专利名称：基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法
技术领域：
本发明涉及一种工频线路参数测试仪检定装置及其检定方法，属于电力测试仪器 的校准、检定与检测领域。
背景技术：
为测量输电线路的工频线路参数，许多电力测试仪器生产厂家研制了工频线路参 数测试仪。在日常检定工作中，一般在计量检定机构对工频线路参数测试仪的零序电容、正 序电容、零序阻抗和正序阻抗测量功能进行检定，以判断该类仪器是否超差。但和众多电力 测试仪器类似，由于工频线路参数测试仪在设计上针对性较强，接口特殊，其计量特性很难 方便溯源到上级计量标准，故需研制专门的检定装置，以助对该类测试仪器开展检定工作。 以下首先对工频线路参数测试仪的典型工作原理进行介绍(参见图1. 1、图1.2、图1.3、图 1. 4)。如图1. 1所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“零序电容”进行测量的接线 图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入单相激励电源，并对注入电 流Ia和反馈电压Ua(相对Un参考点)进行采集、计算，并根据关系式Ua = 3IaX (1/j ω C0) 计算出“零序电容” Q。如图1. 2所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“正序电容”进行测量的接线 图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入三相激励电源，并对注入电 流IA、IB、Ic和反馈电压^B、UBe、UeA进行采集、计算，并根据关系式￠/ = λ/3/χ(1/计算出 “正序电容”C1,其中，U = (Uab+Ubc+Uca)/3, I = (Ia+Ib+Ic)/3。如图1. 3所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“零序阻抗”进行测量的接线 图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入单相激励电源，并对注入电 流Ia和反馈电压Ua (相对Un参考点)进行采集、计算，并根据关系式Ua = 3IaX (j ω L0+R0)， 对“零序阻抗”的零序电感分量Ltl和零序电阻分量Rtl进行计算。如图1.4所示，为工频线路参数测试仪对输电线路的“正序阻抗”进行测量的接 线图，首先由工频线路参数测试仪根据当前接线向输电线路注入三相激励电源，并对注入 电流IA、IB、Ic和反馈电压UAB、UBC, Uca进行采集、计算，并根据关系式f/ = λ/3/χ (JO)Li +代)对 “正序阻抗”的正序电感分量L1和正序电阻分量R1进行计算，其中，U= (Uab+Ubc+Uca)/3, I =(IA+L+IC)/3。如图1. 1 图1. 4所示，工频线路参数测试仪多采用“四端法”测量原理，所谓“四 端法”测量原理以图1. 1为例进行说明，图1. 1中测试电流Ia从工频线路参数测试仪的电 源激励端子A输出，经输电线路零序电容回路后经大地流回到N端子，而输电线路零序电容 回路两端的电压信号则分别经另外两条回路反馈到工频线路参数测试仪的电压输入端子 Ua和Un，上述测量过程即采用了“四端法量原理，也就是尽管被测输电线路零序电容回 路整体上看进去为二端口网络，但是工频线路参数测试仪的电流输出回路和电压测量回路分别设计了相互电气隔离的测量端子，即电流输出端子A和N、电压测量端子Ua和Un是两 组相互电气隔离的测量回路。这种“四端法”测量原理是本发明基于“虚拟复阻抗法”开展 工频线路参数测试仪检定工作的必要前提条件。根据申请人所知，目前，国内仅少数几家单位对工频线路参数测试仪开展检定工 作，采取的检定方法也为传统的“实物阻抗法”，该方法的主要特点在于以一组实物标准电 容和实物标准电阻为基础，模拟工频线路参数，用于对工频线路参数测试仪的零序电容、正 序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行检定(参见图2. 1、图2. 2、图2. 3、图2. 4)，传统 的“实物阻抗法”主要检定原理如下所述如图2. 1所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测 量功能进行检定的原理图。以经过量值溯源的精密电容Ctl作为实物标准，提供给被检工频 线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果Ccias，通过上述过 程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差Ccisil= Ccias-Ctl,进而达到了对 被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目的。如图2. 2所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测 量功能进行检定的原理图。