CN114019297B - 一种配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法 - Google Patents

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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks

Abstract

本发明提供了一种配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法,包括:多功能互感器采集校验测控通讯装置将接收的故障特征信号文件转换为电流故障模拟信号和电压故障模拟信号,并根据被测设备内置互感器的负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令;一体化高压电压电流发生组件根据所述电流故障模拟信号和电压故障模拟信号生成电流一次信号和电压一次信号;程控负载箱组件根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,以使其为被测设备的二次输出提供外接负载。该方案输出的高频暂态特征信号,能够满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。

Description

一种配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及配电线路设备测试领域,具体涉及一种配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法。
背景技术
一二次融合配电设备以“小型化、集成化、免维护、高可靠性”为特点,引入状态感知与故障自诊断技术,可识别10kV配电线路小电流接地故障,并实现就地隔离或切除故障,自启动“配电设备一二次融合技术专项工作”,并发布了一二次融合设备系列物资招标技术规范以来,该类设备迅速在全国网范围内大规模投运使用。目前,基本已明确要求:逐年增加标准化设备应用比例,新增设备中应用比例大于90%以上,提升标准化定制设备质量管控水平,加大到货验收及抽检力度。其中一二次融合配电设备即属于标准化定制设备,可见一二次融合配电设备将持续大量应用于配电网中,针对该设备的入网专业检测、到货验收检测需求量巨大。
一二次融合配电设备的接地故障识别功能试验是该设备试验检测项目中对检测技术水平要求、试验条件要求最高的核心试验项目之一,目前主要技术瓶颈进行该项试验时,需要在10kV额定电压、额定负荷电流下,叠加输出不同系统接地方式、接地电阻、故障类型及故障角度时,发生小电流接地故障的暂态特征信号,而目前市场现有的试验装置均基于一体化高压试验电源,输出的高压高频暂态波形信号易失真,零序电压及零序电流同步输出性差的问题。
发明内容
为了克服上述缺陷,提出了本发明,以提供解决或至少部分地解决如何满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求的技术问题的配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法。
第一方面,提供一种配电线路高频暂态特征信号发生装置,所述配电线路高频暂态特征信号发生装置包括:一体化高压电压电流发生组件、多功能互感器采集校验测控通讯装置和程控负载箱组件;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,用于将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
优选的,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,还用于将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
优选的,所述一体化高压电压电流发生组件包括:电压功率源模块、升压器、标准电压互感器、电流功率源模块、升流器和标准电流互感器;
所述电压功率源模块,用于对电压故障模拟信号进行放大;
所述电流功率源模块,用于对电流故障模拟信号进行放大;
所述升压器,用于对放大后的电压故障模拟信号进行升压,生成电压一次信号并发送至被测设备一次端和标准电压互感器;
所述升流器,用于对放大后的电流故障模拟信号进行升流,生成电流一次信号并发送至被测设备一次端和标准电流互感器;
所述标准电压互感器,用于对电压一次信号进行衰减,生成电压标准值并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述标准电流互感器,用于对电流一次信号进行衰减,生成电流标准值并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置。
进一步的,所述升压器和升流器铁芯材料均采用波莫合金。
进一步的,所述电压功率源模块和电流功率源模块的频率响应范围为20kHz。
优选的,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置内部集成有16位6通道高速DAC,用于任意电压故障模拟信号/电流故障模拟信号的波形解算、加载与输出。
优选的,所述被测设备为10kv配电线路一次设备。
进一步的,所述标准电压互感器和标准电流互感器均采用电磁式标准互感器。
进一步的,所述10kv配电线路一次设备至少分别连接下述中的一种:互感器、FTU、DTU和故障指示器。
优选的,所述系统还包括:程控负载箱组件,用于根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
