一种综合直流电子式电流互感器测试装置及方法

技术领域

本发明属于电子式电流互感器现场测试技术领域，尤其涉及一种综合直流电子式电流互感器测试装置及方法。

背景技术

长期以来，电磁式电流互感器在继电保护和电流测量中占主导地位。然而，随着输电电压等级和系统功率容量的不断提高，利用电磁感应原理的传统地电磁式电流互感器难以克服其固有的缺点。然而，利用光子技术和光纤传感技术的电子式电流互感器可以克服上述缺点。因此，在电力系统中采用电子式电流互感器作为测量和继电保护信号源成为了必然趋势。

直流互感器作为直流输电系统建设和运行的重要一次设备，对系统的控制保护和稳定运行提供准确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。电子式电流互感器与传统电磁式电流互感器在传感原理和二次输出上有很大的不同，其二次输出是数字信号和模拟信号，由于缺乏相应校验和校准的技术设备，一直都较难得到可靠有效的校验。目前有两种校验方法：比较法和差分法。前者除了能得到准确的结果外，还能得到谐波、输出幅值和相位信息，但对采集设备的要求较高。而后者对采集设备要求不高，但要求电子式互感器输出严格等于标准电磁变压器输出。

发明内容

本发明提供一种综合直流电子式电流互感器测试装置及方法，用以解决现有技术中采用比较法和差分法校验存在的缺陷，综合了最常用的比较法和差分法两种校验方法，扩展了测试设备的使用范围，相较于单一的传统测试方法，实现了对于同一电子式电流互感器同时进行两种方式的校验，便于误差比对与分析，提高了电子式电流互感器校验的准确性和可靠性。

本发明提供一种综合直流电子式电流互感器测试装置，包括高稳定直流电流源，分别与其连接的被测电子式电流互感器和零磁能直流电流比较仪，与被测电子式电流互感器分别连接的合并单元、高精度D/A转换模块和电子电流互感器校验仪，与零磁通直流电流比较仪连接的电流电压转换单元，与高精度D/A转换模块连接的滤波与相位补偿模块，与电子式电流互感器校验仪连接的上位机；电子式电流互感校验仪分别与合并单元、滤波与相位补偿模块和电流电压转换单元连接。

根据本发明提供的一种综合直流电子式电流互感器测试装置，合并单元包括：数据接收与处理模块、数据配置和通讯模块、同步功能模块、稳压电源模块、以太风发送模块。

根据本发明提供的一种综合直流电子式电流互感器测试装置，电流电压转换单元包括感应分压器模块和精密电阻器模块。

根据本发明提供的一种综合直流电子式电流互感器测试装置，电子式电流互感器校验仪包括差分法校验单元、比较法校验单元、数据分析与误差计算模块和温度采集模块；差分法校验单元包括精密差分放大器模块、第一高精度A/D采集模块、第一EMD滤波模块和第一FPGA报文解析模块；比较法校验单元包括第二高精度A/D采集模块、第二EMD滤波模块和第二FPGA报文解析模块。

本发明提供一种用于综合直流电子式电流互感器测试装置的测试方法，包括以下步骤：

步骤1：同步信号发生器为合并单元、高精度A/D采集模块和FPGA打上精确的时标，保证信号的同步采集与输出，实现直流电子式电流互感器的实时同步闭环测试。

步骤2：对被测直流电子式电流互感器和标准互感器输出的数字信号和模拟信号进行相应的处理。

步骤3：在对被测直流电子式电流互感器和标准互感器的输出信号进行处理后的基础之上，同时分别采用差分法和比较法对被测直流电子式电流互感器进行校验。

步骤4：考虑校验过程中各种因素对互感器可能带来的误差影响，对两种校验方法得到的数据进行综合分析和误差计算，进而得到最终的校验结果。

根据本发明提供的一种用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法，被测电子式电流互感器输出的数字信号通过光纤传输至合并单元的数据接收与处理模块，此模块在接受到数字信号后判断信号的有效性，判断后按标准对信号进行解帧处理，按相关配置将数据传输给数据配置和通讯模块；数据配置和通讯模块接受到数据处理模块传输来的信号后，按数据配置方案将信号通过相应软件进行合理配置，再将配置成功的信号发送至以太网模块；以太网模块接受到数据配置和通讯模块传输来的信号后，按照标准对数据进行组帧，组帧完成后通过光纤以太网传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ET1；

被测电子式电流互感器输出的数字信号同时传输至高精度D/A转换模块，将数字信号转换为模拟信号；将转换后的模拟信号传输至滤波和相位补偿模块进行平衡调节，保证输出模拟信号的精确性；将处理好的模拟信号传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ET2

零磁通直流电流比较仪输出的模拟信号传输至电流电压转换单元，由感应分压器模块和精密电阻器模块将模拟量电流信号变换为模拟量电压信号；将变换后的模拟量电压信号传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ST1。

根据本发明提供的一种基用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法，信号ST1传输至比较法校验单元的高精度A/D采集模块进行数据采集；信号再经过EMD滤波模块进一步提高采样信号的准确度，输出信号记为ST2；信号ST2与信号ET1同时接入FPGA进行报文解析，并将结果传输至数据分析与误差计算模块；

信号ST1和信号ET2传输至差分法校验单元的精密差分放大器进行差分检测，并将检测结果传输至高精度A/D采集模块进行数据采集；信号再经过EMD滤波模块进一步提高采样信号的准确度，输出信号记为ET3；信号ET3和信号ST2同时接入FPGA进行报文解析，并将结果传输至数据分析与误差计算模块。

根据本发明提供的一种用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法，根据IEC60044-8标准，比差计算方法为：