以经过量值溯源的精密电容C1作为实物标准，提供给被检工频 线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量结果Cias，通过上述过 程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C1-= Cias-C1,进而达到了对 被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能进行检定的目的。如图2. 3所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测 量功能进行检定的原理图。传统“实物阻抗法”仅以经过量值溯源的精密电阻Rtl作为实物 标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量 结果Roas,通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差Rtl ^a=Rtl
-Rtl,进而达到了对被检工频线路参数测试仪的零序电阻分量测量功能进行检定的目的。 需要说明的是，图2. 3所示方法不能对被检工频线路参数测试仪的零序电感分量测量功能 进行检定。如图2. 4所示，为传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测 量功能进行检定的原理图。传统“实物阻抗法”仅以经过量值溯源的精密电阻R1作为实物 标准，提供给被检工频线路参数测试仪进行测量，被检工频线路参数测试仪将会得到测量 结果！^^，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电阻测量误差Risa= R1 ^is-R1,进而达到了对被检工频线路参数测试仪的正序电阻分量测量功能进行检定的目的。 需要说明的是，图2. 4所示方法不能对被检工频线路参数测试仪的正序电感分量测量功能 进行检定。如上所述，以传统“实物阻抗法”不能满足对工频线路参数测试仪全面检定的需 求，其原因主要在于以下两个方面1、通过传统的“实物阻抗法”开展工频线路参数测试仪的检定工作时，是以经过量 值溯源的精密电阻和精密电容作为实物标准，其不足主要在于检定工作需要多个实物精 密电阻和精密电容以组成不同的标准值，这样对实物标准的数量需求较大，所以实际检定 工作中实物标准的取值范围很难满足检定工频线路参数测试仪的需要；由于被检工频线路 参数测试仪的输出电流较大(往往会大于1A)，在这种情况下，相应的需要选择大容量的精密电阻和精密电容作为实物标准，而大容量的精密电阻和精密电容是不容易获得的，主要 体现在大容量电阻和电容的准确度、稳定性不易保证，所以实际检定工作中实物标准的准 确度也不能很好检定工频线路参数测试仪的需要。2、通过传统的“实物阻抗法”对工频线路参数测试仪的“零序阻抗”和“正序阻抗” 测量功能进行检定时(如图2. 3、图2. 4所示)，往往仅能对被检工频线路参数测试仪的零 序电阻分量、正序电阻分量测量功能进行检定，而不对其零序电感分量、正序电感分量进行 检定。其原因主要在于如果进一步开展零序电感、正序电感分量测量功能的检定工作，按 照传统的“实物阻抗法”的设计思路，需要添加经过量值溯源的精密电感作为实物标准，而 大容量的实物精密电感相对于实物精密电阻和实物精密电容在技术上更难设计，不仅量值 覆盖范围很难满足检定工频线路参数测试仪的需要，而且在大容量前提下，其准确度、稳定 性相对于精密电阻和精密电容更难保证。有鉴于此，有必要提供一种新的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪 检定装置及其检定方法，以克服上述问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对传统的“实物阻抗法”的不足，也就是基于该 方法不能对工频线路参数测试仪的零序电感分量、正序电感分量测量功能进行检定，同时 准确度低、量值取值范围窄的情况，基于工频线路参数测试仪的“四端法”测量原理，提出并 实现了“虚拟复阻抗法”设计思路，利用本发明可以有效解决传统的“实物阻抗法”的不足。本发明所采用的技术方案是一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试 仪检定装置，其特征在于，包括一个控制模块、三个I-V变换模块、三个虚拟复阻抗模块及 三个电压输出模块，检定装置按三相回路设计，一个I-V变换模块、一个虚拟复阻抗模块及 一个电压输出模块组成一个回路，控制模块与三个虚拟复阻抗模块分别相连，各个阻抗分 量的量值由控制模块进行配置，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和 检定装置的电流输入端子Ain、Bin、Cin、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子UA、 UB、Uc、Un分别和检定装置的电压输出端子UA。ut、UBout, Ucout、Un连接。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述控制模块包括数字 控制器件。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述I-V变换模块包括 由仪表型精密电流互感器CT、无感精密电阻Rct、精密运放组成的I"V变换电路。