电子式电流互感器谐波准确度整体检测方法和检测装置与流程

本发明涉及电气测量领域，具体地说，是一种高压大电流的电子式电流互感器谐波准确度整体检测方法和检测装置。

背景技术：

随着电网和电力电子技术的不断发展，越来越多的电力电子技术应用于电力系统。铁路、冶金、化工等行业的迅速发展与规模扩张，也使得电网中的非线性负荷的比重不断攀升。这些都将在电网中产生谐波。谐波对计量、品质测量和继电保护皆有较大的危害。

谐波治理的首要任务是谐波测量。电子式互感器有频带宽、响应快、不饱和等优点，是电力系统参数测量的基础设备，是谐波测量的直接手段，在新一代智能变电站的建设中得到了广泛的应用。因此，电子式互感器谐波准确度的测量技术得到广泛关注。随之而来的，电子式互感器谐波准确度的检测手段也成为本专业的热点。而目前针对谐波测量的研究都只限于低电压小电流二次侧输入检测和谐波校验仪的仪器仪表研发，对电子式互感器型式试验中谐波测量准确度的检测手段尚属空白。电子式电流互感器谐波准确度检测试验是国家标准GB/T 20840.8-2007《电子式电流互感器》中规定的型式试验项目，国内只有两家机构具备电子式互感器型式试验资质，一家为西安高电压研究所，另外一家为中国电力科学研究院武汉分院，迄今为止这两家机构，尚不具备该项试验整体校验能力。目前所采用的测量方法均限于低电压小电流二次侧输入检测和谐波校验仪的仪器仪表研发。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高压大电流的电子式电流互感器谐波准确度整体检测方法和检测装置，可以实现电子式电流互感器的谐波准确度整体校验，满足电子式互感器型式试验检测，真实有效地检测出电子式电流互感器的谐波测量能力。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电子式电流互感器谐波准确度整体检测方法，包括：

A、将交直流稳态源、标准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器三者电连接形成一次回路；其中，所述交直流稳态源用于产生谐波大电流，所述标准谐波电流传感器用于将交直流稳态源输出的一次大电流转换为小电流小电压信号；所述标准谐波电流传感器输出的小电流小电压信号经数据采集单元转换为数字信号后，与所述待测电子式电流互感器的输出端共同接入到谐波校验计算单元中；

B、用同一个外部触发信号同时触发待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出；采集受外部触发信号触发后的待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出；

C、将采集获得的和待测电子式电流互感器输出的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差，完成对待测电子式电流互感器的谐波测量准确度整体校验。

进一步地，所述步骤A中，标准谐波电流传感器由标准谐波电流比较仪和无感标准电阻构成；由标准谐波电流比较仪将交直流稳态源输出的一次大电流转换为小电流，再由无感标准电阻转化为小电压信号。

进一步地，所述步骤A中，所述无感标准电阻输出的小电压信号经过数据采集卡转换为数字信号。

进一步地，所述步骤B中，当接收到触发信号后，数据采集卡采集标准谐波电流比较仪输出的信号并输出给所述谐波校验计算单元；同时，网卡采集待测电子式电流互感器的数字量输出信号，解析数据帧内容，寻找触发信号起始数据，并输出给所述谐波校验计算单元。

进一步地，所述步骤C中，所述谐波校验计算单元根据所述数据采集卡的输出计算标准谐波电流传感器输出有效值和相位值，根据所述网卡的输出计算待测电子式电流互感器输出有效值和相位值；根据上述获得的准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的输出有效值和相位值，计算出误差和角差。

进一步地，所述步骤A中，由标准谐波电流比较仪将交直流稳态源输出的一次大电流转换后的小电流为0-1A。

本发明还提供了一种电子式电流互感器谐波准确度整体检测装置，包括：

交直流稳态源，用于产生谐波大电流；

标准谐波电流传感器，与所述交直流稳态源及待测电子式电流互感器电连接形成一次回路，用于将所述交直流稳态源产生的谐波大电流换为小电流小电压信号；

数据采集单元，用于将所述标准谐波电流传感器转换后的小电流小电压信号转换为数字信号；

外部触发信号生成单元，用于生成外部触发信号，并使用所述外部触发信号同时触发待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出，从而在同一时间取得一次电流的两种样本；

谐波校验计算单元，用于接收受外部触发信号触发后的由标准谐波电流传感器输出并经所述数据采集单元转换后的数字信号及待测电子式电流互感器的输出，并将采集获得的和待测电子式电流互感器输出的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差，完成对待测电子式电流互感器的谐波测量准确度整体校验。

