CN113625216A - 一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法，装置包括闭环测试仪、线性功率放大器、数字标准器、光学电流互感器以及合并单元；闭环测试仪与线性功率放大器连接，用于对线性功率放大器施加电流输出控制信号；数字标准器与线性功率放大器连接，用于将线性功率放大器输出的电流值通过AD转换为第一数字信号，并以光纤通信方式送至闭环测试仪；光学电流互感器与数字标准器串接。通过闭环测试仪控制直流阶跃源的电流输出信号的上升斜率寻找开环式光学电子式电流互感器的修正系数切换突变点，再根据突变点的反馈给直流阶跃源施加多个阶跃信号从而测试在光学电流互感器进行系数切换时是否存在飞点现象，能够有效地提高测试结果的准确度。

Description

一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法
技术领域
本发明属于直流电流互感器技术领域，尤其涉及一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法。
背景技术
直流电流互感器是直流输电系统建设和运行过程中重要的一次设备，为直流控保系统提供了精确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性以及暂态阶跃响应能力直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。目前国内在换流站运行的直流电流互感器还都是以国外设备为主，主要是采用Faraday磁光效应原理。但在现场运行过程中，直流电流互感器多次出现突然大数的飞点现象，严重影响了换流站的安全运行。通过现场技术分析得出Faraday磁光效应的纯光学电流互感器在开环工作模式下精度需要通过动态调节，在每个电流下其修正系数存在差异，而当电流突变或在修正算法切换点附近震荡时会导致异常修正而出现飞点现象。
而在现有的检测技术下，按照标准规定进行直流电流互感器检测时无法预知互感器的修正算法，从而无法解决在不同电流值附近或突变时，对直流电流互感器异常飞点现象进行检测的问题。
发明内容
本发明提供一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法，用于至少解决上述技术问题之一。
本发明提供一种直流电流互感器飞点闭环测试装置，包括闭环测试仪、线性功率放大器、数字标准器、光学电流互感器以及合并单元；其中，所述闭环测试仪与所述线性功率放大器连接，所述闭环测试仪用于对所述线性功率放大器施加电流输出控制信号；所述数字标准器与所述线性功率放大器连接，所述数字标准器用于将所述线性功率放大器输出的电流值通过AD转换为第一数字信号，并以光纤通信方式送至所述闭环测试仪；所述光学电流互感器与所述数字标准器串接，所述光学电流互感器通过合并单元输出第二数字信号传输至闭环测试仪。
本发明还提供一种直流电流互感器飞点闭环测试方法，包括：步骤S1：求取白噪声，在无任何外加信号的情况下，读取光学电流互感器的数字信号并求取一个校验周期内的瞬时最大电流值
Figure 212786DEST_PATH_IMAGE001
；步骤S2：根据获取的闭环测试仪输出的小电压信号，控制线性功率放大器输出电流波形并传输至数字标准器和光学电流互感器中，并将所述数字标准器产生的电流标准数字值传输至闭环测试仪；步骤S3：基于光学电流互感器的采样速率，对光学电流互感器输出的电流数字值进行离散值微分计算，使得到电流微分值，并在光学电流互感器中的电流系数发生改变时，判断所述电流微分值是否大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值是否大于瞬时最大电流值
Figure 805441DEST_PATH_IMAGE001
，其中，所述预设误差限值为光学电流互感器的标准规定值；步骤S4：若所述电流微分值大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值大于瞬时最大电流值
Figure 496317DEST_PATH_IMAGE001
，则与所述电流微分值对应的采样点为系数突变点；步骤S5：闭环测试仪根据所述系数突变点的电流值，生成多点阶跃波形，计算多点阶跃波形中的最大过冲值，并判断每一阶跃波形中的最大过冲值是否大于最大过冲限值，若多点阶跃波形中的最大过冲值大于电流最大过冲限值，则直流电流互感器存在异常飞点现象；步骤S6: 对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算，并基于瞬时误差值判断直流电流互感器是否存在异常飞点现象，其中，所述瞬时误差值为光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值。
在本发明的一些实施方式中，所述数字标准器产生的某一采样点的电流标准数字值通过串行光纤传输至闭环测试仪中。
在本发明的一些实施方式中，计算所述电流微分值的表达式为：
Figure 440002DEST_PATH_IMAGE002
，式中，
Figure 123793DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 836534DEST_PATH_IMAGE005
