一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，利用標(biāo)準(zhǔn)互感器、交流模擬量輸出儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及工控機(jī)進(jìn)行測試系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建，根據(jù)測試要求，利用測試系統(tǒng)硬件環(huán)境，使用測試程序完成互感器的幅值與相位的數(shù)據(jù)采集，并記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后，對得到的互感器的幅值與相位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出幅值與相位誤差超標(biāo)的點(diǎn)，并對于幅值進(jìn)行曲線擬合，給出線性度較好的最大區(qū)間范圍。本發(fā)明采用FPGA架構(gòu)板卡作為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理采用虛擬儀器平臺(tái)，采樣速度快、精度高，能夠快速反復(fù)執(zhí)行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應(yīng)用前景，值得推廣。
【專利說明】
一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，屬于互感器測試技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]虛擬儀器技術(shù)(Virtual Instrument)是利用模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應(yīng)用。虛擬儀器將數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分析分開，數(shù)據(jù)采集板卡的結(jié)果經(jīng)過高速通訊總線交給軟件，儀器功能由軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器平臺(tái)能夠靈活而有效的應(yīng)用于各種數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測試等工作。
[0003]互感器是將電網(wǎng)高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側(cè)的計(jì)量、測量儀表及繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置的一種特殊變壓器，互感器是模擬量與數(shù)字量的橋梁，互感器所采集的數(shù)字量是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測、保護(hù)動(dòng)作的重要依據(jù)?；ジ衅鞣蹬c相位是否合格，直接影響到電力系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性和繼電器保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性。
[0004]保護(hù)測控裝置用于測量交流模擬量的互感器精度應(yīng)符合GB/T 13729-2002的 3.5.2部分規(guī)定；用于保護(hù)的交流模擬量幅值誤差應(yīng)滿足GB/T 20840.7-2007的13.5及GB/T20840.8-2007的 13.1.3部分規(guī)定；相位誤差應(yīng)滿足GB/T 20840.7-2007的 12.5及GB/T20840.8-2007的12.2、13.1.3部分規(guī)定。傳統(tǒng)互感器幅值與相位檢測方法主要使用變壓器、 萬用表、相位計(jì)、模擬示波器等搭建的測試系統(tǒng)，體積龐大，操作繁瑣，并且模擬示波器顯示屏上，肉眼難以觀察兩路正弦波之間1%以下的幅值誤差和1度以下的相角誤差。為確保電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，加快推進(jìn)我國堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，設(shè)計(jì)一種保護(hù)測控裝置互感器幅值與相位檢測平臺(tái)，有效精確的檢測互感器的幅值與相位成為亟需解決的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，采用FPGA板卡作為數(shù)據(jù)采集，數(shù)值分析采用虛擬儀器平臺(tái)，其采集精度高、速度快、自動(dòng)化水平高，且能快速反復(fù)執(zhí)行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應(yīng)用前景，值得推廣。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，包括以下步驟:1)利用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器或標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、交流模擬量輸出儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及工控機(jī)進(jìn)行測試系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器原邊并聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的副邊均接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器原邊按同名端串聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的副邊均接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備;工控機(jī)通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸出儀器；2)根據(jù)測試要求，利用測試系統(tǒng)硬件環(huán)境，在工控機(jī)編寫測試程序完成電壓互感器或者電流互感器的幅值與相位的數(shù)據(jù)采集，并記錄數(shù)據(jù)；3)數(shù)據(jù)采集完成后，對步驟2)得到的幅值與相位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出幅值與相位誤差超標(biāo)的點(diǎn)，并對幅值最大線性區(qū)間進(jìn)行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊界條件，對幅值數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區(qū)間。
[0007]前述的數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用FPGA架構(gòu)板卡。[〇〇〇8]前述的步驟2)數(shù)據(jù)采集過程如下:工控機(jī)測試程序讀取配置文件，開始數(shù)據(jù)采集， 對于電壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，測試程序自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集一定時(shí)間的電壓數(shù)據(jù)，對于每次采集到的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到電壓互感器的幅值與相位，測試完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存;對于電流互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，測試程序自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集一定時(shí)間的電流數(shù)據(jù)，對于每次采集到的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到電流互感器的幅值與相位;對于相位，以標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器/標(biāo)準(zhǔn)電流互感器為零相位點(diǎn)，計(jì)算待測電壓互感器/待測電流互感器的相位差，對于幅值，以標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器/標(biāo)準(zhǔn)電流互感器幅值為基準(zhǔn)，計(jì)算相對誤差;測試完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。
