CN114325548A - 一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统，所述方法包括：获取被测互感器设备参数信息，并通过所述设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；施加不同种类信号至等效电路、标准电路以及测试电路；定时采样等效电路、标准电路以及测试电路分别产生的二次电流信号；根据施加信号种类以及定时采样获取二次电流信号的相位差或时间差，计算互感器延时时间；根据互感器延时时间和采样频率的关系，标定互感器延时时间。通过所述方法及其系统，实现对直流电子式电流互感器延时时间的标定，提高了延时时间标定的准确性。

Description

一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统

技术领域

本申请涉及电力系统检测技术领域，尤其涉及一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统。

背景技术

直流输电系统在远距离、大容量输送方面快速发展，其中的柔性直流输电在可控性、灵活性等方面有常规直流无法比拟的优势，但柔性直流会增加输电系统谐振风险，谐波谐振事件会直接影响直流输电系统中的一二次设备，严重时会直接危及主设备。直流电子式电流互感器是直流输电系统建设和运行中重要的一次设备，为直流控保系统提供测量信息，其运行可靠性和测量准确性都直接关系到直流输电系统的稳定运行。而直流电子式电流互感器的延时特性，不但影响互感器测量信息的准确性，同时也是在输电系统发生谐振时，控制系统抑制宽频震荡，进行快速准确调节控制的重要参数。

直流电子式电流互感器的延时时间具有两种含义：传变延时时间和绝对延时时间。直流电子式电流互感器的绝对延时时间，是指互感器一次侧模拟量出现某一量值的时刻，到互感器合并单元(MU)输出口将该模拟量对应的数字采样值送出的时刻，这两个时刻之间的间隔时间。而传变延时时间，是指互感器一次侧模拟量出现某一量值的时刻，到互感器二次将该模拟量对应的数字采样值输出至光合并单元的时刻，这两个时刻之间的间隔时间。绝对延时时间是互感器将一次侧电量信息传变到间隔层控保设备消耗的客观时间，关系到直流控保系统感受到一次侧信息的早晚，进而影响反应速度和动作快慢。而传变延时时间是互感器内部信号传输及从模拟值变换为数字值所耗费的时间。

针对直流电子式电流互感器延时时间的研究集中在传变延时方面，通过研究暂态阶跃响应性能，得到互感器的暂态传变延时时间。但针对绝对延时特性的研究缺乏系统性，尤其是对不同信号激励下的延时进行标定缺乏深入研究及现场试验数据。而直流系统在运行中，往往会出现多种工况下的形态，尤其是在宽频信号检测、继电保护和控制参数调整中对延时时间的准确性有更高的要求，因此需要提高直流电子式电流互感器延时时间标定的准确性。

发明内容

本申请提供了一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统，以解决直流电子式电流互感器延时标定准确性低的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，应用于延时标定系统，所述方法包括：获取被测互感器设备参数信息，并通过所述设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；施加不同种类信号至等效电路、标准电路以及测试电路；定时采样等效电路、标准电路以及测试电路分别产生的二次电流信号；根据施加信号种类以及定时采样获取二次电流信号的相位差或时间差，计算互感器延时时间；根据互感器延时时间和采样频率的关系，标定互感器延时时间。

可选的，所述构建等效电路包括：使用电感、电阻等器件组成所述被测互感器的等效电路；采用低通滤波器采集处理等效电路中产生的二次电流信号；采用模数转换单元将经低通滤波器处理的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。

可选的，所述构建标准电路包括：使用标准互感器和高精度电阻等器件组成所述标准电路，所述标准互感器采用精确度等级为0.01S级的标准电流互感器。

可选的，所述构建测试电路包括：使用被测互感器等器件组成所述测试电路，所述被测互感器是需要进行延时标定的直流电子式电流互感器；采用远端单元将所述被测互感器产生的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。

