提高整检系统准确度，保证直流互感器校验仪整检系统的高准确度。
直流互感器校验仪整检系统组成结构如图2所示。
本发明提供一种用于分析直流互感器校验仪整检系统误差的数学模型，如图3所示。
模型中Up/Ip表示整检系统主控制器设定的标准信号值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，Ip为整检系统主控制器设定的标准电流值，(UP+ΔU)/(IP+ΔI)表示主控制器设定的含微差的被测信号，ΔU为主控制器设定的含微差的电压值，ΔI为主控制器设定的含微差的电流值，Us/Is为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准模拟信号，Us为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准电压值，Is为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准电流值，(1+k)UX/IX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的被测信号，UX微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，IX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的电流值，k为比例系数，εN为主控制器设定并提供给整检装置误差处理单元的标准误差值，εr为被检直流互感器校验仪的输入误差。
考虑标准信号和微差信号存在采样时间不同步的情况：可能是标准源和微差源两路输出响应时间的不同，也可能是时钟同步单元对两通道(标准通道和数字通道)进行同步时有差异，会导致被检校验仪计算误差时两路信号不是同一时刻。直流标准源的微小波动是不可避免的，对0.01级的整检系统而言，此微小波动有可能因不同时刻采样引入误差。为方便分析，可认为时钟同步单元可以让两通道完全同步采样，将所有不同步归到标准源和微差源两路输出响应时间的不同。图2模型中，设标准信号Us/Is所处时间为零时刻，被测信号随时间存在微小波动(源的不稳定性导致)。对应上文，(1+k)UX/IX为微差源输出给直流互感器校验仪的被测信号值，考虑微小波动后应有
|Ux(t)|max≤(1+|k|)|Ux|
其中k为比例系数，由微差源的不稳定性和两信号间的不完全同步决定；UX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，t为时间。
模型中，被测信号误差
εX为被测信号误差，UX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，ΔU为主控制器设定的含微差的电压值，ΔI为主控制器设定的含微差的电流值，标准信号误差
εS为标准信号误差，Us为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准电压值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，主控制器设定并输入到整检装置误差处理单元的标准误差值
εN为主控制器设定并提供给整检装置误差处理单元的标准误差值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，ΔU为主控制器设定的含微差的电压值，ΔI为主控制器设定的含微差的电流值，被检直流互感器校验仪的输入误差
εr为被检直流互感器校验仪的输入误差，k为比例系数，UX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，ΔU为主控制器设定的含微差的电压值，ΔI为主控制器设定的含微差的电流值。则由于整检装置的非理想性，输入到校验仪的实际误差并非人为设定的误差值，其实际表达方式如下式所示
其中，εr为被检直流互感器校验仪的输入误差，k为比例系数，UX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，Us为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准电压值，Up为整检系统主控制器设定的标准电压值，ΔU为主控制器设定的含微差的电压值，εS为标准信号误差，εN为主控制器设定并提供给整检装置误差处理单元的标准误差值，εX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的误差信号，ετ为整检装置的随机误差。
上式整理后忽略高次项可表示为
εr＝εX-εS+ετ+εN (1)
其中，εr为被检直流互感器校验仪的输入误差，εX为微差源输出给被检直流互感器校验仪的误差信号，εS为标准信号误差，ετ为整检装置的随机误差，εN为主控制器设定并提供给整检装置误差处理单元的标准误差值。
根据被检校验仪原理及结构，其内部两通道的器件也会引入误差，定义该误差为εI。设校验仪进行误差单元计算时，标准通道值为U1/I1，被测通道值为U2/I2，则有校验仪内标准通道误差
被测通道误差
校验仪输出的误差ε如下式所示