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述虚拟复阻抗模块包 括电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分量的产生及 幅值选择电路。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述电压输出模块包括 功率运放组成的电压跟随器和精密升压电压互感器PT。本发明还提供一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪的检定方法， 其特征在于，首先采用一个基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，包 括控制模块、I-V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪 的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子Ain、Bin, Cin, N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子队化為為分别和检定装置的电压输出端子^^队吣队-、 队连接，检定装置按三相回路设计，每相回路结构及原理相同，在A相回路中，检定装置通过 输入端子Ain接受被检工频线路参数测试仪的输入电流信号Ia，该信号首先经过I-V变换模 块并输出电压信号Ual，电压信号Ual满足关系式Ual = kCTX Ia，其中kCT为I-V变换模块中 仪表型精密电流互感器CT的固定比例系数；然后电压信号Ual经过虚拟复阻抗模块并输出 电压信号ua2，电压信号ua2满足关系式ua2 = [j kL+(l/j kc)+kE] Xual，其中‘ kc、kE为 可调比例系数，该可调比例系数由来自控制模块的A相回路控制信号sig-a分别进行控制； 然后电压信号ua2经过电压输出模块进行信号放大并最终输出电压信号UA。ut，UAout满足关 系式UA。ut = kPTXua2，其中kPT为该模块中精密升压电压互感器PT的固定比例系数，通过上 述回路，产生的输出电压信号UA。ut和输入电流信号Ia即可满足复阻抗函数关系，即UAout = kPTX kCTX [j ω kL+(l/j ω kc) +kE] X Ia，其中 A相回路可调比例系数kA = kPTX kCTX [j ω kL+(l/ j ω kc) +kE]，即检定装置实现的A相回路的“虚拟复阻抗”；在B相回路和C相回路中，工作原 理与A相回路完全相同，通过上述过程，检定装置即模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻 抗分量的量值由控制模块进行配置。其特征在于，本方法在Uan和14之间建立了“虚拟复阻 抗”函数关系，也就是模拟出了 A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即kPTXkCTX [j kL+(l/ j ω kc) +kE]，其中kPT、！是固定比例系数，kL,kc,kE是在sig-a控制下独立可调的比例系数； B相回路和C相回路的原理与A相回路完全一致，由此实现三相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复 阻抗”的电感分量、电容分量、电阻分量可独立设定。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路 参数测试仪的零序电容测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数测试仪的 电流信号IA，并根据关系式Ua = 3IaX (1/j ω C。)在Ua端子反馈出电压信号，此时被检工频 线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电容测量值Ccias，通过上述过程可计算 出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差Ccias-Ctl，进而达到了对被检工频 线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目的。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线 路参数测试仪的正序电容测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数测试 仪的电流信号ΙΑ、ΙΒ、、，并根据关系式“二^/乂…加^；；！在^队端子反馈出相应电 压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U = (UAB+UBC+UCA) /3, Ua=Ub =Uc=UI = (IA+IB+IC)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量IA、IB、I。和UA、UB、％信号并计算出正序 电容测量值Cias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C1 ^i=Cias-C1，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的正序电容测量功能进行检定的目 的。