可选的，所述定时采样频率范围为10kHz～500kHz。

可选的，所述计算互感器延时时间包括：当信号施加在所述等效电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，通过采样获取所述等效电路一次侧与二次侧产生电流的时间，计算差值得到不同频率条件下的等效延时时间T₁；当信号施加在所述标准电路和所述测试电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，根据采样得到的所述标准电路与所述测试电路的信号相位误差计算得到稳态延时时间T_f1；当信号施加在所述标准电路和所述测试电路，且信号种类为阶跃信号时，获取所述标准电路与所述测试电路的二次侧输出信号阶跃终止时间，计算差值得到被测互感器暂态延时时间T_f2。

可选的，所述标定互感器延时时间包括：在信号为交流稳态信号且频率相同的条件下，若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值小于1/5采样间隔时间，输出稳态延时时间T_f1；若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值不小于1/5采样间隔时间，输出0，并重新进行采样计算；在信号为阶跃电流的条件下，若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值小于采样间隔时间，输出暂态延时时间T_f2；若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值不小于采样间隔时间，输出0，并重新进行采样计算。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种延时标定系统，所述系统包括：

构建模块，被配置为获取被测互感器设备参数信息并通过被测互感器设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；

信号源模块，被配置为产生不同种类的信号并施加至所述构建模块建立的电路，信号种类包括阶跃信号以及不同频率的交流稳态信号；

采样模块，被配置为定时采样所述等效电路、所述标准电路和所述测试电路二次侧产生的二次电流信号；

校验计算模块，被配置为获取采样模块采集到的信号，并通过获取数据的时间以及信号间的相位差计算得到互感器延时时间；

验证输出模块，被配置为获取互感器延时时间，并计算得到互感器延时时间与采样间隔之间的关系式，判断延时标定是否正确，如果标定正确，输出互感器延时时间，如果标定错误，输出0，重新进行采样计算。

可选的，所述采样模块包括前置单元与合并单元，其中：所述前置单元与所述构建模块建立的标准电路的二次侧连接，所述前置单元被配置为采集所述标准电路的二次电流并将信息传输至所述校验计算模块；

所述合并单元与所述构建模块建立的等效电路和测试电路的二次侧连接，所述合并单元被配置为采集在所述等效电路和所述测试电路中被转换为数字量的信号并传输至所述校验计算模块。

由以上技术方案可知，本申请提供一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法及系统，所述方法首先获取被测互感器信息并通过被测互感器信息构建等效电路、标准电路及被测电路，其中等效电路为被测互感器等效电路，标准电路为包含标准电流互感器的互感器电路，测试电路为包含被测互感器的互感器电路，向等效电路、标准电路、测试电路分别施加不同种类的信号，在电路输出侧进行定时采样采集二次电流信号；在施加交流稳态信号时通过等效电路中施加一次电流信号和产生二次电流信号的时间差计算等效延时时间，通过标准电路和测试电路的二次电流信号的相位值计算得到稳态延时时间；在施加阶跃信号时，通过定时采样获得标准电路和测试电路产生的二次电流信号强度在到达阶跃起始时刻或阶跃终止时刻的时间差值计算暂态延时时间，最后通过稳态延时时间、暂态延时时间、等效延时时间与采样间隔间的关系式，标定被测互感器的延时时间。所述方法可以针对被测互感器的稳态、暂态延时时间进行标定，可同时反映被测互感器的稳态延时性能以及发生故障时的延时特性，提高了延时标定的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为直流电子式电流互感器传输延时标定方法步骤流程图；

图2为直流电子式电流互感器传输延时标定方法流程图；

图3为延时标定系统内部模块结构示意图；

图4为延时标定系统结构示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

直流电子式电流互感器作为直流输电系统建设和运行中重要的一次设备，为直流控保系统提供测量信息，其运行可靠性和测量准确性都直接关系到直流输电系统的稳定运行。直流电子式电流互感器的延时特性作为能够影响互感器测量准确性的重要参数，延时时间标定的准确性对互感器的运行有着巨大意义，因此本申请提出一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法与系统来提高互感器延时时间标定的准确性。

如图1至2所示，本申请提供了一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，应用于延时标定系统，方法包括：获取被测互感器设备参数信息，并通过设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；施加不同种类信号至等效电路、标准电路以及测试电路，不同种类信号包括不同频率的交流稳态信号和阶跃信号；定时采样等效电路、标准电路以及测试电路分别产生的二次电流信号；根据施加信号种类以及定时采样获取二次电流信号的相位差或时间差，计算互感器延时时间；根据互感器延时时间和采样频率的关系，标定互感器延时时间。

