智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置，包括三相可編程電源，電子式互感器，合并單元，霍爾傳感器以及控制工作站。本實用新型采用輸出電壓波形可調(diào)制的三相功率電源，實現(xiàn)帶有編碼信息的電壓輸出，由霍爾傳感器記錄相應(yīng)波形編碼時序；同時控制工作站檢測記錄被測電子式電流互感器及合并單元的相應(yīng)輸出信號，與霍爾傳感器記錄的波形編碼時序比較，得到該互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的絕對延時。本實用新型基于波形調(diào)制技術(shù)，通過調(diào)制產(chǎn)生帶編碼信息的波形，能明確的確定信號的起始點，不但對整周波的延時問題可以精確檢測，而且可以同時檢測電流和電壓的相位差。
【專利說明】智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電子式互感器具有暫態(tài)范圍大、體積小、質(zhì)量輕、輸出信號可直接輸入微機化計量及保護設(shè)備接口等優(yōu)點。電子式互感器的高壓側(cè)與低壓側(cè)無電氣連接，大大簡化了絕緣結(jié)構(gòu)，提高了絕緣性能，是電子式電流互感器與傳統(tǒng)電流互感器相比最為顯著的優(yōu)勢，在智能電網(wǎng)的建設(shè)過程中電子式互感器及合并單元作為智能變電站中的關(guān)鍵設(shè)備，將會逐步取代傳統(tǒng)電磁式互感器。
[0003]電子式互感器類型主要包括:無源型電子式互感器、光學(xué)電流互感器、羅氏線圈型電子式電流互感器、采用分壓原理的電子式電壓互感器，其共同的基本原理都是將實際的電流、電壓模擬信號通過不同形式的變換和數(shù)據(jù)采集處理，最后輸出數(shù)字信號。目前在智能變電站采用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由模擬量感應(yīng)環(huán)節(jié)、A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)組成，其中還包括數(shù)據(jù)傳輸過程，因此實際的模擬量信號與最終數(shù)字量輸出該信號之間必然存在一個延時，即輸出絕對延時。輸出絕對延時的大小，會直接影響到電力系統(tǒng)檢測、計量、監(jiān)控、繼電保護等裝置的正常工作，嚴重時將引起繼電保護裝置的誤動或拒動，造成電網(wǎng)事故的發(fā)生和擴大，因此對于智能變電站必須對電子式互感器及合并單元構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時進行檢測，判斷其是否滿足計量及繼電保護等相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。
[0004]智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸出為數(shù)字量，無法通過示波器等傳統(tǒng)方法進行時間測試?，F(xiàn)在通常的測試方法是:利用標準電壓源和電流源，通過標準電壓互感器和電流互感器采樣后，再與被測電子式互感器合并單元輸出信號進行比較得到被測系統(tǒng)的延時量。采用該方法進行測試需要另外加裝調(diào)試接口，如標準互感器和同步信號源，現(xiàn)場操作復(fù)雜，且該方法沒有考慮電子式互感器感應(yīng)器件和傳輸?shù)难訒r，測試結(jié)果不夠準確；另外當(dāng)電流、電壓采集系統(tǒng)延時為整周波時，由于無法確定波形的起始點，因此目前通常的方法無法檢測，對電流和電壓的相位差也無法檢測。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置，解決現(xiàn)有技術(shù)絕對延時測試結(jié)果不夠準確；當(dāng)電流、電壓采集系統(tǒng)延時為整周波時無法檢測；以及電流和電壓的相位差無法檢測的問題。
[0006]一種智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置，包括電子式互感器、合并單元、光纖，電子式互感器的輸出端通過光纖與合并單元的輸入端連接，其特征在于:還包括三相可編程電源、霍爾傳感器及控制工作站，三相可編程電源、霍爾傳感器、電子式互感器依次連接，三相可編程電源的控制端與控制工作站的控制信號輸出端連接，霍爾傳感器的輸出端與控制工作站的一個輸入端連接，合并單元的輸出端與控制工作站的另一個輸入端連接。
[0007]如上所述的絕對延時檢測裝置，三相可編程電源包括一個三相隔離變壓器及與三相隔離變壓器的輸出端連接的三個逆變功率單元，A、B、C三相電壓經(jīng)過三相隔離變壓器分別送入對應(yīng)的逆變功率單元,所述逆變功率單元包括依次連接的不控整流電路、buck斬波電路、SPWM逆變電路及電壓、電流濾波電路。