如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路 参数测试仪的零序阻抗测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数测试仪的 电流信号IA，并根据关系式Ua = 3IaX (j L0+R0)在Ua端子反馈出电压信号，此时被检工频 线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电阻分量测量值Rcias和零序电感分量测 量值Lcias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误SRcisa= Rtl aS-R。及零序电感测量误差Ltl^a=Lcias-Ltl，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的零 序阻抗测量功能进行检定的目的。
如上所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路 参数测试仪的正序阻抗测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数测试仪 的电流信号IA、IB、Ic，并根据关系式=代)在uA、uB、uc端子反馈出相应电 压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U = (UAB+UBC+UCA) /3, Ua=Ub =Uc=UI = (IA+IB+IC)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量IA、IB、I。和UA、UB、％信号并计算出正序 电阻分量Rias和正序电感分量Lias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的 正序电阻测量误差I 很差=Riws-Ri以及正序电感测量误差L1^1= Llii品-L1,进而达到了对 被检工频线路参数测试仪的正序阻抗测量功能进行检定的目的。本发明的有益效果是本发明提出并实现了“虚拟复阻抗法”设计思路，利用本发 明可以有效解决传统的“实物阻抗法”的不足，不仅可以对工频线路参数测试仪的零序电 容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行全面检定，而且本发明相对于传统的“实物 阻抗法”准确度更高、量值覆盖范围更宽、量值调节步进更细，较好满足了目前开展工频线 路参数测试仪检定工作的紧迫需要，对促使电力测试仪器向标准化、规范化方向发展有积 极推动作用。
图1. 1是工频线路参数测试仪进行“零序电容”测量的原理图。图1. 2是工频线路参数测试仪进行“正序电容”测量的原理图。图1. 3是工频线路参数测试仪进行“零序阻抗”测量的原理图。图1. 4是工频线路参数测试仪进行“正序阻抗”测量的原理图。图2. 1是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能 进行检定的原理图。图2. 2是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能 进行检定的原理图。图2. 3是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能 进行检定的原理图。图2. 4是传统“实物阻抗法”对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能 进行检定的原理图。图3是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装 置的工作接线图。图4是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装 置的内部原理图。图4. 1是图4中控制模块的原理图。图4. 2是图4中A相回路I-V变换模块加的原理图。图4. 3是图4中A相回路虚拟复阻抗模块3a的原理图。图4. 4是图4中A相回路电压输出模块如的原理图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
图中的标记1-控制模块，2a_A相回路I_V变换模块，2b_B相回路I_V变换模块， 2c-C相回路I-V变换模块，3a-A相回路虚拟复阻抗模块，北-B相回路虚拟复阻抗模块，3c_C 相回路虚拟复阻抗模块，4a-A相回路电压输出模块，4b-B相回路电压输出模块，4c-B相回 路电压输出模块，CT-仪表型精密电流互感器，PT-精密升压电压互感器参见图3所示，是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试 仪检定装置工作接线图。其工作原理为在检定过程中，将被检工频线路参数测试仪的电流 输出端子A、B、C、N分别和本发明的电流输入端子Ain、Bin, Cin, N连接，将被检工频线路参数 测试仪的电压输入端子队、队、队、队分别和本发明的电压输出端子R。ut、UB。ut、Uc。utdN连接。 