在本申请的部分实施例中，等效电路、标准电路和测试电路分别接收同样强度的一次信号并产生二次信号，其中等效电路仅接收交流稳态信号，通过改变信号频率获取不同信号频率条件下的延时时间作为等效延时时间；标准电路和测试电路为一组，分别接收强度相同的一次信号，在接收不同频率的交流稳态信号时，通过采样得到的标准电路和测试电路的相位值，计算得到稳态延时时间；在接收阶跃信号时，通过采样得到的标准电路和测试电路二次信号位于阶跃起始时刻或阶跃终止时刻时的时间差值，计算得到暂态延时时间，其中阶跃起始时刻指采集到的阶跃电流信号强度位于10％的时刻，阶跃终止时刻指采集到的阶跃电流信号强度位于90％的时刻。由于在暂态延时时间测试过程中，阶跃信号可被看做多种频率信号的叠加，因此阶跃信号的上升过程实际上包含了不同的频率分量，受制于电路中应用的实现分流、采集、转换等功能的单元的影响，阶跃起始时刻的延时时间小于阶跃终止时刻的延时时间，考虑互感器的准确度，采用阶跃终止时刻的延时时间作为暂态延时时间。

构建等效电路包括：使用电感、电阻等器件组成被测互感器的等效电路；采用低通滤波器采集处理等效电路中产生的二次电流信号；采用模数转换单元将经低通滤波器处理的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。

在实施例中，等效电路作为被测互感器的等效电路，理论上可实现被测互感器的所有功能，但因缺乏保护装置，仅用作测试使用，通过等效电路构建延时模型，观察在不同频率下的交流稳态信号的影响下，等效电路的延时时间变化。在采用低通滤波器处理二次电流信号的情况下，当输入的交流稳态信号的频率增大且接近低通滤波器的截止频率时，输出信号的延时时间会有小幅减小。

构建标准电路包括：使用标准互感器和高精度电阻等器件组成标准电路，标准互感器采用精确度等级为0.01S级的标准电流互感器。标准电路是作为被测互感器的对照计算组而设立，通过计算电路输出的二次信号的相位获取延时时间。

构建测试电路包括：使用被测互感器等器件组成测试电路，被测互感器是需要进行延时标定的直流电子式电流互感器；采用远端单元将被测互感器产生的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。测试电路是延时标定的主体，需要分别接收交流稳态信号和阶跃信号完成延时标定。

在实施例中，由于目前的常规直流工程中采用的采样频率为10kHz，柔性直流工程通常为50kHz或100kHz，为满足不同工程条件下对互感器的采样频率的需求，测量设备采样频率上限设为500kHz，采样频率大小可通过切换档位在500kHz及以下的范围内进行调节，因此定时采样频率范围为10kHz～500kHz。

计算互感器延时时间包括：当信号施加在等效电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，通过采样获取等效电路一次侧与二次侧产生电流的时间，计算差值得到不同频率条件下的等效延时时间T₁；当信号施加在标准电路和测试电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，根据采样得到的标准电路与测试电路的信号相位误差计算得到稳态延时时间T_f1；当信号施加在标准电路和测试电路，且信号种类为阶跃信号时，获取标准电路与测试电路的二次侧输出信号阶跃终止时间，计算差值得到被测互感器暂态延时时间T_f2。

标定互感器延时时间包括：在信号为交流稳态信号且频率相同的条件下，若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值小于1/5采样间隔时间，即T₁-T_f1<1/5f时，输出稳态延时时间T_f1，式中f为采样频率，采样间隔时间为1/fs；若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值不小于1/5采样间隔时间，即T₁-T_f1≥1/5f时，输出0，并重新进行采样计算；

在信号为阶跃电流的条件下，若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值小于采样间隔时间，即T_f2-T_f1<1/f时，输出暂态延时时间T_f2；若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值不小于采样间隔时间，即T_f2-T_f1≥1/f时，输出0，并重新进行采样计算。

