一种用于对直流互感器校验仪进行整检的方法及系统与流程

本发明涉及直流互感器校验技术领域，更具体地，涉及一种用于对直流互感器校验仪进行整检的方法及系统。

背景技术：

直流互感器作为直流输电系统建设和运行的重要一次设备，对系统的控制保护和稳定运行提供准确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。近年来直流互感器的应用越来越广泛，现场测试的需求已经越来越明迫切，直流互感器校验仪作为直流互感器校准测试的重要设备也得到了大量应用。目前越来越多的单位厂家对直流互感器校验仪进行研究，市面上也出现了多种直流互感器校验仪，有整体结构也有分体结构，产品参差不齐，国内测试设备厂商相继推出了具有电子式直流互感器校准功能的校验设备，其准确度达到了0.05级。经过测试对比发现，不同厂家的直流互感器校验仪检测的数据存在较大差异，此外，大多数直流互感器校验仪的校准证书只有交流校准数据，并没有针对直流校验功能进行校准，主要还是因为缺乏直流互感器校验仪整检设备及技术，目前尚未开展直流互感器校验仪直流校验功能的校准试验。部分厂家将直流互感器校验仪的部分模块单独送检，绝大多数单位厂家研制的直流互感器校验仪没有经过校准检测试验就在现场进行直流互感器检测业务，检测数据可靠性差，为直流输电系统的安全稳定运行带来威胁和隐患。

目前国内外针对互感器校验仪的整检技术研究逐渐增加，但主要是针对交流领域的互感器校验仪的校准技术方面，而对直流互感器校验仪的整检技术研究较少，国内从事直流互感器校验技术和量值溯源技术的研究机构主要是中国电力科学研究院，目前在积极开展直流电流互感器校验仪的校准及量值溯源相关的科学研究。

现有技术(申请号：201210436816.x)一种基于数字源的电子式互感器校验仪校验装置及方法采用基于线数学方法生成标准iec61850数据帧的标准数字源来实现电子式互感器校验仪的数字量溯源，标准数字源信号可叠加比差和角差后与标准模拟源同步输出。现有技术(申请号：201410187562.1)电子式互感器谐波校验仪校验装置及校验方法，同样是基于数学公式方法实现输出iec61850数据帧的标准数字源，配合可溯源至国家谐波标准的谐波发生器实现电子式互感器谐波校验仪的整体校验。现有技术(申请号：201310106173)用于电子互感器输出校验仪的溯源装置基于高精度数字测量和微差源叠加技术实现电子式互感器校验仪的数字量溯源及整体校验。现有技术(申请号：201710796325.9)全自动互感器校验仪整检装置及检定方法和(申请号：201712534653.3)一种基于图像识别技术的互感器校验系统基于图像识别方法对被检互感器校验仪的测量数据进行自动化检测，提高了互感器校验仪的整检效率。

然而，现有技术均是针对交流领域的电子式互感器校验仪或传统互感器校验仪的整检，而并不适用于直流互感器校验仪的整检方法，直流互感器校验仪和交流互感器校验仪在实现原理、量值溯源方法方面均有很大的区别。

因此，需要一种技术，以实现对直流互感器校验仪进行整检的技术。

技术实现要素：

本发明技术方案提供了一种用于对直流互感器校验仪进行整检的方法及系统，以解决如何对直流互感器校验仪进行整检的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于对直流互感器校验仪进行整检的方法，所述方法包括：

标准模拟源单元采用高精度标准直流源，通过所述高精度标准直流源输出标准直流模拟信号，将所述标准直流模拟信号输入到被检直流互感器校验仪；

基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，将所述微差模拟信号输入到所述被检直流互感器校验仪；

通过高精度模拟采集单元采集所述微差模拟信号，并将所述微差模拟信号转换成数字微差信号，并将所述数字微差信号输入到标准数字源单元；

通过标准数字源单元的时钟同步单元向所述被检直流互感器校验仪和高精度模拟采集单元提供时钟同步信号；

通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，将所述数字报文输入到所述被检直流互感器校验仪。

优选地，采用fluke5730a作为高精度标准直流源，输出标准直流模拟信号。

优选地，所述基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，包括：

基于微差叠加单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加标准误差为±0.01％～±1％的微伏级的微差直流信号，所述微差直流信号的变化量稳定度达到10^-5数量级。

优选地，所述通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，包括：

所述标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ft3实时数字报文编码技术，将所述微差模拟信号转换成实时的ft3协议的数字报文。