进一步的,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令。
第二方面,提供一种基于所述的配电线路高频暂态特征信号发生装置的控制方法,所述控制方法包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
多功能互感器采集校验测控通讯装置,将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
优选的,所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量的获取过程包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
优选的,所述方法还包括:多功能互感器采集校验测控通讯装置,根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令;
程控负载箱组件,根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
本发明上述一个或多个技术方案,至少具有如下一种或多种有益效果:
本发明提供了一种配电线路高频暂态特征信号发生装置及其控制方法,包括:所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,用于将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。该技术方案可输出不同系统接地方式、接地电阻、故障类型及故障发生角度情况下的各种高频暂态特征信号,在10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形,输出的波形高频暂态特征明显,可在额定电压、电流条件下模拟输出接地故障波形时输出,其高频分量衰减率低,波形保真度高,零序电压、电流同步输出性好,可满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。
进一步的,可满足如下功能和参数要求:
1.实现额定值为10kV/600A的标准一次信号以及额定值为100V/1A的标准二次信号输出,实现对一二次融合成套设备进行误差及功能检定。
2.可直接输出准确的检定功率、准确的电压、电流和相角,不额外配置标准表,可以实现电源的整体精度校准,电流输出范围:0.5A~1000A,调节步幅0.001A,一次接线即可完成所有成套精度的试验检测。
3.具备暂态波形反演功能。可根据招标方提供的二次侧暂态波形案例直接批量化反演为一次侧故障波形,并具备暂态/稳态波形录波和存储功能。
4.可实现三相及零序电压电流互感器误差的测量。
5.输出试验电压10kV,负荷电流600A,具备96大类小电流接地故障案例库,验证10kV配电线路的故障检测及处理功能。信号频率响应范围10Hz-40KHz;失真率≤±0.1%;频率分辨率±0.01Hz;相位分辨率±0.01°;稳定度0.002%/3min。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的配电线路高频暂态特征信号发生装置的主要结构框图;
图2是本发明实施例中配电线路高频暂态特征信号发生装置设计原理示意图;
图3是本发明实施例中信号输出组件设计原理示意图;
图4是本发明实施例中DA转换电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在进行一二次融合配电设备的接地故障识别功能试验时,需要在10kV额定电压、额定负荷电流下,叠加输出不同系统接地方式、接地电阻、故障类型及故障角度时,发生小电流接地故障的暂态特征信号,目前传统的发生小电流接地故障的暂态特征信号发生装置均基于一体化高压试验电源,输出的高压高频暂态波形信号易失真,零序电压及零序电流同步输出性差的问题。
本实施例中提供了与本发明相关的现有技术:
现有技术一的技术方案
主要基于10kV高压试验电源的传统原理改造而成,只能用于10kV高压成套设备的准确度测量,采用三相标准功率源,通过高压标准电能表或三相互感器校验仪来比对被测设备测量结果与标准表测量结果之间的误差(申请号:CN201610166359.5,公开号:CN105607031A,公开日:2016.05.25,申请国:中国),或直接采用此类方法进行传感器的误差精度自动校验(申请号:CN201320306009.6,公开号:CN203275641U,公开日:2013.11.06,申请国:中国)。
上述方法主要针对传感器的稳态性能测试,主要包括电能,角差比差的计量,无法完成暂态特性测试,即无法实现在10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形,以及在小负荷条件下可输出部分频率范围内的配电网暂态接地故障模拟波形,而且其高频分量易衰减,波形失真度高,零序电压、电流同步输出性差,无法满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。
现有技术二的技术方案
通过三相互感器校验装置输出二次侧电压与电流,通过标准的升压、升流器转换为一次电压与电流,将三相组合互感器二次侧角差与比差与三相标准互感器进行比对,得到试验结果(申请号:CN200810046459.X,公开号:CN101403789A,公开日:2009.04.08,申请国:中国)。
上述方法提供了对组合互感器的高压一体化检定方法,但升流器及升压器输入波形为稳态正弦波形,是标准的工频正弦测试波形,升流及升压前端仅支持频率不高于1K的输入波形,无法实现任意波形的解算,任意波形的加载与输出,从而无法实现在10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形的需求。