分别为第
Figure 432732DEST_PATH_IMAGE006
点的电流值和第
Figure 863713DEST_PATH_IMAGE007
点的电流值，
Figure 85616DEST_PATH_IMAGE008
为电流微分值。
在本发明的一些实施方式中，在步骤S6中，所述对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算，并基于瞬时误差值判断直流电流互感器是否存在异常飞点现象包括：对数字标准器产生的电流标准数字值与光学电流互感器输出的电流值进行同步处理，基于光学电流互感器的到达时间以及额定延时对数字标准器产生的电流标准数字值进行插值计算，使得到与光学电流互感器到达同时刻的数字标准器的电流标准数字值；判断光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值是否大于四倍的预设误差限值且光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值是否大于瞬时最大电流值
Figure 652863DEST_PATH_IMAGE001
；若光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值大于四倍的预设误差限值且光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值大于瞬时最大电流值
Figure 419962DEST_PATH_IMAGE001
，则直流电流互感器存在异常飞点现象。
本申请的一种直流电流互感器飞点闭环测试装置及方法，通过闭环测试仪控制直流阶跃源的电流输出信号的上升斜率寻找开环式光学电流互感器的修正系数切换突变点，再根据突变点的反馈给直流阶跃源施加多个阶跃信号从而测试在光学电流互感器进行系数切换时是否存在飞点现象，能够有效地提高测试结果的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明一实施例提供的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法的流程图；
图2为本发明一实施例提供的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法的逻辑示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种直流电流互感器飞点闭环测试装置的硬件架构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。
请参阅图1，其示出了本申请的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法的流程图。
如图1所示，在步骤S1中：求取白噪声，在无任何外加信号的情况下，读取光学电流互感器的数字信号并求取一个校验周期内的瞬时最大电流值
Figure 338239DEST_PATH_IMAGE001
；
在步骤S2中：根据获取的闭环测试仪输出的小电压信号，控制线性功率放大器输出电流波形并传输至数字标准器和光学电流互感器中，并将所述数字标准器产生的电流标准数字值传输至闭环测试仪；
在步骤S3中：基于光学电流互感器的采样速率，对光学电流互感器输出的电流数字值进行离散值微分计算，使得到电流微分值，并在光学电流互感器中的电流系数发生改变时，判断所述电流微分值是否大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值是否大于瞬时最大电流值
Figure 363833DEST_PATH_IMAGE001
，其中，所述预设误差限值为光学电流互感器的标准规定值；
在步骤S4中：若所述电流微分值大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值大于瞬时最大电流值
Figure 785587DEST_PATH_IMAGE001
，则与所述电流微分值对应的采样点为系数突变点；
在步骤S5中：闭环测试仪根据所述系数突变点的电流值，生成多点阶跃波形，计算多点阶跃波形中的最大过冲值，并判断每一阶跃波形中的最大过冲值是否大于最大过冲限值，若多点阶跃波形中的最大过冲值大于电流最大过冲限值，则直流电流互感器存在异常飞点现象；
在步骤S6中: 对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算，并基于瞬时误差值判断直流电流互感器是否存在异常飞点现象，其中，所述瞬时误差值为光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值。
综上，本实施例的方法，通过闭环测试仪控制直流阶跃源的电流输出信号的上升斜率寻找开环式光学电子式电流互感器的修正系数切换突变点，再根据突变点的反馈给直流阶跃源施加多个阶跃信号从而测试光学电流互感器是否存在系数切换时的飞点现象。
请参阅图2，其示出了本申请的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法的逻辑示意图。