主要工作方法如下当检定工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能时，本发明接受来自被检工频 线路参数测试仪的电流信号IA，并根据关系式Ua = 3IaX (1/j ω C0)在Ua端子反馈出电压信 号(相对Un参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电容 测量值Ccias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差Ccisil =Qias-Ctl，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序电容”测量功能进行检定的目 的。当检定工频线路参数测试仪的“正序电容”测量功能时，本发明接受来自被检工频 线路参数测试仪的电流信号IA、IB、Ic，并根据关系式"= λ/3/χ(1/JmCl)在UA、UB、UC端子反馈 出相应电压信号(相对Un参考点)，上述关系式和反馈电压信号满足U= (U^+Ubc+UJ/3, Ua=Ub=Uc=U/^ , I = (IA+IB+I。)/3。此时被检工频线路参数测试仪将测量IA、IB、Ic和 UA、UB、Uc信号并计算出正序电容测量值Cias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测 试仪的正序电容测量误差C1^1= C1 ^is-C1，进而达到了对被检工频线路参数测试仪的“正 序电容”测量功能进行检定的目的。当检定工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能时，本发明接受来自被检工频 线路参数测试仪的电流信号IA，并根据关系式Ua = 3ΙαΧ (」ωΙ^+ΙΟ在队端子反馈出电压 信号(相对Un参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电 阻分量测量值Roai^P零序电感分量测量值Lcias，通过上述过程可计算出被检工频线路参 数测试仪的零序电阻测量误差Rcise= Rcim-Rci及零序电感测量误差Lciaa= Lcias-Ltl，进而 达到了对被检工频线路参数测试仪的“零序阻抗”测量功能(含零序电阻分量和零序电感 分量)进行检定的目的。当检定工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能时，本发明接受来自被检工频 线路参数测试仪的电流信号ΙΑ，并根据关系式Ua = 3ΙαΧ (」ωΙ^+ΙΟ在队端子反馈出电压 信号(相对Un参考点)，此时被检工频线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电 阻分量测量值Roai^P零序电感分量测量值Lcias，通过上述过程可计算出被检工频线路参 数测试仪的零序电阻测量误差Rcise= Rcim-Rci及零序电感测量误差Lciaa= Lcias-Ltl，进而 达到了对被检工频线路参数测试仪的“正序阻抗”测量功能(含正序电阻分量和正序电感 分量)进行检定的目的。参见图4所示，是本发明实施例的基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试 仪检定装置内部原理图。本发明按三相回路设计，每相回路工作原理相同(下面以A相回 路为例进行工作原理说明)
在A相回路中，本发明通过输入端子Ain接受被检工频线路参数测试仪的输入电 流信号IA，该信号首先经过“ I-V变换模块”加并输出电压信号Ual，电压信号Ual满足关系 式ual = kCTXIa，其中kCT为该模块中仪表型精密电流互感器CT的固定比例系数；然后电 压信号Ual经过“虚拟复阻抗模块” 3a并输出电压信号ua2，电压信号ua2满足关系式ua2 = [j ω kL+(l/j ω kc) +kE] Xual，其中HkK为可调比例系数，该可调比例系数由来自“控制模 块1”的A相回路控制信号sig-a分别进行控制；然后电压信号Ua2经过“电压输出模块”4a 进行信号放大并最终输出电压信号UA。ut，UA。ut满足关系式UA。ut = kPTXua2，其中kPT为该模块 中精密升压电压互感器PT的固定比例系数。通过上述回路，产生的输出电压信号UAout和输入电流信号Ia的满足复阻抗函数 关系，即UAout = kPT X kCT X [j ω kL+(l/j ω kc) +kE] X Ia，其中A相回路可调比例系数kA = kPTXkCTX[j kL+(l/j kc)+kE]即本发明实现的A相回路的“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻 抗”幅值准确且灵活可调。在B相回路和C相回路中，工作原理与A相回路完全相同。通过上述过程，本发明 可以模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻抗分量的量值由“控制模块1”灵活配置，设置 范围广，准确度高。通过本发明实现的三相“虚拟复阻抗”不仅可对被检工频线路参数测试 仪的“零序电容”和“正序电容”测量功能进行检定，而且也能对该类试品的“零序阻抗”和 “正序阻抗”测量功能进行全面检定。参见图4. 1所示，是图4中控制模块1的原理图。