进一步地，所述标准谐波电流传感器包括标准谐波电流比较仪和无感标准电阻，其中所述标准谐波电流比较仪用于将所述交直流稳态源产生的谐波大电流换为小电流，所述无感标准电阻用于将所述标准谐波电流比较仪的小电流转换小电压信号。

进一步地，所述谐波校验计算单元包括工控机和同步时钟，其中，所述工控机用于将标准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差；所述同步时钟用于实现谐波电流样本的同步采样。

进一步地，所述标准谐波电流比较仪还用于检测到所述交直流稳态源输出的大电流变化时，将所述变化反馈给所述交直流稳态源，以控制交直流稳态源输出的电流稳定。

本发明的电子式电流互感器谐波准确度整体校验方法及装置，可以实现电子式电流互感器的谐波准确度整体校验，满足电子式互感器型式试验检测，真实有效地检测出电子式电流互感器的谐波测量能力，满足国家标准的要求。

附图说明

图1是本发明的电子式电流互感器谐波准确度整体校验方法的流程图。

图2是本发明的电子式电流互感器谐波准确度整体校验装置的原理图。

图3是本发明的校验装置的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

根据国标GB/T 20840.8中数字量输出型电子式互感器的准确度要求与模拟量输出型电子式互感器的相同，准确度要求如表1所示。

表1 功率计量用电子式互感器误差限制：

按照计量检定规程的要求，标准装置的实际误差应不大于被检试品误差限值的1/5，结合表1的数据可知，对电子式电流互感器的谐波测量准确度进行测定的标准装置的误差限值如表2所示，可满足所有准确度等级的电子式电流互感器谐波整体校验。

表2 对谐波测量准确度进行测定的标准系统的误差限值：

以0.2级电子式电流互感器校准为例，其传感器要求准确度最高的2～4次谐波下比差准确度为2%，按照计量检定规程的要求，标准装置的实际误差应不大于被检试品误差限值的1/5，即0.5%。检测系统误差构成环节主要为准谐波电流传感器，信号采集卡和误差理论算法。为保证校验系统的准确度，将误差分配如下：电流标准传感器0.2%，信号采集卡和误差理论算法的误差为0.3%。

为了满足上述标准，如图1所示，本发明的电子式电流互感器谐波准确度整体检测方法，包括：

步骤101：将交直流稳态源、标准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器三者电连接形成一次回路；其中，所述交直流稳态源用于产生谐波大电流，所述标准谐波电流传感器用于将交直流稳态源输出的一次大电流转换为小电流小电压信号；所述标准谐波电流传感器输出的小电流小电压信号经数据采集单元转换为数字信号，与所述待测电子式电流互感器的输出端共同接入到谐波校验计算单元中；

步骤102：用同一个外部触发信号同时触发待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出；采集受外部触发信号触发后的待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出；

步骤103：将采集获得的和待测电子式电流互感器输出的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差，完成对待测电子式电流互感器的谐波测量准确度整体校验。

其中，所述步骤101中，标准谐波电流传感器由标准谐波电流比较仪和无感标准电阻构成；由标准谐波电流比较仪将交直流稳态源输出的一次大电流转换为小电流，再由无感标准电阻转化为小电压信号。

优选地，所述步骤101中，所述无感标准电阻输出的小电压信号经过数据采集卡转换为数字信号。

所述步骤102中，当接收到触发信号后，数据采集卡采集标准谐波电流比较仪输出的信号并输出给所述谐波校验计算单元；同时，网卡采集待测电子式电流互感器的数字量输出信号，解析数据帧内容，寻找触发信号起始数据，并输出给所述谐波校验计算单元。所述步骤103中，所述谐波校验计算单元根据所述数据采集卡的输出计算标准谐波电流传感器输出有效值和相位值，根据所述网卡的输出计算待测电子式电流互感器输出有效值和相位值；根据上述获得的准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的输出有效值和相位值，计算出误差和角差。

优选地，所述步骤101中，由标准谐波电流比较仪将交直流稳态源输出的一次大电流转换后的小电流为0-1A。

如图2所示，本发明的电子式电流互感器谐波准确度整体检测装置，包括：

交直流稳态源，用于产生谐波大电流；

标准谐波电流传感器，与所述交直流稳态源及待测电子式电流互感器电连接形成一次回路，用于将所述交直流稳态源产生的谐波大电流换为小电流小电压信号；

数据采集单元，用于将所述标准谐波电流传感器转换后的小电流小电压信号转换为数字信号；

外部触发信号生成单元，用于生成外部触发信号，并使用所述外部触发信号同时触发待测电子式电流互感器的输出和标准谐波电流传感器的输出，从而在同一时间取得一次电流的两种样本；

