CN116930849B - 一种基于基波比较法的抗直流互感器半波误差检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于基波比较法的抗直流互感器半波误差检测系统及方法，系统包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路；所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；所述全波整流电流试验回路包括依次连接的全波整流电流源、信号功率放大模块、汇流母排、抗直流互感器一次试验绕组串一；所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、抗直流互感器一次试验绕组串二、标准互感器一次绕组；检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块；互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准互感器二次绕组。本发明避免了重构标准体系等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗直流互感器半波误差试验方法---基波比较法，属电力测量技术领域。
背景技术
抗直流电流互感器是一种适应当前新能源应用的新型电流计量互感器，可将电路大电流转换为可测量的小电流。随着新型电子类电器问世及光伏、直流电源的应用，电力负荷电流大多是谐波信号，其中半波整流信号最为典型。由于半波整流电流信号含有较大比例的直流分量，虽交流互感器不能传输直流信号，但直流分量产生的直流磁通作用于互感器铁芯，会导致铁芯磁饱和，使交流信号也不能等效传输，从而互感器丧失测量功能、继而用电计量发生失常，为此，一种抗直流新型电流互感器问世，解决了相应问题。
为检测新型抗直流电流互感器半波整流信号下的误差，目前所采用方法为标准器半波整流信号比较法，即通过谐波信号源直接产生半波整流波形的电流试验信号，分别通入标准电流互感器、被测抗直流互感器，通过比较两者二次输出的电流信号的基波分量，计算相应偏差得到被测互感器的比值误差、相位误差，这里标准电流互感器采用的是交直流通用互感器，同时输出直流分量、交流分量。
该方案的技术原理为：对标准、被测互感器两者二次端输出的电流信号进行FFT(快速傅里叶变换)分析，求解两者输出信号的基波分量，再予以幅值、相位比较，以此得出被测互感器的测量幅值差(比差)、相位差(角差)。
现有检测方案不足之处在于:1)标准互感器采用交直流通用互感器，即直流标准器,这与目前传统交流互感器检测标准不统一，需重新建标，产品检验成本提高；2)目前尚无交直流通用互感器溯源体系，自身性能如何校准、何处校准，目前尚无科学校准体系，给产品检验的质量带来不可预见风险；3)直流标准器输出的直流信号会对试验结果带来直流量附加影响,影响产品检测合格率；4)输出的半波整流功率大，对检测设备及安全性要求高，设备成本高、作业风险大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：实施抗直流电流互感器半波整流电流信号下误差检测中，直接采用半波电流试验法带来的计量标准重构、体系复杂、检测成本高等问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；
所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块，分别控制相应输出；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，所述信号功率放大模块包括多个并联的功率放大器，每个功率放大器分别连接数字信号合成源，每个功率放大器连接至汇流母排。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，每个互感器设两个一次试验绕组，所有被测互感器对应的一次试验绕组相串联，形成一次试验绕组串一、一次试验绕组串二。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，所述互感器比较仪通过控制开关连接每个被测抗直流互感器二次绕组。
一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，包括以下步骤：
1)构建抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组；
2)所述全波整流电流源输出谐波电流至汇流母排，通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串一回至全波整流电流源；
3)所述工频电流源输出工频基波电流通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组回至工频电流源；
4)所述互感器比较仪对被测抗直流互感器二次输出的谐波电流信号进行FFT分析，求解相应基波分量的幅值、相位，并分别与标准交流互感器二次输出的工频电流信号的幅值、相位进行差值比较，计算被测抗直流互感器的基波分量的幅值差f、相位差δ。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，在步骤4)中，计算方法为：
分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流值；/>分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流相位；f、δ为被测互感器幅值差、相位差。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，每个互感器设两个一次试验绕组，所有被测互感器对应的一次试验绕组相串联，形成一次试验绕组串一、一次试验绕组串二。
前述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路，实现串联分时单一测量。
本发明所达到的有益效果：本专利提出了一种基于半波信号“分解---合成”法，采用传统标准交流互感器做标准，且标准互感器仅通入基波交流电流，消除直流及谐波影响，而被测互感器一次侧为等效的半波电流信号，把大电流信号等分为两路波形不同、大小相同的电流信号，避免了大电流输出产生的成本高的问题。
附图说明
图1为半波信号分解/合成示意图；
图2为基波电流比较法检测系统原理图；
图3为基波电流比较法检测系统组成图；
图4为被测互感器与标准互感器输入、输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的工作原理：根据级数相应定理，半波整流电流信号的傅里叶级数数学模型刻表示为：
式中：i半(t)为半波整流电流信号；iω1(t)为与半波整流电流信号幅值相同的基波信号，称为工频电流，为正弦波，即基波电流信号；i全波(t)为与半波整流电流信号幅值相同的全波整流电流信号，即谐波电流信号；Im、ω、t分别为电流半波整流信号的峰值、角频率、时间变量。
上述公式可以看出，半波整流电流信号由工频电流信号与全波整流电流信号组成，两种信号幅值均为半波整流电流幅值的一半，如图1所示。由此，半波整流电流信号可以分解为“1/2基波分量+1/2全波整流分量”，相反按数学模型所示比例构成的各分量可以合成为一个半波整流信号，基于此，把半波正弦信号通过分解、再合成的方法，以实现采用传统交流标准器比较法检测互感器误差目的。
基于半波整流电流信号分别由上述基波电流、全波整流电流组成原理，可以把半波试验电流源分解为“一个工频电流源”+“一个全波整流电流源”，用两个不同电流源或一个双路输出电流源输出相应的工频试验电流、全波整流试验电流；对标准电流互感器只通入工频试验电流，对被测抗直流互感器则同时通入工频电流、全波整流电流，最终等效为半波整流电流。如此，抗直流电流互感器检测可沿用传统互感器检测标准——标准交流互感器，与传统互感器检测标准实现了统一，同时解决了前述呈现的问题，相应检测原理见图2、系统组成见图3、互感器输入输出及信号比较见图4。