本发明实施例在该模块中以的 DSP控制器件TMS320F2812为核心，该模块的主要工作任务包括接受检定人员通过人机交 互界面录入的有关控制信息(比如选择检定的功能，包括零序电容、正序电容、零序阻抗、 正序阻抗；设定具体检定参数，包括复阻抗中的电容分量、电阻分量、电感分量)。在检定人 员选择好检定功能并设定好具体检定参数后，DSP控制器件将进行相应的计算并产生比例 系数控制信号sig-a、sig-b、sig-c，其中，sig-a用来控制A相回路“虚拟复阻抗模块”加 中电感分量比例系数K、电容分量比例系数kc、电阻分量比例系数kK ；sig-b用来控制B相 回路“虚拟复阻抗模块”2b中相应的电感分量比例系数、电容分量比例系数和电阻分量比例 系数；sig-c用来控制C相回路“虚拟复阻抗模块” 2c中电感分量比例系数、电容分量比例 系数、电阻分量比例系数。参见图4. 2所示，是图4中A相回路I-V变换模块加的原理图(该图以A相回路 为例进行说明，B相回路和C相回路的工作原理相同)。本发明实施例在该模块中通过Ain、 N两个端子接受被检工频线路参数测试仪产生的A相电流信号IA，电流信号Ia经过由仪表 型精密电流互感器CT、无感精密电阻Rct、精密运放0P37组成的I-V变换电路后输出电压信 号Ual，并且电压信号Ual满足关系式ual = kCTX IA。B相回路的“I-V变换模块” 2b和C相 回路“ I-V变换模块” 2c的原理与A相回路完全一致。参见图4. 3所示，是图4中A相回路虚拟复阻抗模块3a的原理图(该图以A相回 路为例进行说明，B相回路和C相回路的工作原理与A相回路相同)。本发明实施例在该模 块中主要包括电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分 量的产生及幅值选择电路。每组回路的工作原理如下其中，电感分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“ I-V变换模块” 2a的电 压信号Ual输入给由云母精密电容Q、无感精密电阻&和精密运放0P37组成的精密微分电路，其输出电压信号为ua_u，并且ua_u满足关系式ua_u = -j ω ClRlXu31,电压信号ua_u经过 精密数字电位器AD5231进行精密分压，线性度可达0. 1 %，该回路精密数字电位器AD5231 的可调分压比例由来自“控制模块”1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分压后 的输出信号为u“2，电压信号u“2经过基于0P37组成的电压跟随器后输出电压信号ua_u。 由于该回路的可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下可任意设置，可以得到关系式 ua_L3 = "j ω KXUal，其中K为电感分量可调分压比例系数，该比例系数与Q、&相关并受比 例系数控制信号sig-a控制，由于Q、Rl是固定值，所以&在sig-a控制下可任意设置。其中，电容分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“ I-V变换模块” 2a的电 压信号Ual输入给由云母精密电容C。、无感精密电阻&和精密运放0P37组成的精密积分电 路，其输出电压为ua_cl，并且ua_cl满足关系式ua_cl = -(l/j CcRc) Xual,电压信号ua_cl经过 精密数字电位器AD5231进行精密分压，线性度可达0. 1 %，该回路精密数字电位器AD5231 的可调分压比例仍由来自“控制模块” 1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分 压后的输出信号为ua_C2，电压信号ua_C2经过基于0P37组成的电压跟随器后输出电压信号 ua_C3。由于该回路的可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下任意设置，可以得到关系 式ua_C3 = -(l/j kc) Xual，其中为电容分量可调分压比例系数，该比例系数与C。、&相 关并受比例系数控制信号sig-a控制，由于(。、&是固定值，所以k。在sig-a控制下可任意 设置。其中，电阻分量的产生及幅值选择电路中，来自前级A相“ I-V变换模块”2a的电压 信号Ual输入给由2个等值的无感精密电阻&和精密运放0P37组成的精密反相放大电路， 其输出电压为ua_K1，并且ua_K1满足关系式ua_K1 = -ual,电压信号ua_K1经过精密数字电位器 AD5231进行精密分压，线性度可达0. 1%，该回路精密数字电位器AD5231的可调分压比例 仍由来自“控制模块”1的A相回路比例系数控制信号sig-a进行控制，分压后的输出信号为 ua_E2,电压信号ua_K2经过基于0P37组成的电压跟随器后输出电压信号ua_K3。由于该回路的 可调分压比例系数可在控制信号sig-a作用下任意设置，可以得到关系式ua_K3 = -kEXual, 其中kK为电阻分量可调分压比例系数，kE在sig-a控制下可任意设置。