如图2所示，步骤一：搭建测试回路
按照图3搭建测试回路，闭环测试仪给线性功率放大器施加电流输出控制信号，数字标准器采集线性功率放大器输出的电流值通过AD转换转为数字信号以光纤通信方式送至闭环测试仪，数字标准器与光学电流互感器串接，光学电流互感器通过合并单元输出数字信号接至闭环测试仪。其中，合并单元用于接收多个光学电流互感器的数字信号，并将多个数字信号整合后输出。
线性功率放大器采用推挽式线性电流功率放大器，多级放大管并联，最大输出可达1000A。
闭环测试仪采用嵌入式操作系统配合FPGA控制的方式来实现，线性功率放大器的控制、数字标准器以及光学电流互感器的数据接收均由FPGA来完成，嵌入式操作系统负责波形生成与误差计算。
数字标准器采用大功率无感分流器配合高精度独立AD采样，信号处理与光纤发送由主芯片FPGA来实现。
电流回路在光学电流互感器内的缠绕匝数由线性功率放大器的输出能力与光学电流互感器的额定电流决定。
步骤二：输出测试波形
搭建好测试回路后开始测试工作；
界面采用QT编程，可同时支持上位机以及嵌入式液晶显示，可跨平台设计；
输出k=di/dt的电流波形（i为电流，t为时间），按照直流电流互感器1.2倍稳态值的精度要求，根据额定电流值In，以1s电流从0到1.2In计算k值。此时基本可忽略低通滤波对光学电流互感器采样值的影响。
由闭环测试仪输出对应的小电压信号控制线性功率放大器输出电流信号。
步骤三：寻找系数突变点
1、求取微分值
按照光学电流互感器的采样速率f进行离散值微分计算，
Figure 989167DEST_PATH_IMAGE002
，式中，
Figure 129161DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 958446DEST_PATH_IMAGE009
分别为第
Figure 500285DEST_PATH_IMAGE006
点的电流值和第
Figure 874766DEST_PATH_IMAGE007
点的电流值，
Figure 502056DEST_PATH_IMAGE008
为电流微分值。
2、寻找系数突变点
系数变化时，光学电流互感器必然会存在短时误差放大的现象。记录
Figure 869453DEST_PATH_IMAGE010
>2
Figure 265799DEST_PATH_IMAGE011
且
Figure 811181DEST_PATH_IMAGE010
>
Figure 925767DEST_PATH_IMAGE012
时的采样值，
Figure 831275DEST_PATH_IMAGE011
为该采样值时对应的误差限值，
Figure 347707DEST_PATH_IMAGE012
为在无任何外加信号的情况下，读取光学电流互感器的数字信号并求取一个校验周期内（200ms）的瞬时最大电流。此时的采样值点为系数突变点。
步骤四：产生多点阶跃波形
根据步骤三记录的系数突变点的采样值，生成多点阶跃波形，0阶跃到第一个突变点，持续时间为突变趋稳后一个满足直流电流互感器校验的基准时间周期，一个计算周期为200ms，考虑电流源的趋稳时间将阶跃电流“平”时间定为300ms。然后再从第一个突变点阶跃至第二个突变点，依次类推，直至1.2倍额定电流时为止。
步骤五：阶跃响应计算
闭环测试仪同时接收来自数字标准器的数字信号以及合并单元输出的数字信号，先期录波后进行阶跃计算，计算阶跃过程的最大过冲是否满足标准的要求，采用非“0”的阶跃过程算法即先期求取阶跃初值与阶跃终值，以阶跃过程作为阶跃过冲的计算依据，消除由于非“0”阶跃带来的计算误差。当光学电流互感器的阶跃波形中的最大过冲值大于电流最大过冲限值时，即认为直流电流互感器产生了飞点。
步骤六：瞬时值误差计算
对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算。
1、同步计算
将数字标准器的数字信号与光学电流互感器的数字信号进行同步处理，按照光学电流互感器的到达时间以及额定延时，对标准源信号进行插值，计算与光学电流互感器到达同时刻的电流标准数字值。
2、误差计算
误差计算
Figure 63991DEST_PATH_IMAGE013
,
Figure 400294DEST_PATH_IMAGE015
为光学电流互感器第n点的采样值，
Figure 984859DEST_PATH_IMAGE017
为标准同步后数字标准器第n点的采样值，当
Figure DEST_PATH_IMAGE018
且
Figure 17449DEST_PATH_IMAGE019
时即认为产生了飞点。
综上描述，本申请的方案具有以下技术效果：
1）采用固定斜率的电流上升波形寻找光学电流互感器电流修正系数的切换点，消除低通滤波回路对瞬时采样值精度的影响；
2）采用微分算法将固定斜率电流波形转为微分“平”信号，精确定位电流修正系数切换点；
3）闭环反馈，根据求取的电流修正系数切换点，产生多个阶跃信号；
4）采用阶跃算法检测多次阶跃过程光学电流互感器的阶跃响应能力是否存在异常，无需同步，仅需计算阶跃过冲最大值即可，避免阶跃过程的杂散波形影响计算结果；
5）阶跃响应过程中的电流值检测，以电流“0”值时的误差作为光学电流互感器白噪声的影响参数，以消除光学电流互感器的白噪声对测试结果的影响；