谐波校验计算单元，用于接收受外部触发信号触发后的由标准谐波电流传感器输出并经所述数据采集单元转换后的数字信号及待测电子式电流互感器的输出，并将采集获得的和待测电子式电流互感器输出的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差，完成对待测电子式电流互感器的谐波测量准确度整体校验。

其中，所述标准谐波电流传感器包括标准谐波电流比较仪和无感标准电阻，其中所述标准谐波电流比较仪用于将所述交直流稳态源产生的谐波大电流换为小电流，所述无感标准电阻用于将所述标准谐波电流比较仪的小电流转换小电压信号。

其中，所述谐波校验计算单元包括工控机和同步时钟，其中，所述工控机用于将标准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的时间相关数组和电流值离散数组进行傅立叶变换计算出误差和角差；所述同步时钟用于实现谐波电流样本的同步采样。

优选地，所述标准谐波电流比较仪还用于检测到所述交直流稳态源输出的大电流变化时，将所述变化反馈给所述交直流稳态源，以控制交直流稳态源输出的电流稳定。

本发明中标准谐波电流比较仪既为标准谐波电流传感器的一部分，又为交直流稳态源的反馈部件。当大电流变化时，通过标准谐波电流比较仪把大电流检测出来后，控制电流源的输出电流，形成闭环系统，从而使得大电流达到稳定的目的。标准谐波电流比较仪还把大电流按比例地变为小电流，接入感标准电阻获得小电压信号，作为谐波测试系统的标准电流传感头。

本装置的谐波校验计算单元包括数据采集卡，工控机和同步时钟，实施谐波电流样本的同步采样和幅值误差、相位误差计算。

上述电子式电流互感器谐波准确度整体检测装置的工作流程如图3所示，首先进行初始化，然后设置触发参数、采样参数。本发明的谐波电流源具体参数设计为输出交流0—1000A，输出电压最大值5V，频率50Hz—1000Hz的标准稳流源，电流稳定度优于1×10-4A/2分钟。交流电流比例标准参数为额定一次电流1000A，输出频率50Hz-1000Hz.额定二次电流 1A，比例准确度5×10-5，工作频率50Hz—1000Hz。标准电阻器参数为额定电流1A 准确度0.01级。频率0—1kHz。

当接收到触发信号后，采集卡采集信号，继而，计算标准谐波电流传感器输出有效值和相位值，同时，网卡采集待测电子式电流互感器的数字量输出信号，解析数据帧内容，寻找触发信号起始数据，继而，计算待测电子式电流互感器输出有效值和相位值；根据上述获得的准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的输出有效值和相位值，计算出误差和角差，从而对待测电子式电流互感器的谐波测量准确度进行测定。

其中，交直流稳态源为谐波电流源，标准谐波电流比较仪将谐波电流源输出的一次大电流转换为0~1A的小电流，经过无感标准电阻转化为小电压信号接入数据采集卡，通过PCI接口进入谐波校验计算单元。同时，待测电子式电流互感器将测量电流信号接入采集器转化成数字信号，继而通过合并单元并最终接入谐波校验计算单元；所述同步时钟同时连接数据采集卡及待测电子式电流互感器的合并单元，从而实现对标准谐波电流传感器和待测电子式电流互感器的输出采集进行同时触发。

本发明的工作条件满足：1）工作频率50Hz～1000Hz；2）最大额定电流1000A；3）输出接口满足GB/T 20840.8-2007和IEC60044-8：2002的要求；4）具备能够对满足表1谐波测量准确度的产品进行测量的准确度，即，误差限值小于表2中误差限值。

本发明在频率50Hz～1000Hz下，所建立的对电子式电流互感器的谐波测量准确度进行测定的标准装置及方法能够满足标准GB/T 20840.8-2007和IEC60044-8：2002的要求，对电子式电流互感器的谐波测量准确度进行测定，且按照标准规定的测量参数，测定的能力能够覆盖额定电压等级1000kV、额定电流1000A以内的电子式电流互感器产品；

建立起对电子式电流互感器谐波准确度整体校验方法及装置，后续可开展电子式电流互感器的谐波准确度测量，以弥补此前国内检测手段的不足，对电子式电流互感器的谐波测量准确度提出要求，发掘电子式电流互感器在谐波功率计量、品质测量等方面的功能。

建立起对电子式电流互感器谐波准确度整体校验方法及装置，后续亦可开展直流电子式电流互感器的频率响应试验，以弥补此前国内检测手段的不足。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。