專利名稱：電壓互感器二次壓降測量儀及其測量相角差的方法
技術領域：
本發(fā)明為一種電壓校驗檢測技術，特別涉及的是一種針對電壓互感器二次壓降測量設備及其測量相角差的方法。

背景技術：
由于發(fā)電廠或變電站中的電壓互感器(PT)距離控制室中的電能表較遠它們之間的二次回路存在較長的連接導線，使PT端的二次電壓和電能表端的電壓幅值及相位不一致，產(chǎn)生了二次回路壓降，從而導致電能計量誤差。目前國內(nèi)對PT二次回路壓降的測試常常采用拉線式直接測量法，其優(yōu)點是對測量儀器的精度要求不高，達到1級就滿足要求；缺點是測量中往往需要多人從PT端放電纜至表計端，由于電纜較長，而且常常要經(jīng)過行車道，穿過高壓走廊，容易造成生產(chǎn)和人身安全隱患。基于全球定位系統(tǒng)(GPS)的PT二次回路測試方法就是利用GPS的授時功能，觸發(fā)主機和從機同時分別對電能表端和PT輸出端的電壓進行高精度測量，在通過無線方式將測得數(shù)據(jù)傳輸給主機處理，從而獲得PT二次回路的電壓降。
在現(xiàn)已公開發(fā)行的文獻《新型電壓互感器二次壓降無線測試儀》和《基于GPS電壓互感器二次回路電壓降測試方法及應用》采用GPS和OFDM載波通信技術和FFT測量算法，進行處理。
請參閱圖1所示，其為現(xiàn)有技術中電壓互感器二次壓降無線測試儀的功能框圖；其包括一從機4，設置于一電壓互感器2輸出端，獲取電壓互感器2的輸出電壓； 一主機3，其設置于一電能表1側，所述的電能表1與所述的電壓互感器2輸出端相連接，所述主機3獲取電能表1端的電壓值； 一GPS定位系統(tǒng)5，其分別與所述的從機4和主機3相鏈接，觸發(fā)所述的主機3和從機4同時分別對電能表1端和電壓互感器2輸出端的電壓進行測量，并通過無線方式將測得數(shù)據(jù)傳輸給所述的主機3處理； 所述的二次壓降測量中相位時間變化技術基本機理如下 假設某一時刻t，所述的主機3、從機4同時采樣電壓信號則 電壓互感器輸出端(PT側)電壓
電能表側電壓
其中v1、v2為電壓瞬時值，Vm1、Vm2為電壓的幅值，ω為角頻率，

為初始相角，由于兩電壓信號處于同一回路，信號的頻率相同，相角差
現(xiàn)有的二次壓降測量中所述的相角差是根據(jù)傅立葉變換法計算出主機和從機獲得的電壓的相角差(相位差)，但是其測量準確度很難達要求，誤差較大。
鑒于上述缺陷，本發(fā)明創(chuàng)作者經(jīng)過長期的研究和試驗終于獲得了本創(chuàng)作。


發(fā)明內(nèi)容
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案在于，提供一種電壓互感器二次壓降測量儀及其測量相角差的方法，用以克服上述缺陷，提供相角差的測量精度。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案在于，首先提供一種電壓互感器二次壓降測量儀，其包括一從機，設置于一電壓互感器輸出端，獲取電壓互感器的輸出電壓； 一主機，其設置于一電能表側，所述的電能表與所述的電壓互感器輸出端相連接，所述主機獲取電能表端的電壓值； 一GPS定位系統(tǒng)，其分別與所述的從機和主機相鏈接，觸發(fā)所述的主機和從機同時分別對電能表端和電壓互感器輸出端的電壓進行測量，并通過無線方式將測得數(shù)據(jù)傳輸給所述的主機處理，從而獲得電壓互感器二次壓降值；所述的主機和所述的從機分別包括一模擬信號采集電路用以對電信號進行采集，其中，所述的模擬信號采集電路為高速數(shù)據(jù)采集器。
較佳的，所述的主機還包括 一第一電源電路，用以提供工作電力； 一第一模擬信號輸入電路，其與一第一高速數(shù)據(jù)采集器相連接，用以接收電能表側的模擬信號，并傳輸給所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器； 一第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路，用以和所述的從機之間進行通信； 一第一GPS數(shù)據(jù)接口，用以和所述的GPS系統(tǒng)相連接，獲取觸發(fā)信號； 一主控電路，用以對測量儀的操作和數(shù)據(jù)調(diào)度進行控制； 一第一數(shù)據(jù)處理電路，其分別與所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器、第一GPS數(shù)據(jù)接口、第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路以及主控電路相連接，計算電能表端電壓值以及電壓互感器二次壓降值。
較佳的，所述的從機還包括 一第二電源電路，用以提供工作電力； 一第二模擬信號輸入電路，其與一第二高速數(shù)據(jù)采集器相連接，用以接收電壓互感器輸出端的模擬信號，并傳輸給所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器； 一第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路，用以和所述的主機之間進行通信； 一第二GPS數(shù)據(jù)接口，用以和所述的GPS系統(tǒng)相連接，獲取觸發(fā)信號； 一第二數(shù)據(jù)處理電路，其分別與所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器、第二GPS數(shù)據(jù)接口以及第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路相連接，計算電壓互感器輸出端電壓值。
