CN1904623A - 同步相量测量装置的性能测试方法及测试系统 - Google Patents

同步相量测量装置的性能测试方法及测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种同步相量测量装置的性能测试方法，由交流信号源输出三相交流电压和三相交流电流至录波器和同步相量测量装置，脉冲发生器输出模拟发电机键相信号的脉冲、标准GPS校验时钟输出PPS信号和PPM信号至录波器；同步相量测量装置测量动态三相电压、三相电流的绝对相角和模拟发电机的功角；录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形并确定T0时刻，通过时域波形分析得到动态三相电压绝对相角标准值、三相电流绝对相角标准值和模拟发电机功角标准值，计算同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差。本发明的测试方法提高了PMU装置测试的精度，解决了对装置进行动态测试的要求，兼顾了频率变化、系统振荡、短路、叠加谐波等多种方式，形成了系统的PMU装置应用性能测试大纲。

Description

同步相量测量装置的性能测试方法及测试系统
技术领域
本发明涉及一种基于GPS卫星同步、高频录波与时域波形分析相结合的试验方法，用于测试同步相量测量装置(PMU)装置的测试精度。
背景技术
传统的相角测量一般都是以一相电压力基准的相对相角、PUM装置测试以50Hz旋转相量为坐标的绝对相角。由于绝对相角的意义的特殊性，绝对相角精度测试一般采用多台装置同点互校的方法。近年来有利用录波器进行绝对相角精度测试的方法，但是存在以下几个问题：
1.由于采用频率低、同步精度差、录波器存在相移等原因，使绝对相角测试精度低；
2.没有能够实现动态绝对相角测试精度校核的方法，而动态测试功能恰恰是PMU装置的主要优势和优点；
3.没有能够实现多种方式下绝对相角测试校核的方法；
于是就需要一种新的测试PMU性能的方法可以克服上述测试方法的各种缺点。
发明内容
根据本发明提供一种针对同步相量测量装置(PMU)同步动态测量绝对相角的特点，结合GPS卫星同步、高频录波与时域波形分析的测试方法。
根据本发明的一方面，一种同步相量测量装置的性能测试方法，针对同步相量测量装置同步动态测量绝对相角的特点，结合GPS卫星同步、高频录波与时域波形分析，所述方法包括如下步骤：
a.交流信号源向同步相量测量装置和录波器同时输入三相交流电压和三相交流电流，一脉冲发生器同时模拟发电机功角的脉冲，再将标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号同时输入给所述录波器；
b.所述同步相量测量装置在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和模拟发电机的功角Φ0；
c.所述录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形，利用PPS信号、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模拟发电机的功角标准值Φ0’，计算同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差；
d.按指定的时间间隔测量1秒钟内同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差；
e.所述交流信号源产生不同的交流信号重复进行上述步骤a-d的测试。
在本发明的同步相量测量装置的性能测试方法中，所述步骤c中同步相量测量装置绝对相角和交流信号源功角测试误差计算如下：
Φua0’＝360°-360°×N/N0
Φ0’＝360°×N1/N0-Φ
其中，
N是测试时刻a相电压的采样点至正弦过零点之间的采样点数，
N0是a相电压相邻两个正弦过零点之间的采样点数，
N1是测试时刻a相电压的采样点至键相脉冲信号之间的采样点数，
Φ为交流信号源空载时测得到的功角。
根据本发明的一实施例，所述交流信号源包括三相电压和三相电流，所述步骤e中产生不同的交流信号包括使用发电机产生频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号；所述交流信号源还包括一数字模拟系统，所述步骤e中产生不同的交流信号还包括产生单机—无穷大系统振荡方式、单相短路方式下的交流信号。
根据本发明的一实施例，所述录波器为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
本发明的同步相量测量装置的性能测试方法测量的绝对相角精度在0.1°以下。
根据本发明的另一方面，提供一种同步相量测量装置的性能测试系统，包括：
GPS卫星接收天线，接收GPS信号；
标准GPS校验时钟，连接到GPS卫星接收天线，产生标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号；
录波器，连接到标准GPS校验时钟接收PPS和PPM信号；
交流信号源，产生交流信号，连接到录波器；
脉冲发生器，产生脉冲，模拟发电机的键相脉冲信号；
同步相量测量装置，包括：
交流电压和电流输入口，连接到所述交流信号源接收交流信号输入，还连接到录波器接收PPS和PPM信号；
开关量输入口，连接到交流信号源接收开关量；
键相信号输入口，连接到脉冲发生器接收脉冲信号；
GPS信号输入口，连接到GPS卫星接收天线接收GPS信号。
其中，所述交流信号源输出三相交流电压和三相交流电流至录波器和同步相量测量装置，脉冲发生器输出模拟发电机键相信号的脉冲、标准GPS校验时钟输出PPS信号和PPM信号至录波器；同步相量测量装置在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和交流信号源的功角Φ0；录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形并利用PPS信号、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模拟发电机的功角标准值Φ0’，计算同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差。
根据本发明的一实施例，所述同步相量测量装置还包括网卡、RS485/232、以及连接显示终端的显示终端接口；