在部分实施例中，标定互感器延时时间首先要通过等效电路测试出的不同频率信号下等效延时时间T₁构建互感器延时时间模型，通过与接收到的同频率条件下的稳态延时时间T_f1计算差值与采样间隔时间的关系，判断稳态延时时间T_f1是否正确，正确则输出稳态延时时间T_f1，不正确输出0并重新进行采样、计算和标定。在稳态延时时间T_f1正确的条件下，计算信号为阶跃电流时，稳态延时时间T_f1与暂态延时时间T_f2的差值与采样间隔时间的关系，判断暂态延时时间T_f2是否正确，如果正确输出暂态延时时间T_f2，如果不正确便输出0并重新进行采样、计算和标定。

如图3至4所示，本申请还提供了一种延时标定系统，包括：

构建模块，被配置为获取被测互感器设备参数信息并通过被测互感器设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；

信号源模块，被配置为产生不同种类的信号并施加至构建模块建立的电路，信号种类包括阶跃信号以及不同频率的交流稳态信号；

采样模块，被配置为定时采样等效电路、标准电路和测试电路二次侧产生的二次电流信号；

校验计算模块，被配置为获取采样模块采集到的信号，并通过获取数据的时间以及信号间的相位差计算得到互感器延时时间；

验证输出模块，被配置为获取互感器延时时间，并计算得到互感器延时时间与采样间隔之间的关系式，判断延时标定是否正确，如果标定正确，输出互感器延时时间，如果标定错误，输出0，重新进行采样计算。

在实施例中，构建模块在获取到被测互感器设备参数信息后，通过设备参数信息构建等效电路，令等效电路可在一端接收大电流，二次侧输出小电流，具备被测互感器的功能。

信号源模块包括多态信号电流源及其配置单元、功率放大器、升流器等器件单元组成，通过多态信号电流源生成不同种类的电流信号，再通过功率放大器放大，使多态信号电流源的输出电流强度最大可达600A，再通过升流器放大电流使电流可达到标准直流互感器和被测互感器的额定电流，电流强度范围在2000A～3000A。

在实施例中，采样模块包括前置单元与合并单元，前置单元用于采集标准电路产生的二次电流并将信息传输至校验计算模块，前置单元采集的信号为模拟信号，传输至校验计算模块中，合并单元用于分别采集等效电路和测试电路所产生的二次电流信号，由于等效电路和测试电路均包含有模数转换功能的单元，因此合并单元所采集的信号为数字信号，并且合并单元会将数字信号变换为FT3数字量传输至校验计算模块。

如图4所示，在本申请的部分实施例中，校验计算模块可为一个互感器校验仪及其相关电路，互感器校验仪包括标准信号接口、数字量接口和时间同步单元，其中标准信号接口用于接收前置单元采集到的信号，数字量接口接收合并单元采集并处理的FT3数字量信号；时间同步单元用于获取接口收集信号的时间，计算两个接口接收信号间的时间差、相位差，得到互感器的延时时间，并输出至验证输出模块。

如图4所示，在部分实施例中，验证输出模块包括互感器校验仪上位机及相关线路，用于处理互感器校验仪输出的计算结果，在互感器校验仪上位机中内置标定互感器延时时间的规则，即在信号为交流稳态信号且频率相同的条件下，若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值小于1/5采样间隔时间，即T₁-T_f1<1/5f时，输出稳态延时时间T_f1，式中f为采样频率，采样间隔时间为1/fs；若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值不小于1/5采样间隔时间，即T₁-T_f1≥1/5f时，输出0，并重新进行采样计算；在信号为阶跃电流的条件下，若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值小于采样间隔时间，即T_f2-T_f1<1/f时，输出暂态延时时间T_f2；若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值不小于采样间隔时间，即T_f2-T_f1≥1/f时，输出0，并重新进行采样计算。