其次提供一種測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法，其通過上述的電壓互感器二次壓降測量儀實現(xiàn)的，其包括的步驟為 步驟aGPS系統(tǒng)同時觸發(fā)所述的主機和從機，按照預先設置的頻率f分別進行數(shù)據(jù)采集的動作； 步驟b所述的從機將采集到的離散數(shù)據(jù)數(shù)列傳輸給所述的主機； 步驟c所述的主機將獲取的電能表側的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中的一確定相位作為第一標記位，下一周期相同的確定相位作為第二標記位，并計算出所述第一標記位和第二標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)M； 步驟d在與上述步驟c相同的起始時刻下，所述的主機在從機提供的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中找出，與所述的第一標記位具有相同相位的位置，作為第三標記位，并計算出所述第一標記位和第三標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)n； 步驟e則電壓互感器二次壓降中相角差，其中，f、M、n為自然數(shù)。
較佳的，所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位為所述的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中由正向過零點的位置。
較佳的，所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位的選取過程 記錄所述離散數(shù)據(jù)數(shù)列里第一個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置；尋找第二個正向過零點，記錄序列里第二個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置。



圖1為現(xiàn)有技術中電壓互感器二次壓降無線測試儀的功能框圖； 圖2為本發(fā)明電壓互感器二次壓降測量儀中主機功能結構示意圖； 圖3為本發(fā)明電壓互感器二次壓降測量儀中從機功能結構示意圖； 圖4為本發(fā)明測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法的流程圖； 圖5為本發(fā)明測量電壓互感器二次壓降相角差的方法中采集波形的示意圖。

具體實施例方式 以下結合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術特征和優(yōu)點作更詳細的說明。
請參閱圖2所示，其為本發(fā)明電壓互感器二次壓降測量儀中主機功能結構示意圖；所述的主機還包括 一第一電源電路37，用以提供所述的主機3各用電元件所需的工作電力； 一第一模擬信號輸入電路31，其與一第一高速數(shù)據(jù)采集器32相連接，用以接收電能表1側的模擬信號，并傳輸給所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器32；一第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路33，用以和所述的從機4之間進行通信，接收從機4傳輸過來的電壓測量數(shù)據(jù)；一第一GPS數(shù)據(jù)接口35，用以和所述的GPS系統(tǒng)5相鏈接，用以獲取觸發(fā)信號；一主控電路36，用以對測量儀的操作和數(shù)據(jù)調(diào)度進行控制；一第一數(shù)據(jù)處理電路34，其分別與所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器32、第一GPS數(shù)據(jù)接口35、第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路33以及主控電路36相連接，計算電能表端電壓值以及電壓互感器二次壓降值。
請參閱圖3所示，其為本發(fā)明電壓互感器二次壓降測量儀中從機功能結構示意圖；所述的從機4還包括 一第二電源電路41，用以提供所述從機4的各用電元件的工作電力； 一第二模擬信號輸入電路41，其與一第二高速數(shù)據(jù)采集器相42連接，用以接收電壓互感器2輸出端的模擬信號，并傳輸給所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器42；一第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路43，用以和所述的主機之間進行通信；一第二GPS數(shù)據(jù)接口45，用以和所述的GPS系統(tǒng)5相連接，獲取觸發(fā)信號；一第二數(shù)據(jù)處理電路44，其分別與所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器42、第二GPS數(shù)據(jù)接口45以及第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路43相連接，計算電壓互感器2輸出端電壓值。