[0008]本實用新型通過可編程功率電源可產(chǎn)生間斷正弦波、方波、等多種不同的脈寬、幅值、頻率可控功率信號作為電子式互感器的輸入量，以便在不同信號下測得延時進行對比分析，從而保證了測量的準確性；由于通過可編程功率電源產(chǎn)生帶編碼信息的調(diào)制電壓、電流波形，從而能夠準確地記錄電流電壓量的有效起始位置，確定智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本實用新型智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2是本實用新型檢測裝置中控制工作站的功能模塊圖；
[0011]圖3是本實用新型檢測裝置中三相可編程電源的電路框圖；
[0012]圖4是圖2所不二相可編程電源中逆變功率單兀的電路原理圖；
[0013]圖5是本實用新型三相可編程電源輸出的編碼正弦波的示意圖；
[0014]圖6是利用本實用新型進行智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測的方法流程示意圖；
[0015]圖7是本實用新型霍爾傳感器的模擬輸出的A/D采樣信號與合并單元輸出的數(shù)字信號的波形時序?qū)Ρ仁疽鈭D。
[0016]圖中:1 一三相可編程電源，2—霍爾傳感器，3—電子式互感器，4一控制工作站，
5—合并單元，6—光纖，7—指令波形生成模塊，8—模擬信號采集模塊，9一合并單元接收模土夾，10—設(shè)定模塊，11 一數(shù)據(jù)分析模塊，12—顯示模塊，13—三相隔離變壓器，14 一逆變功率單元，15—不控整流電路，16—buck斬波電路，17—SPWM逆變電路，18 —電壓、電流濾波電路。
【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。
[0018]圖1所示為本實用新型智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述檢測裝置包括三相可編程電源1、霍爾傳感器2、電子式互感器3、控制工作站4、合并單元5以及光纖6。三相可編程電源1、霍爾傳感器2、電子式互感器3依次連接，三相可編程電源I的控制端與控制工作站4的控制信號輸出端連接，霍爾傳感器2的輸出端與控制工作站4的一個輸入端連接，電子式互感器3的輸出端通過光纖6與合并單兀5的輸入端連接，合并單元5的輸出端與控制工作站4的另一個輸入端連接。
[0019]三相可編程電源I從電網(wǎng)獲取能量，接收來自控制工作站4的指令，輸出指定波形的電壓和電流?；魻杺鞲衅?的輸出的模擬信號作為檢測延時的標準信號，輸入控制工作站4的一個輸入端；電子式互感器3采集的電壓和電流信號經(jīng)過處理后，通過光纖6傳送至合并單元5?？刂乒ぷ髡?的另一輸入端采集來自合并單元5的信號，并將其與接收的所述標準信號進行對比分析，得出絕對延時At。
[0020]參見圖2，所述控制工作站4包括指令波形生成模塊7、模擬信號采集模塊8、合并單元接收模塊9、設(shè)定模塊10、數(shù)據(jù)分析模塊11以及顯示模塊12。
[0021]所述指令波形生成模塊7，與三相可編程電源I的控制端連接，用于發(fā)出編碼指令信號使三相可編程電源I輸出指定波形的電壓和電流(即帶有編碼信息的調(diào)制電壓和調(diào)制電流信號)，所述編碼指令信號通過所述控制工作站4的控制信號輸出端傳輸給三相可編程電源I的控制端；
[0022]所述模擬信號采集模塊8，用于接收來自霍爾傳感器2傳來的模擬信號，并將上述模擬信號經(jīng)A/D采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；
[0023]所述合并單元接收模塊9，用于接收合并單元5傳來的數(shù)字信號；
[0024]所述設(shè)定模塊10，用于實現(xiàn)對整個檢測系統(tǒng)參數(shù)和功能的設(shè)定，通過人機界面，設(shè)置包括三相可編程電源的編碼指令、數(shù)據(jù)幀待測通道的選擇、測試裝置延時的設(shè)定、延時信息顯示及電流電壓相位差顯示的參數(shù)設(shè)定，并將參數(shù)信息下傳至三相可編程電源控制板及數(shù)據(jù)分析模塊11以實現(xiàn)相應(yīng)功能；
[0025]所述數(shù)據(jù)分析模塊11，與模擬信號采集模塊8和合并單元接收模塊9連接，用于接收來自模擬信號采集模塊8傳送的經(jīng)A/D采樣的數(shù)字信號和合并單元接收模塊9傳送的數(shù)字信號，將模擬信號采集模塊8傳送的經(jīng)A/D采樣的數(shù)字信號后和合并單元接收模塊9傳送的數(shù)字信號進行插值算法后對比分析，得出絕對延時At，具體過程詳見下文測試方法工作流程；