其中，ε为校验仪输出的误差，U1为标准通道的电压值，I1为标准通道的电流值，U2为被测通道的电压值，I2为被测通道的电流值，Us为标准源输出给被检直流互感器校验仪的标准电压值，UX微差源输出给被检直流互感器校验仪的电压值，ε1为校验仪内标准通道误差，ε2为校验仪内被测通道误差，k为比例系数。
上式整理后忽略高次项有
ε＝ε1-ε2+ετ＝εI+ετ (2)
其中，ε为校验仪输出的误差，ε1为校验仪内标准通道误差，ε2为校验仪内被测通道误差，ετ为整检装置的随机误差，εI为直流互感器校验仪的检定误差。
联立式(1)(2)有整检装置误差处理单元的输出为
Δε＝ε-εN＝εI+εr-εN＝εI+εX-εS+ετ (3)
其中，Δε为误差变化值，ε为校验仪输出的误差，εN为主控制器设定并提供给整检装置误差处理单元的标准误差值，εI为直流互感器校验仪的检定误差，εr为被检直流互感器校验仪的输入误差，εX为被测信号误差，εS为标准信号误差，ετ为整检装置的随机误差。
上式分析可得，利用整检系统对直流互感器校验仪进行校准时，整检系统实际输出包含3种分量，①直流互感器校验仪的检定误差εI；②整检装置的系统误差εX-εS；③整检装置的随机误差ετ，即不确定度。上述模型中并未区别模拟量与数字量，因为模拟量和数字量的不同之处在εX-εS和ετ的影响因素与具体环节，而不影响模型对整检系统自身误差的分析。
结合式(3)可以看到：只有消除整检装置的系统误差εX-εS，同时减小随机误差ετ，才能保证整检的高准确度。减小整检的误差，理论上可以通过进一步提高测量设备的准确度和功率源的稳定性实现，但要满足直流整检的要求，难度很大且成本高。为此，本发明提出逐点零差自校准方法。
基于模型的误差分析，下面结合实际提供一种直流互感器校验仪整检系统的零差自校准方法，对直流互感器校验仪进行全量程零差自校准。设校验仪额定电压为UN，额定电流为IN，则根据直流互感器校验仪检定规程，对校验仪电压档的校验值应包括10％UN、20％UN、50％UN、80％UN、100％UN，对校验仪电流档的校验值应包括5％IN、20％IN、100％IN。
附图4为基于本发明的方法，用于对直流互感器校验仪整检系统进行自校准系数测定的原理框图。
对应图4，微差源分为数字微差源单元204和对应模拟量的微差源单元203，图2中的被检直流互感器校验仪以标准器单元205代替。整检系统的自校准系数测定对应分为模拟通道和数字通道。
模拟通道的零差自校准方法：
自校准第1步：主控制器201设定额定校验控制值Up或Ip并使微差值为零，即设定误差εN＝0，额定校验控制值同时发送给标准模拟源单元202和微差源单元203；
自校准第2步：标准模拟源单元202，根据主控制器201给出的校验控制值，产生标准模拟信号。标准模拟源单元202包含D/A转换模块和功率放大模块，可输出标准模拟电压Us或标准模拟电流Is，提供给标准器单元205；微差源单元203，其结构与标准模拟源单元202相同，接受201给出的校验控制值，生成无微差即零差的被测电压UX或电流IX，其输出提供给标准器单元205；
自校准第3步：选择误差可以忽略不计的标准器代替被检直流互感器校验仪。标准器单元205包括电压标准器和电流标准器，可分别用于校准电压和电流信号。数字微差源单元204输出同步信号给标准器，控制标准器205对两路信号进行同步测量。对电压而言，标准器采用2台高精度数字直流电压表，同步测量US和UX，在150V以内，直流电压测量准确度应优于整检装置准确度一个数量级。对电流而言，标准器单元采用2台高精度直流比较仪将电流转换至10mA以内，再由2台高精度数字直流电流表同步测量IS和IX。现有直流比较仪和高精度数字直流电流表可使此环节直流电流测量准确度优于整检装置两个准确度等级。标准器单元205的数字输出连接至整检装置误差处理单元206。
自校准第4步：整检装置误差处理单元206，接收来自标准器单元205的两个测量数据序列Usij和Uxij(1≤i≤m，0≤j≤n-1)，m表示将一个序列分成m组，n表示一组有n个数据。根据两个数据序列求取误差值εij,得到误差序列，对误差序列求平均值，获得系统误差修正值A；
自校准第5步：在误差处理单元206的误差处理程序中写入系统误差修正值A，重复步骤1-4，使其输出系统误差为零，同时计算对应的A类不确定度B，不确定度B表征消除系统误差后数据的离散程度，即随机误差对校准的影响水平；
自校准第6步：将被测通道数据序列前后移动p个点，使其输出系统误差为零的同时，不确定度B最小；记录对应的B和q；
自校准7步：将额定标准值改成其它待校验值，重复步骤1-6，并保存对应的A、B及p值；至此完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
最后，将标准器单元205按图2换为被检直流互感器校验仪，按检定规程，进入校验仪整检测试。每个检验点的实测结果即为被检直流互感器校验仪的实际误差。
对于数字通道的自校准需采用数字微差源单元204。
自校准第1步：主控制器201设定额定校验控制值Up或Ip并使微差值为零，即设定误差εN＝0，额定校验控制值Up或Ip同时发送给标准模拟源单元202和微差源单元203；
自校准第2步：标准模拟源单元202，根据主控制器201给出的校验控制值，产生标准模拟信号。标准模拟源单元202包含D/A转换模块和功率放大模块，可输出标准模拟电压Us或标准模拟电流Is，提供给标准器单元205；微差源单元203，其结构与标准模拟源单元202相同，接受到201给出的校验控制值，生成无微差的被测电压Ux或电流Is，提供给数字微差源单元204；