在本发明实施例中,提供了一种配电线路高频暂态特征信号发生装置,可输出不同系统接地方式、接地电阻、故障类型及故障发生角度情况下的各种高频暂态特征信号,在10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形的模拟试验装置,输出的波形高频暂态特征明显,可在额定电压、电流条件下模拟输出接地故障波形时输出,其高频分量衰减率低,波形保真度高,零序电压、电流同步输出性好,可满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。
具体的,参阅附图1,图1是根据本发明的一个实施例的配电线路高频暂态特征信号发生装置的主要结构示意图。如图1所示,本发明实施例中的配电线路高频暂态特征信号发生装置主要结构包括:一体化高压电压电流发生组件、多功能互感器采集校验测控通讯装置和程控负载箱组件;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,用于将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
本实施例中,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,还用于将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
本实施例中,所述系统还包括:程控负载箱组件,用于根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
进一步的,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令。
装置可开展互感器精度、成套精度、小电流接地故障识别与处理功能、传动功能等4项试验。电压电流发生组件,将多功能互感器采集校验测控通讯装置输出的交流电压、电流信号,经过升压器和升流器转换成高电压、大电流信号注入模拟线路中。多功能互感器采集校验测控通讯装置可测量输出单元的输出电压、电流信号,并支持同步录波,用于测试监视和测试后查验、分析。多功能互感器采集校验测控通讯装置通过标准互感器反馈回来的一次值来动态调整交流电压电流信号输出,从而控制一次电流电压的幅值、相位、频率等电气量,同时多功能互感器采集校验测控通讯装置采集被测端的采样值与标准值做比值角度误差计算。
本装置通过多功能互感器采集校验测控通讯装置和一体化高压电压电流发生组件配套使用,完成10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形功能。其中多功能互感器采集校验测控通讯装置内部集成有16位6通道高速DAC,该装置组件配合配套软件使用,可以实现任意波形的解算,任意波形的加载与输出。单芯片多通道DAC方案,保证了DAC生成的模拟小信号,各通道之间的同步性可控(控制各通道之间信号同步性,是确保能得到正确零序信号的必要条件)。
一体化高压电压电流发生组件内部包含了电压功率源模块,升压器,标准电压互感器,电流功率源模块,升流器,标准电流互感器。其中电压功率源和电流功率源采用宽频设计,频率响应范围可达到20kHz,这一设计保证了DAC输出的故障模拟小信号经过功率源放大输出后不发生衰减。标准电压互感器和标准电流互感器采用常规的电磁式标准互感器实现,用以采集输出的高压大电流信号,通过AD采集后可以和理想输出信号之间进行波形比对,判断输出高压大电流信号和设置输出之间的差异。升压器和升流器均采用宽频响应设计。升压器和升流器铁芯材料采用磁导率更高,频率响应范围更宽的波莫合金替代普通硅钢片。在升压控制回路和升流控制回路中加入容性和感性负载,用来抵消高压大电流回路中的容性和感性负载。
在本实施例中,多功能互感器采集校验测控通讯装置内部功能包括,采集电压电流信号功能,输出电压电流信号功能,控制负载箱功能,和FTU/DTU通讯功能,和服务器通讯功能。多功能互感器采集校验测控通讯装置根据服务器下发的测试指令,输出电压电流信号给一体化高压电压电流发生组件,一体化高压电压电流发生组件产生一次高压大电流,加载到被测开关和被测环网柜一次端;多功能互感器采集校验测控通讯装置,采集标准电压互感器和标准电流互感器的输出信号,同时采集被测开关和被测环网柜互感器二次输出信号,完成10kV配电线路的一次侧电流互感器和电压互感器精度测试。多功能互感器采集校验测控通讯装置可通过RS232串口/ETH标准以太网口接入被测FTU/DTU,用于接收10kV配电线路的一次侧遥控遥测信号。
一体化电压电流发生组件包括电压功率源模块,升压器,标准电压互感器,电流功率源模块,升流器,标准电流互感器。电压功率源模块接收多功能互感器采集校验测控通讯装置输出的控制信号,并将信号转换成功率电压信号,功率电压信号输出模拟电压信号至升压器,升压器将模拟电压信号进行升压,并将升压后的模拟电压信号输出至10kV配电线路的一次侧电压互感器。电流功率源模块接收多功能互感器采集校验测控通讯装置输出的控制信号,并将信号转换成功率电压信号,功率电压信号输出模拟电压信号至升流器,升流器将模拟电压信号进行升压,并将升压后的模拟电压信号输出至10kV配电线路的一次侧电流互感器。
在本实施例中,控制系统是多功能互感器采集校验测控通讯装置,该装置采集二次配电终端侧(被测配电终端)的终端数据,获取服务器配置的测试参数,并将项目所要求的包含着测试数据的控制指令发送至信号发生单元,其中,测试数据包括电压精度、电流精度、终端遥控输出负载量及最重要的故障波行数据。
其中,本实施例的一次侧电压互感器和一次侧电流互感器为一二次融合配电设备的一次开关侧的电压互感器和电流互感器。