由于本發(fā)明的電壓互感器二次壓降測量儀中具有了高速數(shù)據(jù)采集器，為實現(xiàn)采用直接測相角差方法，提高相角差測量準確度創(chuàng)造了條件；請參閱圖4所示，為本發(fā)明測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法的流程圖； 其包括的步驟為 步驟aGPS系統(tǒng)同時觸發(fā)所述的主機和從機，按照預先設置的頻率f分別進行數(shù)據(jù)采集的動作； 步驟b所述的從機將采集到的離散數(shù)據(jù)數(shù)列傳輸給所述的主機； 步驟c所述的主機將獲取的電能表側的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中的一確定相位作為第一標記位，下一周期相同的確定相位作為第二標記位，并計算出所述第一標記位和第二標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)M； 步驟d在與上述步驟c相同的起始時刻下，所述的主機在從機提供的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中找出，與所述的第一標記位具有相同相位的位置，作為第三標記位，并計算出所述第一標記位和第三標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)n； 步驟e則電壓互感器二次壓降中相角差，其中，f、M、n為自然數(shù)。
對于上面的方法的過程詳述如下 通過所述的第一、第二高速數(shù)據(jù)采集器32、42，所述的主機3、從機4分別采集2個周期電壓互感器2輸出端、電能表1側電壓信號；并且將采集的離散數(shù)據(jù)序列存儲至數(shù)據(jù)存儲區(qū)，再通過無線信號傳輸技術將所述從機4采集離散數(shù)據(jù)序列傳輸至主機3，所述的主機3得到電壓互感器2輸出端、電能表1側兩路電壓離散數(shù)據(jù)序列； 對于本發(fā)明方法中所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位為所述的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中由正向過零點的位置。
所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位的選取過程如下 所述主機3從電壓互感器2輸出端電壓信號離散序列里尋找第一個正向過零點記錄序列里第一個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置；尋找第二個正向過零點，記錄序列里第二個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置；同時所述主機3從電能表1側電壓信號離散序列里尋找第一個正向過零點，記錄序列里第一個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置。
請參閱圖5所示，其為本發(fā)明測量電壓互感器二次壓降相角差的方法中采集波形的示意圖。在忽略選取正數(shù)位、負數(shù)位作為過零點的誤差，則可以從過零點在其序列中的位置，計算出電壓互感器2輸出端第一個正向過零點至第二個正向過零點，離散數(shù)據(jù)個數(shù)M；計算出電壓互感器2輸出端第一個正向過零點至電能表1側第一個正向過零點，離散數(shù)據(jù)個數(shù)n。
假設高速數(shù)據(jù)采集器的采樣周期T(1/f)，電壓互感器2輸出端第一個正向過零點至第二個正向過零點所用時間 t＝M*T(1)； 電壓互感器2輸出端第一個正向過零點至電能表1側第一個正向過零點時間差 Δt＝n*T(2)。
工頻正弦波第一個正向過零點至第二個正向過零點對應角度360度，電壓互感器2輸出端、電能表1側電壓信號相位差 θ＝Δt/t*360＝n/M*360(度)(3)。
現(xiàn)在對相角差測量的精度進行分析首先，由于采用了GPS系統(tǒng)5的GPS同步技術，能夠使得所述的主機3、從機4幾乎在同一時刻進行高速采樣，所以由GPS系統(tǒng)5GPS同步技術引入誤差不在本發(fā)明考慮范圍之內(nèi)，而僅僅針對本離散直接測試方法進行討論。
由于通過所述的第一、第二高速數(shù)據(jù)采集器32、42對電壓信號進行離散采集，離散序列里存在為0數(shù)值的概率極低，在計算離散數(shù)據(jù)個數(shù)M及n時，選取正數(shù)位還是負數(shù)位將引入誤差，在正數(shù)值與負數(shù)值相差較大時，去絕對值小的位數(shù)作為過零點引入誤差較小，當正數(shù)值與負數(shù)值相當時，將引入1個數(shù)位的誤差。
對(1)應為t＝(M±1)*T； 對(2)應為Δt＝(n±1)*T； 對(3)應為θ＝Δt/t*360＝(n±1)/(M±1)*360(度)； 由于M值很大θ≈(n±1)/M*360(度)； 誤差為Δθ≈±1/M*360*60(′)； 如果為了達到0.01′分辨率1％±2個字誤差，Δθ＜±0.02′； M＞1080000(個)； 對于50HZ工頻信號，要達到一個周期106個采樣點數(shù)，采樣頻率必須大于50MHZ。也就是說高速數(shù)據(jù)采集器的頻率越高，誤差則越小，所述的相角差的計算越準確。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術人員理解，在本發(fā)明權利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1、一種電壓互感器二次壓降測量儀，其包括一從機，設置于一電壓互感器輸出端，獲取電壓互感器的輸出電壓；
一主機，其設置于一電能表側，所述的電能表與所述的電壓互感器輸出端相連接，所述主機獲取電能表端的電壓值；