自校准第3步：选择误差可以忽略不计的标准器代替被检直流互感器校验仪。标准器单元205包括电压标准器和电流标准器，可分别用于校准电压和电流信号。对电压而言，标准器采用1台高精度数字直流电压表测量标准通道电压，在150V以内，直流电压测量准确度应优于整检装置准确度一个数量级。对电流而言，标准器单元采用1台高精度直流比较仪将标准通道电流转换至10mA以内，再由1台高精度数字直流电流表进行测量。现有直流比较仪和高精度数字直流电流表可使此环节直流电流测量准确度优于整检装置两个准确度等级。
自校准第4步：数字微差源单元204输出同步时钟，同步时钟控制标准器(高精度数字直流电压表或高精度数字直流电流表)和数字微差源单元204，在同一时刻分别采集标准模拟电压Us(或Is)和微差源203输出的无微差电压UX(或IX)，并通过协议转换模块转换为数字报文输出至整检装置误差处理单元数字量端口；
自校准第5步：整检装置误差处理单元206，接收来自标准器单元205的两个测量数据序列Usij和Uxij(1≤i≤m，0≤j≤n-1)，m表示将一个序列分成m组，n表示一组有n个数据。根据两个数据序列求取误差值εij,得到误差序列，对误差序列求平均值，获得系统误差修正值C；
自校准第6步：在误差处理单元206的误差处理程序中写入系统误差修正值C，重复步骤1-5，使其输出系统误差为零；同时计算对应的不确定度D；
自校准第7步：将被测通道数据序列前后移动q个点，使其输出系统误差为零的同时，不确定度最小；记录对应的D和q；
自校准第8步：将额定标准值改成其它待校验值，重复步骤1-7，并保存对应的C、D及q值；至此完成数字通道所有测试点的零差自校准系数测定。
最后，将标准器单元205按图1换为被检直流互感器校验仪，按检定规程，进入校验仪数字整检测试。每个检验点的实测结果即为被检直流互感器校验仪的实际误差。
自校准方法实施流程如图5-6所示，图5为模拟自校准实施流程图，图6为数字自校准实施流程图。
设标准通道和微差通道(即被检通道)数据序列分别为Usij和Uxij(1≤i≤m，0≤j≤n-1)，为保证后面数据起始点可移动，需要在起始点和结束点留有一定的数据余量，为方便处理，计算时将第1组与第m组数据留为余量。当然，实际操作时可根据实际需要调整余量大小，减小冗余数据量。
具体数据处理算法表达式为：
式中：m、n分别表示一个序列包含组，一组包含n个点，εij表示使用被检通道和被测通道两个序列数据算出来的该点误差值，Usij为标准通道数据序列，Uxij为微差通道数据序列，A为系统误差修正值，i和j为序列包含组内的个数，B为整检装置的不确定度即随机误差值。
根据式(5)和式(6)，编程进行数据处理，得到系统误差修正值，可用于消除系统误差；同时得到不确定度即随机误差方差，通过移动被测序列的起点p或q个点，可使不确定度降到最小。
具体实施举例：以整检装置对直流互感器校验仪模拟电流通道进行自校准整检为例。
设采样率为51.2kHz，采样时长200ms，整检装置误差处理单元接收来自标准器单元的2个数据序列，每个序列分为10组,即m＝10；每组有1024个点，即n＝1024，按式(4)进行数据处理后，可得对应两序列的误差序列，根据式(5)将误差序列的误差数据取平均，即得整检装置的系统误差修正值A；然后回溯序列，根据式(6)计算得到整检装置的不确定度即随机误差值B；平移被测电流Ix的数据序列起点至Ux1(n-p)或Ux2p，直至根据式(6)计算获取的B最小,记录对应的A、B及p。将额定标准值改成其它待校验值，重复以上步骤，并保存对应的A、B及p值；完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
最后，将标准器单元205按图2换为被检直流互感器校验仪，按检定规程，进入校验仪整检测试。每个检验点的实测结果即为被检直流互感器校验仪的实际误差。
结合图2和图4，模拟电流通道自校准具体步骤如下：
S1、主控制器设定额定标准控制值并使微差值为零，即εN＝0，同时发送给标准电流源和微差电流源；
S2、通过D/A转换，标准直流电流源输出Is至标准器的标准电流通道；同时微差源单元输出Ix至标准器单元被测通道；
S3、数字微差源单元输出时钟同步信号至标准器单元，保证标准器单元205对两路信号进行同步采样；模拟电流通道自校准时，标准器单元采用电流比准确度优于1ppm的直流比较仪将电流转换到10mA以内，然后采用Aglient 3458A，其测量10mA以内电流，测量准确度优于14ppm，满足标准电流测量准确度优于整检装置两个准确度等级的要求。设采样率为51.2kHz，采样时长200ms，标准器单元205对两路信号的采样结果输出至整检装置误差处理单元206。
S4、整检装置误差处理单元接收来自标准器单元的2个数据序列Usij和Uxij(1≤i≤m，0≤j≤n-1)，按式(4)进行数据处理后得到误差εij序列，并使用误差序列按式(5)计算的系统误差修正值A；
S5、在误差处理单元206的处理程序中写入修正值A，重复步骤1-4，在系统误差修正为零时，按式(6)计算不确定度B；
S6、将被测通道数据序列前后移动p个点，使不确定度B最小；记录对应的A、最小值B和p。
S7、将额定控制值改成其它待校验值，重复步骤1-6，完成模拟电流通道所有校验点的零差自校准系数测定。