6）采用线性功率放大器作为电流源，可实现任意波形放大器的作用，可输出测试仪的闭环反馈的任意波形输出。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种直流电流互感器飞点闭环测试方法，其特征在于，包括：
步骤S1：求取白噪声，在无任何外加信号的情况下，读取光学电流互感器的数字信号并求取一个校验周期内的瞬时最大电流值
Figure 689698DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤S2：根据获取的闭环测试仪输出的小电压信号，控制线性功率放大器输出电流波形并传输至数字标准器和光学电流互感器中，并将所述数字标准器产生的电流标准数字值传输至闭环测试仪；
步骤S3：基于光学电流互感器的采样速率，对光学电流互感器输出的电流数字值进行离散值微分计算，使得到电流微分值，并在光学电流互感器中的电流系数发生改变时，判断所述电流微分值是否大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值是否大于瞬时最大电流值
Figure 664607DEST_PATH_IMAGE001
，其中，所述预设误差限值为光学电流互感器的标准规定值；
步骤S4：若所述电流微分值大于两倍的预设误差限值且所述电流微分值大于瞬时最大电流值
Figure 349666DEST_PATH_IMAGE001
，则与所述电流微分值对应的采样点为系数突变点；
步骤S5：闭环测试仪根据所述系数突变点的电流值，生成多点阶跃波形，计算多点阶跃波形中的最大过冲值，并判断每一阶跃波形中的最大过冲值是否大于最大过冲限值，若多点阶跃波形中的最大过冲值大于电流最大过冲限值，则直流电流互感器存在异常飞点现象；
步骤S6: 对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算，并基于瞬时误差值判断直流电流互感器是否存在异常飞点现象，其中，所述瞬时误差值为光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值。
2.根据权利要求1所述的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法，其特征在于，所述数字标准器产生的某一采样点的电流标准数字值通过串行光纤传输至闭环测试仪中。
3.根据权利要求1所述的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法，其特征在于，计算所述电流微分值的表达式为：
Figure 701013DEST_PATH_IMAGE002
，式中，
Figure 522339DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 933728DEST_PATH_IMAGE004
分别为第
Figure 840504DEST_PATH_IMAGE005
点的电流值和第
Figure 729963DEST_PATH_IMAGE006
点的电流值，
Figure 671374DEST_PATH_IMAGE007
为电流微分值。
4.根据权利要求1所述的一种直流电流互感器飞点闭环测试方法，其特征在于，在步骤S6中，所述对每一个趋稳后的直流电流值进行一个完整计算周期的瞬时值误差计算，并基于瞬时误差值判断直流电流互感器是否存在异常飞点现象包括：
对数字标准器产生的电流标准数字值与光学电流互感器输出的电流数字值进行同步处理，基于光学电流互感器的到达时间以及额定延时对数字标准器产生的电流标准数字值进行插值计算，使得到与光学电流互感器到达同时刻的数字标准器的电流标准数字值；
判断光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值是否大于四倍的预设误差限值且光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值是否大于瞬时最大电流值
Figure 988086DEST_PATH_IMAGE001
；
若光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值大于四倍的预设误差限值且光学电流互感器瞬时的电流数字值与同时刻的数字标准器的电流标准数字值的差值大于瞬时最大电流值
Figure 647738DEST_PATH_IMAGE001
，则直流电流互感器存在异常飞点现象。
5.一种采用权利要求1所述的飞点闭环测试方法的直流电流互感器飞点闭环测试装置，其特征在于，包括闭环测试仪、线性功率放大器、数字标准器、光学电流互感器以及合并单元；
其中，所述闭环测试仪与所述线性功率放大器连接，所述闭环测试仪用于对所述线性功率放大器施加电流输出控制信号；
所述数字标准器与所述线性功率放大器连接，所述数字标准器用于将所述线性功率放大器输出的电流值通过AD转换为第一数字信号，并以光纤通信方式传输至所述闭环测试仪；
所述光学电流互感器与所述数字标准器串接，所述光学电流互感器通过合并单元输出第二数字信号传输至闭环测试仪。
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