在判断完成进行输出时，如果互感器校验仪上位机输出稳态延时时间T_f1和暂态延时时间T_f2，则标定流程结束，若有任意一个延时时间输出为0，重新进行标定。并且由于国家制定标准，延时时间不可超过500μs，因此任意一个延时时间超过500μs，也会判定标定失败，重新进行标定，如果重复出现10次以上标定延时时间超过500μs的情况，则被测互感器无法满足直流工程的使用标准。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，应用于延时标定系统，其特征在于，所述方法包括：

获取被测互感器设备参数信息，并通过所述设备参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；

施加不同种类信号至所述等效电路、标准电路以及测试电路；

定时采样所述等效电路、标准电路以及测试电路分别产生的二次电流信号；

根据施加信号种类以及定时采样获取二次电流信号的相位差或时间差，计算互感器延时时间；

根据互感器延时时间和采样频率的关系，标定互感器延时时间。

2.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述构建等效电路包括：

使用电感、电阻等器件组成所述被测互感器的等效电路；

采用低通滤波器采集处理等效电路中产生的二次电流信号；

采用模数转换单元将经低通滤波器处理的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。

3.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述构建标准电路包括：

使用标准互感器和高精度电阻等器件组成所述标准电路，所述标准互感器采用精确度等级为0.01S级的标准电流互感器。

4.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述构建测试电路包括：

使用被测互感器等器件组成所述测试电路，所述被测互感器是需要进行延时标定的直流电子式电流互感器；

采用远端单元将所述被测互感器产生的二次电流信号的格式转换为数字信号格式。

5.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述定时采样频率范围为10kHz～500kHz。

6.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述计算互感器延时时间包括：

当信号施加在所述等效电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，通过采样获取所述等效电路一次侧与二次侧产生电流的时间，计算差值得到不同频率条件下的等效延时时间T₁；

当信号施加在所述标准电路和所述测试电路，且信号种类为不同频率的交流稳态信号时，根据采样得到的所述标准电路与所述测试电路的信号相位误差计算得到稳态延时时间T_f1；

当信号施加在所述标准电路和所述测试电路，且信号种类为阶跃信号时，获取所述标准电路与所述测试电路的二次侧输出信号阶跃终止时间，计算差值得到被测互感器暂态延时时间T_f2。

7.根据权利要求1所述的一种直流电子式电流互感器传输延时标定方法，其特征在于，所述标定互感器延时时间包括：

在信号为交流稳态信号且频率相同的条件下，若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值小于1/5采样间隔时间，输出稳态延时时间T_f1；

若稳态延时时间T_f1与等效延时时间T₁的差值不小于1/5采样间隔时间，输出0，并重新进行采样计算；

在信号为阶跃电流的条件下，若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值小于采样间隔时间，输出暂态延时时间T_f2；

若暂态延时时间T_f2与稳态延时时间T_f1的差值不小于采样间隔时间，输出0，并重新进行采样计算。

8.一种延时标定系统，其特征在于，包括：

构建模块，被配置为获取被测互感器设备参数信息并通过所述参数信息构建等效电路、标准电路以及测试电路；

信号源模块，被配置为产生不同种类的信号并施加至所述构建模块建立的电路，信号种类包括阶跃信号以及不同频率的交流稳态信号；

采样模块，被配置为定时采样所述等效电路、所述标准电路和所述测试电路二次侧产生的二次电流信号；

校验计算模块，被配置为获取采样模块采集到的信号，并通过获取数据的时间以及信号间的相位差计算得到互感器延时时间；

验证输出模块，被配置为获取互感器延时时间，并计算得到互感器延时时间与采样间隔之间的关系式，判断延时标定是否正确，如果标定正确，输出互感器延时时间，如果标定错误，输出0，重新进行采样计算。

9.根据权利要求8所述的一种延时标定系统，其特征在于，所述采样模块包括前置单元与合并单元，其中：

所述前置单元与所述构建模块建立的标准电路的二次侧连接，所述前置单元被配置为采集所述标准电路的二次电流并将信息传输至所述校验计算模块；

所述合并单元与所述构建模块建立的等效电路和测试电路的二次侧连接，所述合并单元被配置为采集在所述等效电路和所述测试电路中被转换为数字量的信号并传输至所述校验计算模块。

Images