最后，将标准器单元205按图1换为被检直流互感器校验仪，按检定规程，进入校验仪整检测试。每个检验点的实测结果即为被检直流互感器校验仪的实际误差。
与现有技术相比，本发明技术方案具有的优点至少包括：
①建立了直流互感器校验仪整检系统的误差模型，并推导出误差表达式；
②采用通用装置作为自校准的标准器，方便且易于溯源；
③采用逐点零差自校准法，可消除整检系统的系统误差，最大限度减小随机误差；避免了进一步提高测量设备的准确度和标准电源的稳定度，大大降低了硬件成本。
第二方面。
本发明一实施例提供一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，包括：
初始化模块，用于控制主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元。
优选地，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
模拟信号生成单元，用于控制所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元。
优选地，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
优选地，所述模拟信号生成单元，还用于：将所述无微差被测信号输入至数字微差单元。
测量模块，用于控制所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元。
优选地，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
修正模块，用于控制所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
在某一具体实施方式中，所述直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统还包括：
同步时钟模块，用于控制所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
第三方面。
本发明提供了一种电子设备，该电子设备包括：
处理器、存储器和总线；
所述总线，用于连接所述处理器和所述存储器；
所述存储器，用于存储操作指令；
所述处理器，用于通过调用所述操作指令，可执行指令使处理器执行如本申请的第一方面所示的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法对应的操作。
在一个可选实施例中提供了一种电子设备，如图7所示，图7所示的电子设备5000包括：处理器5001和存储器5003。其中，处理器5001和存储器5003相连，如通过总线5002相连。可选地，电子设备5000还可以包括收发器5004。需要说明的是，实际应用中收发器5004不限于一个，该电子设备5000的结构并不构成对本申请实施例的限定。
处理器5001可以是CPU，通用处理器，DSP，ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器5001也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线5002可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线5002可以是PCI总线或EISA总线等。总线5002可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器5003可以是ROM或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
存储器5003用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器5001来控制执行。处理器5001用于执行存储器5003中存储的应用程序代码，以实现前述任一方法实施例所示的内容。
其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。
第四方面。
本发明提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本申请第一方面所示的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法。
本申请的又一实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机可以执行前述方法实施例中相应内容。
Claims (10)
1.一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，其特征在于，包括：
主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元；
所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元；
所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元；