[0026]所述數(shù)據(jù)分析模塊11，還用于對合并單元5輸出的電壓、電流經(jīng)插值算法密化后的數(shù)據(jù)進行標么值化，將電壓每個數(shù)據(jù)點的值除以電壓的幅值，電流每個數(shù)據(jù)點的值除以電流的幅值，然后參照步驟g中的波形匹配方法，電壓數(shù)據(jù)由工作站時鐘to起始后的波形與電流數(shù)據(jù)工作站時鐘ti起始后的波形相匹配，則to與tl的時間差對應(yīng)電壓、電流的數(shù)據(jù)的相對延時量，可由工頻50Hz周期換算成電壓電流的相位差。
[0027]所述顯示模塊12，與所述數(shù)據(jù)分析模塊11連接，用于實時顯示絕對延時At的數(shù)據(jù)表和曲線圖。
[0028]參見圖3，三相可編程電源I包括一個三相隔離變壓器13及與三相隔離變壓器13的輸出端連接的三個逆變功率單元14。A、B、C三相電壓經(jīng)過三相隔離變壓器13分別送入對應(yīng)的逆變功率單元14,對三相信號進行分相處理，即每相接一個逆變功率單元14,逆變功率單元14間采用同步光纖連接，逆變功率單元14內(nèi)部采用交直交變頻電路，通過交直交變頻電路可以實現(xiàn)信號的調(diào)頻調(diào)相調(diào)幅等功能，三相信號依次延遲120°相位，產(chǎn)生三相可控脈寬電壓、電流信號。
[0029]參見圖4,所述逆變功率單元14主要包括四部分:不控整流電路15、buck斬波電路16、SPWM逆變電路17、電壓、電流濾波電路18。市電經(jīng)過不控整流電路15實現(xiàn)了交流到直流的轉(zhuǎn)換，對可控電源輸出電壓的調(diào)節(jié)一般有對輸出交流電壓直接調(diào)壓和對逆變部分輸入直壓進行調(diào)節(jié)兩種方法，本實施例采用調(diào)直壓的方法，在buck斬波電路16環(huán)節(jié)，對直流電壓進行降壓處理，電路經(jīng)過降壓處理后，經(jīng)過采用SPWM調(diào)制方式的逆變電路17，輸出可編碼的交流電源波形，交流電再經(jīng)過電壓、電流濾波電路18生成符合控制工作站指令的可控電壓、電流波形(即所述帶有編碼信息的電壓和電流)。
[0030]參見圖5，編碼正弦波產(chǎn)生過程如下:首先，控制工作站4按照所需產(chǎn)生的正弦波形式發(fā)出編碼指令給三相可編程電源1，具體的，采用SPWM調(diào)制方式，將所需產(chǎn)生的正弦波作為參考信號，與載波比較后，產(chǎn)生編碼指令，編碼指令實質(zhì)是一系列編碼脈沖，控制圖4中SPWM逆變電路17的IGBT的通斷，從而產(chǎn)生編碼正弦波。圖示產(chǎn)生正弦波為頻率為50Hz，幅值為100V的正弦波，并按照一個周波正弦，一個周波0，兩個周波正弦，2個周波0，三個周
波正弦，三個周波0......的方式進行編碼所得，以零電平為標識實現(xiàn)對波形位置的唯一
性判定。
[0031]參見圖6，工作流程包括:配置測試回路、系統(tǒng)出初始化、現(xiàn)場檢測、生成監(jiān)測結(jié)果等。首先，接入上位機(即控制工作站4)，連接好電路，合上電源后對系統(tǒng)進行調(diào)試，調(diào)試完畢，對控制工作站4的合并單元接收模塊9、模擬信號采集模塊8、顯示模塊12、數(shù)據(jù)分析模塊11進行初始化，同時進行指令波形等參數(shù)的設(shè)置。初始化及設(shè)置完成后，合上電源，系統(tǒng)自動完成可控脈寬波形生成、信號同步采集以及波形的對比分析，最終得到實時絕對延時數(shù)據(jù)，生成實時數(shù)據(jù)表并通過顯示屏顯示。
[0032]所述測試方法工作流程如下:
[0033]a.三相可編程電源I按照控制工作站4控制指令的要求輸出幅值、相位和頻率可調(diào)的電壓、電流(即所述帶有編碼信息的調(diào)制電壓和調(diào)制電流信號)；
[0034]b.通過霍爾傳感器2檢測三相可編程電源I輸出經(jīng)過調(diào)制后的編碼波形，將采集的電壓信號作為電壓標準信號u0，采集的電流信號作為電流標準信號i0，經(jīng)過模擬信號采集模塊內(nèi)的A/D采樣器高速`采樣，存儲至控制工作站4，所有采集的電壓信號、電流信號按工作站時鐘打時標；
[0035]c.三相可編程電源I輸出的模擬量電流、電壓信號通過電子式互感器3，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，輸出為數(shù)字信號，并經(jīng)過光纖6將數(shù)據(jù)送至合并單元(MU) 5;
[0036]d.合并單元5接收來自電子式互感器3采集輸出的數(shù)字電壓、電流信號，將上述數(shù)字電壓、電流信號按照IEC60044-8標準規(guī)定的幀格式送至控制工作站4 ；
[0037]e.控制工作站4將合并單元5傳來的數(shù)字電壓、電流信號按統(tǒng)一時鐘頻率進行存儲，同時記錄從霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣的電壓、電流標準信號；