对于模拟量输出：

式中，K

对于数字量输出：

式中，K

角差计算方法为：

式中，

误差分析来源主要包含：测试系统的测试通道测量重复性引入的不确定度分量u

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述用于综合直流电子式电流互感器测试装置的测试方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于综合直流电子式电流互感器测试装置的测试方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于综合直流电子式电流互感器测试装置的测试方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：综合了最常用的比较法和差分法两种校验方法，扩展了测试设备的使用范围，相较于单一的传统测试方法，实现了对于同一电子式电流互感器同时进行两种方式的校验，便于误差比对与分析，提高了电子式电流互感器校验的准确性和可靠性，具有良好的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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：本发明一个实施例提供的一种基于差分法和比较法的综合直流电子式电流互感器测试装置结构与连接示意图；

图2：本发明一个实施例提供的一种综合直流电子式电流互感器测试方法实施流程示意图；

图3是本发明提供的电子设备的结构示意图；

其中：810-处理器、820-通信接口、830-存储器、840-通信总线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例是通过以下技术方案来实现的，一种用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法，具体步骤如下：

如附图1所示，同步信号发生器为合并单元、高精度A/D采集模块和FPGA打上精确的时标，保证信号的同步采集与输出，实现直流电子式电流互感器的实时同步闭环测试。

对被测直流电子式电流互感器和标准互感器输出的数字信号和模拟信号进行处理。包括以下具体步骤：

2.1.如附图1所示，被测电子式电流互感器输出的数字信号通过光纤传输至合并单元的数据接收与处理模块，此模块在接受到数字信号后判断信号的有效性，判断后按标准对信号进行解帧处理，按相关配置将数据传输给数据配置和通讯模块；数据配置和通讯模块接受到数据处理模块传输来的信号后，按数据配置方案将信号通过相应软件进行合理配置，再将配置成功的信号发送至以太网模块；以太网模块接受到数据配置和通讯模块传输来的信号后，按照标准对数据进行组帧，组帧完成后通过光纤以太网传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ET1；

2.2.如附图1所示，被测电子式电流互感器输出的数字信号同时传输至高精度D/A转换模块，将数字信号转换为模拟信号；将转换后的模拟信号传输至滤波和相位补偿模块进行平衡调节，保证输出模拟信号的精确性；将处理好的模拟信号传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ET2；

2.3.如附图1所示，零磁通直流电流比较仪输出的模拟信号传输至电流电压转换单元，由感应分压器模块和精密电阻器模块将模拟量电流信号变换为模拟量电压信号；将变换后的模拟量电压信号传输至电子式电流互感器校验仪，输出信号记为ST1。

对处理好的信号同时分别采用差分法和比较法对被测直流电子式电流互感器进行校验。包括以下具体步骤：

3.1.如附图1所示，信号ST1传输至比较法校验单元的高精度A/D采集模块进行数据采集；信号再经过EMD滤波模块进一步提高采样信号的准确度，输出信号记为ST2；信号ST2与信号ET1同时接入FPGA进行报文解析，并将结果传输至数据分析与误差计算模块；

3.2.如附图1所示，信号ST1和信号ET2传输至差分法校验单元的精密差分放大器进行差分检测，并将检测结果传输至高精度A/D采集模块进行数据采集；信号再经过EMD滤波模块进一步提高采样信号的准确度，输出信号记为ET3；信号ET3和信号ST2同时接入FPGA进行报文解析，并将结果传输至数据分析与误差计算模块。

对两种校验方法得到的数据进行综合分析和误差计算。包括以下具体步骤：

4.1.根据IEC60044-8标准，比差计算方法为：

对于模拟量输出：

式中，K

对于数字量输出：

式中，K

4.2.角差计算方法为：

式中，

4.3.误差分析来源主要包含：测试系统的测试通道测量重复性引入的不确定度分量u

实施例

本实施例采用NI公司的基于Compact RIO的NI 9239与NI 9263分别作为系统的A/D模块和D/A模块。其中NI 9239具有4个独立的24位A/D通道，NI 9263具有4个独立的16位D/A通道。

采用差分法时，首先利用Compact RIO和VI 6031通信模块得到待测电子式互感器的输出信号，运行在工控机上的应用软件从Compact RIO得到待测的电流数据，然后利用软件插值算法和NI 9263的D/A通道完成数字量到模拟量的转换，经滤波和相位补偿后与标准信号一同送入精密差分放大器模块，并得到差分信号，最后利用NI 9239的两个A/D通道对差分信号和标准信号进行同步采样，由软件算法获得比差和角差；采用比较法时，首先利用Compact RIO和VI 6031通信模块得到待测电子式互感器的输出信号，同时使用NI 9239完成标准信号从模拟量到数字量的转换，最后工控机应用软件在得到两路数字信号后利用相关算法完成比差和角差的计算。

如表1、表2所示：

表1差分法第1组测试数据

表2差分法第2组测试数据

采用传统互感器校验仪整检装置对该系统进行测试。为验证本系统利用差分法电子式互感器的校验精度，第1组测试中，整检装置输出不存在角差，而存在一定比差的两路信号，并在-0.2％～0.2％范围内调节比差；第2组测试中，整检装置输出不存在比差，而存在一定角差的两路信号，并在-10'～10'范围内调节角差。

表3比较法第1组测试数据

表4比较法第2组测试数据

如表3、表4所示，为验证本系统利用比较法电子式互感器的校验精度，第1组测试中，整检装置输出不存在角差，而存在一定比差的两路信号，并在0％～0.99％范围内调节比差；第2组测试中，整检装置输出不存在比差，而存在一定角差的两路信号，并在0'～0.8'范围内调节角差。由测试结果比对可得，本系统的测试数据和出厂数据十分接近，并且在两种检验方式下均达到了0.2S级的校验精度。

图3示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的用于综合直流电子式电流互感器测试装置的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

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。