以上产生的3路电压信号ua_u、ua_C3、ua_E3同时输入给由4个等值的无感精密电阻 R2和精密运放0P37组成的精密反相加法电路，其输出电压为ua2，并且ua2满足关系式ua2 = _(ua_L3+ua_C3+ua_K3) = _[_j okLXual_(l/j cokc) Xual_kKXual]= [jcokL+(l/jcokc)+kJ Xual = [jokL+(l/jcokc)+kJ XkCTXIA上述过程为A相回路“虚拟复阻抗模块”3a的原理，B相回路“虚拟复阻抗模块”北 和C相回路“虚拟复阻抗模块” 3c的原理与A相回路完全一致。参见图4. 4所示，是图4中A相回路电压输出模块如的原理图(该图以A相回路 为例进行说明，B相回路和C相回路的A相回路原理相同)。来自前级A相回路“虚拟复阻 抗模块” 3a的信号ua2首先经过功率运放0PA549组成的电压跟随器提高带负载能力，并输 出电压为ua3，电压信号ua3经过精密升压电压互感器PT进行电压放大，精密电压互感器PT 的电压放大倍数为kPT，输出电压信号为Uan(即本发明电压输出端子UAout、Un之间的电压)， 电压信号 Uan 满足关系式=Uan = kPTXua2 = kPTXkciX [jokL+(l/jcokc)+kJ XIA。如上所述，本发明实施例在Uan和Ia之间建立了“虚拟复阻抗”函数关系，也就是模 拟出了 A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即kPTXkCTX [j kL+(l/j kc)+kJ，其中kPT、kCT是固定比例系数，h、kc、kK是在sig-a控制下独立可调的比例系数。上述过程为A相回路 的原理，B相回路和C相回路的原理与A相回路完全一致。通过上述原理，实现了三相“虚 拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”的电感分量、电容分量、电阻分量可独立设定，准确度高，操作 便捷，可代替传统的“实物阻抗法”开展工频线路参数测试仪的检定工作。
权利要求
1.一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于，包括 一个控制模块、三个I-V变换模块、三个虚拟复阻抗模块及三个电压输出模块，检定装置按 三相回路设计，一个I-V变换模块、一个虚拟复阻抗模块及一个电压输出模块组成一个回 路，控制模块与三个虚拟复阻抗模块分别相连，各个阻抗分量的量值由控制模块进行配置， 被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子Ain、 Bin、Cin、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子UA、UB、U。、UN分别和检定装置的电 压输出端子UA。ut、UBout, Ucou0 Un连接。
2.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述控制模块 包括数字控制器件。
3.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述I-V变换 模块包括由仪表型精密电流互感器CT、无感精密电阻RCT、精密运放组成的I-V变换电路。
4.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述虚拟复阻 抗模块包括电感分量的产生及幅值选择电路、电容分量的产生及幅值选择电路、电阻分量 的产生及幅值选择电路。
5.根据权利要求1所述的工频线路参数测试仪检定装置，其特征在于所述电压输出 模块包括功率运放组成的电压跟随器和精密升压电压互感器PT。
6.一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪的检定方法，其特征在于，首 先采用一个基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置，包括控制模块、 I-V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子 A、B、C、N分别和检定装置的电流输入端子Ain、Bin、Cin、N连接，被检工频线路参数测试仪的电 压输入端子UA、UB、UC、UN分别和检定装置的电压输出端子UA。ut、UB。ut、Uc。ut、UN连接，检定装置 按三相回路设计，每相回路结构及原理相同，在A相回路中，检定装置通过输入端子Ain接受 被检工频线路参数测试仪的输入电流信号IA，该信号首先经过I-V变换模块并输出电压信 号Ual，电压信号Ual满足关系式ual = kCTXIa，其中I-V变换模块中仪表型精密电流互 感器CT的固定比例系数；然后电压信号Ual经过虚拟复阻抗模块并输出电压信号ua2，电压 信号ua2满足关系式ua2 = [j kd(l/jcokc)+kK]Xual，其中kpkc、kK*可调比例系数，该可 调比例系数由来自控制模块的A相回路控制信号sig-a分别进行控制；然后电压信号ua2经 过电压输出模块进行信号放大并最终输出电压信号UAout, UAout满足关系式UA。ut = kPTXua2, 其中kPT为该模块中精密升压电压互感器PT的固定比例系数，通过上述回路，产生的输出电 压信号UA。