实施例1
如图2和图3所示，一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；
所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块，分别控制相应输出；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组。
所述信号功率放大模块包括多个并联的功率放大器，每个功率放大器分别连接数字信号合成源，每个功率放大器连接至汇流母排，采用多个功率放大器并联输出，可以实现更大的电流。
所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，所有被测互感器一次试验绕组串联，形成一次试验绕组串,系统可同时对一组被测互感器进行检测，以提高检测效率。
所述互感器比较仪通过控制开关连接每个被测抗直流互感器二次绕组。
一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，包括以下步骤：
1)构建抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组；
2)所述全波整流电流源输出谐波电流至汇流母排，通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串一回至全波整流电流源；
3)所述工频电流源输出工频基波电流通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次绕组回至工频电流源；
4)所述互感器比较仪对被测抗直流互感器二次输出的谐波电流信号进行FFT分析，求解相应基波分量的幅值、相位，并分别与标准交流互感器二次输出的工频电流信号的幅值、相位进行差值比较，计算被测抗直流互感器的基波分量的幅值差f、相位差δ：
分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流值；/>分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流相位；f、δ为被测互感器幅值差、相位差。
图4表明了被测互感器、标准互感器输入、输出波形及谐波比较法信号比较的类型，可看出标准互感器为纯交流工频信号，只需对被测互感器输出的谐波信号进行处理，节省系统资源、响应时间。
所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，所有被测互感器一次试验绕组串联，形成一次试验绕组串,系统可同时对一组被测互感器进行检测，以提高检测效率。
所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路，实现串联分时单一测量。
本发明的基于标准器基波比较的抗直流互感器半波误差检测系统，通过双电流源把半波试验电流信号一分为二，解决了重造标准互感器与传统互感器检测实现统一问题，降低了成本。
同时，通过双回路合成方法解决了半波信号合成问题及单一谐波大电流功率大不安全的问题，降低检测系统风险，提高检测系统可靠性。
另外，标准互感器只有基波信号工作，输出更加精确，被测互感器基波信号与此比较，提高了测量结果的准确度。
检测系统只需对被测互感器输出的谐波信号FFT分析，不涉及标准互感器，从而系统软件更加简单、可靠。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，其特征在于，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；
所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块，分别控制相应输出；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组。
2.根据权利要求1所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，其特征在于，所述信号功率放大模块包括多个并联的功率放大器，每个功率放大器分别连接数字信号合成源，每个功率放大器连接至汇流母排。
3.根据权利要求1所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，其特征在于，所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，每个互感器设两个一次试验绕组，所有被测互感器对应的一次试验绕组相串联，形成一次试验绕组串一、一次试验绕组串二。
4.根据权利要求1所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，其特征在于，所述互感器比较仪通过控制开关连接每个被测抗直流互感器二次绕组。
5.一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建抗直流互感器半波整流电流误差检测系统，包括全波整流电流源、工频电流源、全波整流电流试验回路、工频电流试验回路、检测系统控制器和互感器比较仪；所述全波整流电流源包括数字信号合成源、信号功率放大模块及检测系统控制器；
所述全波整流电流试验回路包括依次连接的数字信号合成源、信号功率放大模块、汇流母排、被测抗直流互感器的一次试验绕组串一、数字信号合成源；
所述工频电流试验回路包括依次连接的工频电流源、被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组、工频电流源；
所述检测系统控制器分别连接数字信号合成源、工频电流源及信号功率放大模块；
所述互感器比较仪连接被测抗直流互感器二次绕组、标准交流互感器二次绕组；
2)所述全波整流电流源输出谐波电流至汇流母排，通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串一回至全波整流电流源；
3)所述工频电流源输出工频基波电流通过被测抗直流互感器的一次试验绕组串二、标准交流互感器一次试验绕组回至工频电流源；
4)所述互感器比较仪对被测抗直流互感器二次输出的谐波电流信号进行FFT分析，求解相应基波分量的幅值、相位，并分别与标准交流互感器二次输出的工频电流信号的幅值、相位进行差值比较，计算被测抗直流互感器的基波分量的幅值差f、相位差δ。
6.根据权利要求5所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，其特征在于，在步骤4)中，计算方法为：
分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流值；/>分别为被测互感器、标准互感器二次基波电流相位；f、δ为被测互感器幅值差、相位差。
7.根据权利要求5所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，其特征在于，所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，每个互感器设两个一次试验绕组，所有被测互感器对应的一次试验绕组相串联，形成一次试验绕组串一、一次试验绕组串二。
8.根据权利要求5所述的一种基于基波比较法的抗直流互感器半波整流电流误差检测方法，其特征在于，所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路，实现串联分时单一测量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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