具体地,本发明提供的配电线路接地故障高频暂态特征信号发生装置主要包括一体化高压电压电流发生组件、多功能互感器采集校验测控通讯装置、程控负载箱组件。多功能互感器采集校验测控通讯装置主要负责接收服务器下达的控制命令,解析控制命令并生成控制电压功率源模块输出控制台所要求的电压、控制电流功率源模块输出控制台所要求的电流。然后,升压器用于将电压功率源模块的模拟电压信号升高到额定电压值,如10KV电压。升流器用于将电流功率源模块的模拟电流信号升高到额定电流值,如600A电流。
在本实施例中,多功能互感器采集校验测控通讯装置通过RS485总线连接到程控负载箱组件,被测试品的二次输出通过电缆线连接到负载箱组件。根据被测品的设备铭牌要求,多功能互感器采集校验测控通讯装置可通过RS485总线控制程控负载箱组件工作在被试品指定的负载档位上,同时还可通过RS485总线获取当前负载箱实际的工作档位,并在多功能互感器采集校验测控通讯装置软件主界面显示程控负载箱组件的实际工作状态。
多功能互感器采集校验测控通讯装置可通过RS232串口/ETH标准以太网口接入被测FTU/DTU,可以使用标准的IEC101平衡协议、IEC101非平衡协议、IEC104协议进行数据交换。
进一步的,由于采用了数字信号发生单元,并且采用了高频信号输出系统,本系统支持任意波形信号的加载和输出,彻底解决了传统系统不能输出任意波形的局限,完全支持高频暂态特性输出的信号源及功率放大器的优化配置问题。
基于同一发明构思,本发明还提供一种基于所述的配电线路高频暂态特征信号发生装置的控制方法,所述控制方法包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
多功能互感器采集校验测控通讯装置,将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
优选的,所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量的获取过程包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
优选的,所述方法还包括:多功能互感器采集校验测控通讯装置,根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令;
程控负载箱组件,根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
基于上述方法,本发明实施例提供了一种最优的实施方式,如图2所示,多功能互感器采集校验测控通讯装置(以下简称多功能装置)接收用户侧服务器下发的故障特征信号文件,或是由多功能装置自身内置的软件波形模拟功能,根据用户需求设置生成故障特征信号文件。多功能装置通过内置的高性能工业计算机,导入解析故障特征信号文件,提取其中的波形信息,通过内部高速总线,将波形信息数据加载到FPGA内部,FPGA控制故障波形输出模块工作,将波形数据文件转换为模拟信号,以备“A/B/C电压电流发生组件”使用。
A/B/C电压电流发生组件负责将最终的波形输出,其中电流功率源和电流功率源负责,将故障波形输出模块输出的模拟小信号按比例放大为具有功率带载能力的较大模拟电压电流信号,放大后的模拟信号驱动10kV升压器和升流器,10kV升压器和升流器驱动标准电压互感器和标准电流互感器,同时也可驱动被试一次设备,故障波形反馈模块通过高速采集标准电压互感器和标准电流互感器的模拟输出波形,可实现实际出波形与期望波形之间的比较。
如图3所示,系统充分利用了FPGA可编程逻辑阵列的高速特性为系统设计依托,完全解决了高频信号的数字部分的输出问题,可以完全保证小电流接地故障波形的完整输出。
另一方面设计的DA转换电路原理图见图4,其拥有缓冲模式和非缓冲模式两种工作模式,可根据直流精度或快速建立时间要求来选择输出缓冲放大器,可实现精密、低功耗、电压输出数模转换。何种工作模式最佳由具体应用及其建立时间、输入阻抗、噪声等要求而定。例如:要求DAC驱动60kΩ以下的负载,则需要输出缓冲,DAC的输出阻抗恒定,且与数字码无关,但为了将增益误差降至最小,输出放大器的输入阻抗应尽可能高。输出放大器还应具有1MHz或更高的3dB带宽。输出放大器给系统增加了另一个时间常数,因此会延长最终输出的建立时间。放大器的3dB带宽越高,则DAC与放大器组合的有效建立时间越快。电路中的所有器件均可采用+5V单电源供电。基准电压源ADR421的输入电压范围为4.5V至18V。
本发明的设计保障,如图2和3所示,采用了可靠的硬件设计基础,高速IO通信口和高速FPGA数据处理机制,确保了小电流接地故障波形的自适应输出能力和通信能力,保证了系统能准确还原和输出10KV配电系统可能出现的各种故障波形。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请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,本申请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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

Claims (15)

1.一种配电线路高频暂态特征信号发生装置,其特征在于,所述装置包括:一体化高压电压电流发生组件、多功能互感器采集校验测控通讯装置和程控负载箱组件;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,用于将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,用于将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