所述交流信号源包括三相电压信号和三相电流信号，可产生频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号；所述交流信号源还包括一数字模拟系统，可产生单机—无穷大系统振荡方式、单相短路方式下的交流信号；
所述录波器为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
采用本发明的技术方案，该种同步相量测量装置的性能测试方法及测试系统提高了PMU装置测试的精度，解决了对装置进行动态测试的要求，兼顾了频率变化、系统振荡、短路、叠加谐波等多种方式，还可以形成了系统的PMU装置性能测试大纲。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将在下面结合附图和实施例进一步描述，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中，
图1是根据本发明的同步相量测量装置的性能测试方法的一实施例的流程图；
图2是根据本发明的同步相量测量装置的性能测试系统的一实施例的结构框图；
图3是根据本发明的一实施例的绝对相角标准值计算方法示意图。
具体实施方式
下面进一步说明本发明的技术方案。
首先参考图1，图1是根据本发明的同步相量测量装置的性能测试方法的一实施例的流程图。本发明提供了一种PMU的性能测试方法，其中，针对PMU同步动态测量绝对相角的特点，结合GPS卫星同步、高频录波与时域波形分析。本发明的方法包括如下的步骤：
a.利用交流信号源，例如，一发电机向PMU装置和无相位改变环节的高采样频率录波器同时输入三相交流电压和三相交流电流，用脉冲发生器同时输入同频率的脉冲，再将标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号同时输入给录波器；需要说明，本发明中使用的录波器为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
b.用PUM装置在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和发电机的功角Φ0；
c.用录波器同时记录三相电压、电流、PPS、PPM和脉冲波形，利用PPS、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和发电机的功角标准值Φ0’，计算PMU装置绝对相角和发电机功角测试误差；其中：
N是测试时刻a相电压的采样点至正弦过零点之间的采样点数，
N0是a相电压相邻两个正弦过零点之间的采样点数，
N1是测试时刻a相电压的采样点至键相脉冲信号之间的采样点数，
Φua0’＝360°-360°×N/N0(正弦相量)
Φ0’＝360°×N1/N0-Φ(正弦相量)
其中：Φ为发电机空载时测得到的功角；
d.按指定的时间间隔测量1秒钟内PMU装置绝对相角和发电机功角测试误差；
e.利用交流信号源，比如产生不同频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号、用交流信号源，比如数字模拟系统产生单机一无穷大系统振荡方式、单相短路方式下交流信号进行绝对相角误差测试；此处需要说明，本发明中所指的交流信号源包括发电机和数字模拟系统，对于本领域的技术人员来说，任何可以实现步骤e所述的功能，即产生不同的交流信号的其它装置也应当被视为在本发明所述的交流信号源的范围之内。
f.根据PUM装置性能测试大纲进行其他测试。根据本发明的测试思路，可以建立一套完整的PMU的性能测试大纲并可根据该测试大纲进行测试。
采用上述方法测量的绝对相角精度在0.1°以下。
本发明还提供了一种同步相量测量装置的性能测试系统，参考图2所示，包括：
GPS卫星接收天线202，接收GPS信号；
标准GPS校验时钟204，连接到GPS卫星接收天线202，产生标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号；
录波器206，连接到标准GPS校验时钟204接收PPS和PPM信号；
交流信号源208，产生交流信号，连接到录波器206；
脉冲发生器210，产生脉冲，模拟发电机键相信号；
同步相量测量装置300，包括：
交流电压和电流输入口302，连接到交流信号源208接收交流信号输入，还连接到录波器206接收PPS和PPM信号；
开关量输入口304，连接到交流信号源208接收开关量；
键相信号输入口306，连接到脉冲发生器210接收脉冲信号；
GPS信号输入口308，连接到GPS卫星接收天线202接收GPS信号。
该系统的工作原理如下：交流信号源208输出三相交流电压和三相交流电流至录波器208和同步相量测量装置300，脉冲发生器210输出模拟发电机键相信号的脉冲、标准GPS校验时钟204输出PPS信号和PPM信号至录波器206；同步相量测量装置300在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和模拟发电机208的功角Φ0；录波器206同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形并利用PPS信号、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模拟发电机208的功角标准值Φ0’，计算同步相量测量装置300绝对相角和模拟发电机208功角测试误差。
如图2所示的，该实施例中的同步相量测量装置300还包括网卡310、RS485/232 312、以及连接显示终端212的显示终端接口314。
图2所示的实施例中的交流信号源208包括三相交流电压和三相交流电流，可产生频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号；还包括一数字模拟系统，可产生单机—无穷大系统振荡方式、单相短路方式下的交流信号；
录波器206为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
试验表明，采用上述方法测量的绝对相角精度在0.1°以下。
采用本发明的技术方案，该种同步相量测量装置的性能测试方法及测试系统提高了PMU装置测试的精度，解决了对装置进行动态测试的要求，兼顾了频率变化、系统振荡、短路、叠加谐波等多种方式，还可以形成了系统的PMU装置性能测试大纲。
虽然本发明的技术方案已经结合较佳的实施例说明于上，但是本领域的技术人员应该理解，对于上述的实施例的各种修改或改变是可以预见的，这不应当被视为超出了本发明的保护范围，因此，本发明的保护范围不限于上述具体描述的实施例，而应该是符合此处所揭示的创新性特征的最宽泛的范围。