一GPS定位系統(tǒng)，其分別與所述的從機和主機相鏈接，觸發(fā)所述的主機和從機同時分別對電能表端和電壓互感器輸出端的電壓進行測量，并通過無線方式將測得數(shù)據(jù)傳輸給所述的主機處理，從而獲得電壓互感器二次壓降值；所述的主機和所述的從機分別包括一模擬信號采集電路用以對電信號進行采集，其特征在于，所述的模擬信號采集電路為高速數(shù)據(jù)采集器。
2、根據(jù)權利要求1所述的電壓互感器二次壓降測量儀，其特征在于，所述的主機還包括
一第一電源電路，用以提供工作電力；
一第一模擬信號輸入電路，其與一第一高速數(shù)據(jù)采集器相連接，用以接收電能表側的模擬信號，并傳輸給所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器；
一第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路，用以和所述的從機之間進行通信；
一第一GPS數(shù)據(jù)接口，用以和所述的GPS系統(tǒng)相連接，獲取觸發(fā)信號；
一主控電路，用以對測量儀的操作和數(shù)據(jù)調(diào)度進行控制；
一第一數(shù)據(jù)處理電路，其分別與所述的第一高速數(shù)據(jù)采集器、第一GPS數(shù)據(jù)接口、第一無線數(shù)據(jù)傳輸電路以及主控電路相連接，計算電能表端電壓值以及電壓互感器二次壓降值。
3、根據(jù)權利要求2所述的電壓互感器二次壓降測量儀，其特征在于，所述的從機還包括
一第二電源電路，用以提供工作電力；
一第二模擬信號輸入電路，其與一第二高速數(shù)據(jù)采集器相連接，用以接收電壓互感器輸出端的模擬信號，并傳輸給所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器；
一第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路，用以和所述的主機之間進行通信；
一第二GPS數(shù)據(jù)接口，用以和所述的GPS系統(tǒng)相連接，獲取觸發(fā)信號；
一第二數(shù)據(jù)處理電路，其分別與所述的第二高速數(shù)據(jù)采集器、第二GPS數(shù)據(jù)接口以及第二無線數(shù)據(jù)傳輸電路相連接，計算電壓互感器輸出端電壓值。
4、一種測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法，其通過上述的電壓互感器二次壓降測量儀實現(xiàn)的，其特征在于，其包括的步驟為
步驟aGPS系統(tǒng)同時觸發(fā)所述的主機和從機，按照預先設置的頻率f分別進行數(shù)據(jù)采集的動作；
步驟b所述的從機將采集到的離散數(shù)據(jù)數(shù)列傳輸給所述的主機；
步驟c所述的主機將獲取的電能表側的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中的一確定相位作為第一標記位，下一周期相同的確定相位作為第二標記位，并計算出所述第一標記位和第二標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)M；
步驟d在與上述步驟c相同的起始時刻下，所述的主機在從機提供的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中找出，與所述的第一標記位具有相同相位的位置，作為第三標記位，并計算出所述第一標記位和第三標記位之間的離散數(shù)據(jù)個數(shù)n；
步驟e則電壓互感器二次壓降中相角差其中，f、M、n為自然數(shù)。
5、根據(jù)權利要求4所述的測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法，其特征在于，所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位為所述的離散數(shù)據(jù)數(shù)列中由正向過零點的位置。
6、根據(jù)權利要求5所述的測量電壓互感器二次壓降中相角差的方法，其特征在于，所述的第一標記位、第二標記位以及第三標記位的選取過程
記錄所述離散數(shù)據(jù)數(shù)列里第一個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置；尋找第二個正向過零點，記錄序列里第二個由負數(shù)轉(zhuǎn)向正數(shù)的負數(shù)值、正數(shù)值以及其在序列的位置。
全文摘要
本發(fā)明為一種電壓互感器二次壓降測量儀及其測量相角差的方法，其測量儀包括一從機，設置于一電壓互感器輸出端，獲取電壓互感器的輸出電壓；一主機，其設置于一電能表側，所述的電能表與所述的電壓互感器輸出端相連接，所述主機獲取電能表端的電壓值；一GPS定位系統(tǒng)，其分別與所述的從機和主機相鏈接，觸發(fā)所述的主機和從機同時分別對電能表端和電壓互感器輸出端的電壓進行測量，并通過無線方式將測得數(shù)據(jù)傳輸給所述的主機處理，從而獲得電壓互感器二次壓降值；所述的主機和所述的從機分別包括一模擬信號采集電路用以對電信號進行采集，其特征在于，所述的模擬信號采集電路為高速數(shù)據(jù)采集器。
文檔編號G01R35/00GK101609136SQ20081011093
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月17日 優(yōu)先權日2008年6月17日
發(fā)明者錢冠軍, 源 廖, 周曉慧 申請人:武漢華瑞測控科技有限公司