所述一体化高压电压电流发生组件,还用于将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述一体化高压电压电流发生组件包括:电压功率源模块、升压器、标准电压互感器、电流功率源模块、升流器和标准电流互感器;
所述电压功率源模块,用于对电压故障模拟信号进行放大;
所述电流功率源模块,用于对电流故障模拟信号进行放大;
所述升压器,用于对放大后的电压故障模拟信号进行升压,生成电压一次信号并发送至被测设备一次端和标准电压互感器;
所述升流器,用于对放大后的电流故障模拟信号进行升流,生成电流一次信号并发送至被测设备一次端和标准电流互感器;
所述标准电压互感器,用于对电压一次信号进行衰减,生成电压标准信号并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
所述标准电流互感器,用于对电流一次信号进行衰减,生成电流标准信号并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置。
4.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述升压器和升流器铁芯材料均采用波莫合金。
5.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述电压功率源模块和电流功率源模块的频率响应范围为20kHz。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置内部集成有16位6通道高速DAC,用于任意电压故障模拟信号/电流故障模拟信号的波形解算、加载与输出。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述被测设备为10kv配电线路一次设备。
8.如权利要求3所述的装置,其特征在于,所述标准电压互感器和标准电流互感器均采用电磁式标准互感器。
9.如权利要求7所述的装置,其特征在于,所述10kv配电线路一次设备至少分别连接下述中的一种:互感器、FTU、DTU和故障指示器。
10.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置内部集FPGA,用于将故障特征信号文件对应的波形信息数据转换为电压故障模拟信号和电流故障模拟信号。
11.如权利要求1所述的装置,其特征在于,还包括:程控负载箱组件,用于根据档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
12.如权利要求11所述的装置,其特征在于,所述多功能互感器采集校验测控通讯装置,还用于根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令。
13.一种基于权利要求1-12任一项所述的装置的控制方法,其特征在于,所述方法包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,基于文件采集指令从用户侧服务器采集故障特征信号文件,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号,将电流故障数字信号和电压故障数字信号分别与其对应的修正量进行叠加后进行数模转换,生成电流故障信号和电压故障信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障信号和电压故障信号进行放大处理后生成电流一次信号和电压一次信号,并发送至被测设备一次端;同时将电流一次信号和电压一次信号进行衰减处理生成标准电压信号和标准电流信号,并发送至多功能互感器采集校验测控通讯装置;
多功能互感器采集校验测控通讯装置,将标准电压信号和标准电流信号进行模数转换后生成标准电压数字信号和标准电流数字信号,将标准电压数字信号和标准电流数字信号与所述电流故障信号对应的数字信号和电压故障信号对应的数字信号进行一致性比较;若一致则采集被测设备二次端输出的电流二次信号和电压二次信号;若不一致则重新获取所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量。
14.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量的获取过程包括:
多功能互感器采集校验测控通讯装置,对故障特征信号文件进行解析生成电流故障数字信号和电压故障数字信号;分别将所述电流故障数字信号和电压故障数字信号缩小预设倍数,获取电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号;对电流故障数字信号对应的小信号和电压故障数字信号对应的小信号进行数模转换,生成电流故障小信号和电压故障小信号并发送至一体化高压电压电流发生组件;
一体化高压电压电流发生组件,将电流故障小信号和电压故障小信号进行放大处理后生成电流一次小信号和电压一次小信号,计算所述电流一次小信号和电压一次小信号分别与所述故障特征信号文件中缩小预设倍数后的预设电流信号和预设电压信号之间特征参数的差,并将所述特征参数的差放大预设倍数后作为所述电流故障数字信号和电压故障数字信号分别对应的修正量;
其中,所述特征参数包括下述中的至少一种:幅值、相位和频率。
15.如权利要求13所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:多功能互感器采集校验测控通讯装置,根据被测设备内置互感器负载需求向所述程控负载箱组件发送档位控制指令;
程控负载箱组件,根据所述档位控制指令调节自身的工作档位,并为被测设备提供外接负载;当外接负载满足被测设备内置互感器的负载需求时,向多功能互感器采集校验测控通讯装置发送文件采集指令。
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