[0038]f.控制工作站4的數(shù)據(jù)分析模塊11對電子式互感器3采集后經(jīng)合并單元5輸出的數(shù)字電壓、電流信號按統(tǒng)一時鐘頻率進行線性或拉格朗日插值算法還原處理，將其插值為與霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣相同采樣率的數(shù)據(jù)組，并與霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣的電壓、電流標準信號數(shù)據(jù)按工作站時鐘順序共同儲存，供g步驟延時計算使用。；
[0039]g.數(shù)據(jù)分析模塊11對上步經(jīng)處理過的合并單元5輸出的數(shù)據(jù)與霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣的數(shù)據(jù)進行對比匹配，得出霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣的數(shù)據(jù)和合并單元5的數(shù)據(jù)之間的電壓、電流波形對應(yīng)關(guān)系，如圖7所示，霍爾傳感器2采集的經(jīng)A/D采樣的數(shù)據(jù)儲存在內(nèi)存A，合并單元5的數(shù)據(jù)儲存在內(nèi)存B，通過工作站時鐘同步兩者數(shù)據(jù)起始時間，通過編碼特征可完成兩者數(shù)據(jù)的匹配對應(yīng)關(guān)系，即aO后數(shù)據(jù)與bn后數(shù)據(jù)匹配，aO對應(yīng)工作站時鐘tO，bn對應(yīng)工作站時鐘tl，對比分析上述兩者數(shù)據(jù)匹配點的時間差可計算出兩者波形的絕對延時:即Δ?=?1-?0_ξ?, Δ t即為被測設(shè)備的絕對延時，ξ t為測試儀延時，包括絕對延時檢測裝置內(nèi)部高速A/D采樣的延時，以及硬件信號處理延時，為固定可測值。然后將兩組波形數(shù)據(jù)送給控制工作站4的顯示模塊12進行顯示；數(shù)據(jù)分析模塊11的數(shù)據(jù)接收部分同時對模擬量輸出量和MU數(shù)字量裝箱(將數(shù)據(jù)采集裝入內(nèi)存指定區(qū)域)，按照控制工作站統(tǒng)一時鐘頻率儲存，通過工作站內(nèi)部時鐘實現(xiàn)模擬輸出量與MU數(shù)字量的同步，方法如f所述，不依賴被測設(shè)備對時系統(tǒng)。
[0040]指令波形生成模塊7調(diào)制生成類如圖5所示編碼波，給測試波形進行標識，解決差整數(shù)次波形帶來的誤差。
[0041]h.通過指令波形生成模塊7設(shè)定三相可編程電源I輸出電壓、電流同相位的工頻測試信號，經(jīng)上述b到f過程，對合并單元輸出的電壓、電流經(jīng)插值算法密化后的數(shù)據(jù)進行標幺值化，將電壓每個數(shù)據(jù)點的值除以電壓的幅值，電流每個數(shù)據(jù)點的值除以電流的幅值，然后參照g中的波形匹配方法，電壓數(shù)據(jù)由工作站時鐘to起始后的波形與電流數(shù)據(jù)工作站時鐘ti起始后的波形相匹配，則to與tl的時間差對應(yīng)電壓、電流的數(shù)據(jù)的相對延時量，可由工頻50Hz周期換算成電壓電流的相位差；
[0042]1.完成測試報告，結(jié)束測試工作。
【權(quán)利要求】
1.一種智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置，包括電子式互感器(3)、合并單兀(5)、光纖(6),電子式互感器(3)的輸出端通過光纖(6)與合并單兀(5)的輸入端連接，其特征在于:還包括三相可編程電源(I )、霍爾傳感器(2)及控制工作站(4)，三相可編程電源(I)、霍爾傳感器(2)、電子式互感器(3)依次連接，三相可編程電源(I)的控制端與控制工作站(4)的控制信號輸出端連接，霍爾傳感器(2)的輸出端與控制工作站(4)的一個輸入端連接，合并單元(5)的輸出端與控制工作站(4)的另一個輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能變電站互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)絕對延時檢測裝置，其特征在于:三相可編程電源(I)包括一個三相隔離變壓器(13)及與三相隔離變壓器(13)的輸出端連接的三個逆變功率單元(14)，A、B、C三相電壓經(jīng)過三相隔離變壓器(13)分別送入對應(yīng)的逆變功率單元(14),所述逆變功率單元(14)包括依次連接的不控整流電路(15)、buck斬波電路(16 )、SPWM逆變電路(17 )及電壓、電流濾波電路(18 )。
【文檔編號】G01R35/00GK203385846SQ201320528116
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月28日
【發(fā)明者】陶騫, 王晉, 崔一鉑, 游力, 孫建軍 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院