Claims (7)

1.一种同步相量测量装置的性能测试方法，其特征在于，针对同步相量测量装置同步动态测量绝对相角的特点，结合GPS卫星同步、高频录波与时域波形分析，所述方法包括如下步骤：
a.交流信号源向同步相量测量装置和录波器同时输入三相交流电压和三相交流电流，一脉冲发生器同时输入模拟发电机健相信号的脉冲，再将标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号同时输入给所述录波器；
b.所述同步相量测量装置在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和所述交流信号源的功角Φ0；
c.所述录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形，利用PPS信号、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模拟发电机功角标准值Φ0’，计算同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差；
d.按指定的时间间隔测量1秒钟内同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差；
e.所述交流信号源产生不同的交流信号重复进行上述步骤a-d的测试。
2.如权利要求1所述的同步相量测量装置的性能测试方法，其特征在于，所述步骤c中同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差计算如下：
Φua0’＝360°-360°×N/N0
Φ0’＝360°×N1/N0-Φ
其中，
N是测试时刻a相电压的采样点至正弦过零点之间的采样点数，
N0是a相电压相邻两个正弦过零点之间的采样点数，
N1是测试时刻a相电压的采样点至键相脉冲信号之间的采样点数，
Φ为交流信号源空载时测得到的功角。
3.如权利要求1所述的同步相量测量装置的性能测试方法，其特征在于，所述交流信号源包括交流电压和交流电流，所述步骤e中产生不同的交流信号包括使用发电机产生频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号；所述交流信号源还包括一数字模拟系统，所述步骤e中产生不同的交流信号还包括产生单机-无穷大系统振荡方式、单相短路方式下的交流信号。
4.如权利要求1所述的同步相量测量装置的性能测试方法，其特征在于，所述录波器为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
5.如权利要求1所述的同步相量测量装置的性能测试方法，其特征在于，采用所述方法测量的绝对相角精度在0.1°以下。
6.一种同步相量测量装置的性能测试系统，其特征在于，包括：
GPS卫星接收天线，接收GPS信号；
标准GPS校验时钟，连接到GPS卫星接收天线，产生标准GPS校验时钟的秒脉冲(PPS)信号和分脉冲(PPM)信号；
录波器，连接到标准GPS校验时钟接收PPS和PPM信号；
交流信号源，产生交流信号，连接到录波器；
脉冲发生器，产生脉冲，模拟发电机键相脉冲信号；
同步相量测量装置，包括：
交流电压和电流输入口，连接到所述交流信号源接收交流信号输入，还连接到录波器接收PPS和PPM信号；
开关量输入口，连接到交流信号源接收开关量；
键相信号输入口，连接到脉冲发生器接收脉冲信号；
GPS信号输入口，连接到GPS卫星接收天线接收GPS信号。
其中，所述交流信号源输出三相交流电压和三相交流电流至录波器和同步相量测量装置，脉冲发生器模拟发电机键相信号的脉冲、标准GPS校验时钟输出PPS信号和PPM信号至录波器；同步相量测量装置在T0时刻测量三相电压绝对相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相电流绝对相角Φia0、Φib0、Φic0和交流信号源的功角Φ0；录波器同时记录三相电压、电流、PPS信号、PPM信号和所述脉冲波形并利用PPS信号、PPM信号确定T0时刻，通过波形分析得到三相电压绝对相角标准值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相电流绝对相角标准值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模拟发电机的功角标准值Φ0’，计算同步相量测量装置绝对相角和模拟发电机功角测试误差。
7.如权利要求6所述的同步相量测量装置的性能测试系统，其特征在于，
所述同步相量测量装置还包括网卡、RS485/232、以及连接显示终端的显示终端接口；
所述交流信号源包括三相电压信号和三相电流信号，可产生频率交流信号，频率均匀变化过程的交流信号、叠加谐波信号；所述交流信号源还包括一数字模拟系统，可产生单机-无穷大系统振荡方式、单相短路方式下的交流信号；
所述录波器为采用无相位改变环节的高频录波器，各通道之间的同步精度在1uS以下，采样频率在100kHz以上，对各种频率的动态测试数据精度进行校核。
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