所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
2.如权利要求1所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，其特征在于，所述将所述无微差被测信号输入至标准器单元之后还包括：
将所述无微差被测信号输入至数字微差单元；
所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
3.如权利要求1所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，其特征在于，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
4.如权利要求3所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，其特征在于，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
5.如权利要求4所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准方法，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
6.一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，其特征在于，包括：
初始化模块，用于控制主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，并将所述额定校验控制值发送至标准模拟源单元及微差单元；
模拟信号生成单元，用于控制所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，并将所述标准模拟信号输入至标准器单元；所述微差单元根据所述额定校验控制值生成无微差被测信号，并将所述无微差被测信号输入至标准器单元；
测量模块，用于控制所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，并输出数字序列至误差处理单元；
修正模块，用于控制所述误差处理单元根据所述数字序列得到误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度，并根据所述误差修正值及消除系统误差后数据的离散程度对误差处理算法进行修改，直至误差修正值为0且消除系统误差后数据的离散程度最小，完成模拟通道所有测试点的零差自校准系数测定。
7.如权利要求6所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，其特征在于，
所述模拟信号生成单元，还用于：将所述无微差被测信号输入至数字微差单元；
直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统还包括：
同步时钟模块，用于控制所述数字微差单元根据所述无微差被测信号生成时钟同步信号，并将所述时钟同步信号输入至标准器单元。
8.如权利要求6所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，其特征在于，所述主控制器设定额定校验控制值，并初始化微差值，包括：
所述主控制器设定额定电压校验控制值，并初始化电压微差值；
所述主控制器设定额定电流校验控制值，并初始化电流微差值。
9.如权利要求8所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，其特征在于，所述标准模拟源单元根据所述额定校验控制值生成标准模拟信号，包括：
所述标准模拟源单元根据所述额定电压校验控制值生成标准电压模拟信号；
所述标准模拟源单元根据所述额定电流校验控制值生成标准电流模拟信号。
10.如权利要求9所述的一种直流互感器校验仪整检装置的误差自校准系统，其特征在于，所述标准器单元对所述标准模拟信号及所述无微差被测信号进行同步测量，包括：
所述标准器单元对所述标准电压模拟信号、所述标准电流模拟信号进行同步测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20210820 Assignee: Guangdong Electric Power Communication Technology Co.,Ltd. Assignor: Measurement Center of Guangdong Power Grid Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980047769 Denomination of invention: Error self calibration method and system of a DC transformer calibrator calibration device Granted publication date: 20220520 License type: Common License Record date: 20231121 |
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