[0009]本發(fā)明所達(dá)到的有益效果:本發(fā)明采用FPGA板卡作為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)采集設(shè)備采樣精度為16位，采樣頻率最高可達(dá)750kS/s;數(shù)值分析采用軟件分析，能夠顯示幅值與相位超標(biāo)測試點(diǎn)，并且通過數(shù)次擬合給出幅值的最大線性區(qū)間。本發(fā)明采集精度高、速度快、自動(dòng)化水平高，且能快速反復(fù)執(zhí)行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應(yīng)用前景，值得推廣?！靖綀D說明】
[0010]圖1是本發(fā)明的測試系統(tǒng)搭建示意圖；圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0012]本發(fā)明的基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法包括以下步驟:步驟(1)，利用標(biāo)準(zhǔn)互感器、交流模擬量輸出儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及工控機(jī)進(jìn)行測試系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建。如圖1中，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器原邊并聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的副邊均接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備。對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器原邊按同名端串聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的副邊均接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用FPGA架構(gòu)板卡。工控機(jī)通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸出儀器。
[0013]步驟(2)，根據(jù)測試要求，利用測試系統(tǒng)硬件環(huán)境，在工控機(jī)編寫測試程序完成電壓互感器或者電流互感器的幅值與相位的數(shù)據(jù)采集，并記錄數(shù)據(jù)。如圖2所示，數(shù)據(jù)采集過程如下:工控機(jī)測試程序讀取配置文件，開始數(shù)據(jù)采集，對于電壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器，對于電流互感器測試， 交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，測試程序自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集一定時(shí)間的電壓或電流數(shù)據(jù)，對于每次采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到電壓互感器或電流互感器的幅值與相位。對于相位，以標(biāo)準(zhǔn)互感器為零相位點(diǎn)，計(jì)算待測互感器的相位差，對于幅值，以標(biāo)準(zhǔn)互感器幅值為基準(zhǔn)，計(jì)算相對誤差。最后，測試完成，則進(jìn)行數(shù)據(jù)保存，有效減少了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，提高后期數(shù)據(jù)處理效率;否則的話，繼續(xù)測試。[〇〇14]步驟(3)，數(shù)據(jù)采集完成后，對步驟(2)得到的幅值與相位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出幅值與相位誤差超標(biāo)的點(diǎn)，并對幅值最大線性區(qū)間進(jìn)行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊界條件，對幅值數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區(qū)間。
[0015]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:1)利用標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器或標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、交流模擬量輸出儀器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及 工控機(jī)進(jìn)行測試系統(tǒng)硬件環(huán)境搭建，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn) 電壓互感器原邊并聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器的副邊 均接入數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器原 邊按同名端串聯(lián)接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器的副邊均接 入數(shù)據(jù)采集設(shè)備;工控機(jī)通過以太網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集設(shè)備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸 出儀器；2)根據(jù)測試要求，利用測試系統(tǒng)硬件環(huán)境，在工控機(jī)編寫測試程序完成電壓互感器或 者電流互感器的幅值與相位的數(shù)據(jù)采集，并記錄數(shù)據(jù)；3)數(shù)據(jù)采集完成后，對步驟2)得到的幅值與相位數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出幅值與相位誤差 超標(biāo)的點(diǎn)，并對幅值最大線性區(qū)間進(jìn)行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊 界條件，對幅值數(shù)據(jù)不斷進(jìn)行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區(qū)間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在 于，所述數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用FPGA架構(gòu)板卡。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在 于，所述步驟2)數(shù)據(jù)采集過程如下:工控機(jī)測試程序讀取配置文件，開始數(shù)據(jù)采集，對于電 壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標(biāo)準(zhǔn)電壓互感 器，測試程序自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集一定時(shí)間的電壓數(shù)據(jù)，對于每次采集到的電壓數(shù) 據(jù)進(jìn)行FFT計(jì)算，得到電壓互感器的幅值與相位，測試完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存;對于電流互感 器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標(biāo)準(zhǔn)電流互感器，測 試程序自動(dòng)觸發(fā)數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集一定時(shí)間的電流數(shù)據(jù)，對于每次采集到的電流數(shù)據(jù)進(jìn)行 FFT計(jì)算，得到電流互感器的幅值與相位;對于相位，以標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器/標(biāo)準(zhǔn)電流互感器為 零相位點(diǎn)，計(jì)算待測電壓互感器/待測電流互感器的相位差，對于幅值，以標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器/ 標(biāo)準(zhǔn)電流互感器幅值為基準(zhǔn)，計(jì)算相對誤差;測試完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存。
【文檔編號】G01R35/02GK105974353SQ201610498123
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】吳凱, 周兆慶, 曹玉保
【申請人】南京國電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司