ut和输入电流信号Ia即可满足复阻抗函数关系，即UAout = kPTXkciX [j kL+(l/ j ω kc) +kE] X Ia，其中 A 相回路可调比例系数 kA = kPTX kCTX [j ω kL+(l/j ω kc) +kE]，即检定 装置实现的A相回路的“虚拟复阻抗”；在B相回路和C相回路中，工作原理与A相回路完全 相同，通过上述过程，检定装置即模拟出三相“虚拟复阻抗”，并且各个阻抗分量的量值由控 制模块进行配置。其特征在于，本方法在Uan和Ia之间建立了“虚拟复阻抗”函数关系，也就 是模拟出了 A相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”即kPTXkCTX [j ω kL+(l/j ω kc) +kE]，其中 kPT、kCT是固定比例系数，kL, kc, kE是在sig-a控制下独立可调的比例系数；B相回路和C相 回路的原理与A相回路完全一致，由此实现三相“虚拟复阻抗”，该“虚拟复阻抗”的电感分 量、电容分量、电阻分量可独立设定。
7.根据权利要求6所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对工频线路参数测试仪的零序电容测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数 测试仪的电流信号IA，并根据关系式Ua = 3IaX (l/j C0)在Ua端子反馈出电压信号，此时 被检工频线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电容测量值Ccias，通过上述过 程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电容测量误差Cciaa= Ccias-Cc^
8.根据权利要求6所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对 工频线路参数测试仪的正序电容测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数 测试仪的电流信号IA、IB、I。，并根据关系式" =在UA、UB、UC端子反馈出相应电压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U = (Uab+Ubc+Uca)/3, Ua=Ub=Uc=U/S Λ = (IA+IB+IC)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量IA、IB、I。和UA、UB、％信号并计算出正序 电容测量值Cias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的正序电容测量误差C1误差=C1Ks-C1O
9.根据权利要求6所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对 工频线路参数测试仪的零序阻抗测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数 测试仪的电流信号IA，并根据关系式Ua = 3IaX (j L0+R0)在Ua端子反馈出电压信号，此时 被检工频线路参数测试仪将测量Ia和Ua信号并计算出零序电阻分量测量值Rcias和零序电 感分量测量值Lcias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的零序电阻测量误差 Rosm= Rq试品-Rq及零序电感测量误差Ltlfta= Ltl试品-L0。
10.根据权利要求6所述的工频线路参数测试仪检定装置的检定方法，其特征在于，对 工频线路参数测试仪的正序阻抗测量功能进行检定的方法是接受来自被检工频线路参数 测试仪的电流信号IA、IB、Ic，并根据关系式￠/ = λ/3/χ(7< +代)在UA、UB、Uc端子反馈出相 应电压信号，上述关系式和反馈电压信号满足U= (UAB+UBC+UCA) /3, UA=UB =Uc=UlS^ I = (IA+IB+IC)/3，此时被检工频线路参数测试仪将测量IA、IB、I。和UA、UB、％信号并计算出正序 电阻分量Rias和正序电感分量Lias，通过上述过程可计算出被检工频线路参数测试仪的 正序电阻测量误差队误差=Rim-R1以及正序电感测量误差Liaa= Lliis-L10
全文摘要
本发明提供一种基于“虚拟复阻抗法”实现的工频线路参数测试仪检定装置及检定方法，包括控制模块、I-V变换模块、虚拟复阻抗模块及电压输出模块，被检工频线路参数测试仪的电流输出端子A、B、C、N分别和本装置的电流输入端子Ain、Bin、Cin、N连接，被检工频线路参数测试仪的电压输入端子UA、UB、UC、UN分别和本装置的电压输出端子UAout、UBout、UCout、UN连接。本发明不仅可以对工频线路参数测试仪的零序电容、正序电容、零序阻抗、正序阻抗测量功能进行全面检定，而且相对于传统的“实物阻抗法”准确度更高、量值覆盖范围更宽、量值调节步进更细，较好满足了目前工频线路参数测试仪检定工作的需要。
文档编号G01R35/00GK102081150SQ20101056647
公开日2011年6月1日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者张军, 朱琦, 王斯琪, 王旭, 陈习文, 陈自年, 雷民 申请人:国网电力科学研究院