优选地，所述通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，包括：

所述标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ice61850实时数字报文编码技术，将所述微差模拟信号转换成实时的ice61850协议的数字报文。

基于本发明的另一方面，提供一种用于对直流互感器校验仪进行整检的系统，所述系统包括：

第一输出单元，用于通过标准模拟源单元输出标准直流模拟信号，将所述标准直流模拟信号输入到被检直流互感器校验仪；

第二输出单元，用于基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，将所述微差模拟信号输入到所述被检直流互感器校验仪；

采集单元，用于通过高精度模拟采集单元采集所述微差模拟信号，并将所述微差模拟信号转换成数字微差信号，并将所述数字微差信号输入到标准数字源单元；

同步单元，用于通过标准数字源单元的时钟同步单元向所述被检直流互感器校验仪和高精度模拟采集单元提供时钟同步信号；

第三输出单元，用于通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，将所述数字报文输入到所述被检直流互感器校验仪。

优选地，所述第一输出单元还用于：采用fluke5730a作为高精度标准直流源，输出标准直流模拟信号。

优选地，所述第二输出单元用于：基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，还用于：

基于微差叠加单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加标准误差为±0.01％～±1％的微伏级的微差直流信号，所述微差直流信号的变化量稳定度达到10^-5数量级。

优选地，所述第三输出单元用于：通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，还用于：

所述标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ft3实时数字报文编码技术，将所述微差模拟信号转换成实时的ft3协议的数字报文。

优选地，所述第三输出单元用于：所述通过标准数字源单元将所述数字微差信号进行编码转换成数字报文，还用于：

所述标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ice61850实时数字报文编码技术，将所述微差模拟信号转换成实时的ice61850协议的数字报文。

本发明技术方案提出一种直流互感器校验仪进行整检方法和系统，是基于精密直流模拟微差叠加技术和实时ft3数字报文编码的标准数字源技术，实现直流互感器校验仪的整检。本发明技术方案采用高精度标准直流源作为标准模拟源实现标准模拟量的溯源；基于精密直流模拟微差叠加技术实现高分辨率高稳定度的叠加微伏级模拟微差的模拟信号源；采用基于fpga的ft3(或iec61850)实时数字报文编码技术和高精度a/d采样技术将模拟信号编码成ft3(或iec61850)报文实现可溯源到标准模拟源的标准数字源，也可单独基于fpga的数字报文编码技术实现标准高准确度的标准数字信号源及叠加数字微差的数字信号源，解决直流互感器校验仪的数字量值溯源问题。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的方法流程图；

图2为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的系统结构图；

图3为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的系统结构图；以及

图4为根据本发明优选实施方式的直流互感器校验仪工作原理示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的方法流程图。本申请提出用于对直流互感器校验仪进行整检的方法，解决了直流互感器校验仪的量值溯源问题，可以针对直流互感器校验仪的模拟量和数字量通道进行校准，用于开展直流互感器校验仪的稳态误差校准试验，同时也用于开展直流互感器校验仪技术指标的验证试验，为直流互感器校验仪的相关国家检定规程及技术标准的制定提供重要的技术支撑，完善直流互感器及校验仪的量值溯源体系。如图1所示，一种用于对直流互感器校验仪进行整检的方法，方法包括：

优选地，在步骤101：标准模拟源单元采用高精度标准直流源，通过高精度标准直流源输出标准直流模拟信号，将标准直流模拟信号输入到被检直流互感器校验仪。优选地，采用fluke5730a作为高精度标准直流源，输出标准直流模拟信号。

优选地，在步骤102：基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，将微差模拟信号输入到被检直流互感器校验仪。优选地，基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，包括：基于微差叠加单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加标准误差为±0.01％～±1％的微伏级的微差直流信号，微差直流信号的变化量稳定度达到10^-5数量级。

优选地，在步骤103：通过高精度模拟采集单元采集微差模拟信号，并将微差模拟信号转换成数字微差信号，并将数字微差信号输入到标准数字源单元。

优选地，在步骤104：通过标准数字源单元的时钟同步单元向被检直流互感器校验仪和高精度模拟采集单元提供时钟同步信号。

优选地，在步骤105：通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，将数字报文输入到被检直流互感器校验仪。

优选地，通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，包括：标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ft3实时数字报文编码技术，将微差模拟信号转换成实时的ft3协议的数字报文。

优选地，通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，包括：标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ice61850实时数字报文编码技术，将微差模拟信号转换成实时的ice61850协议的数字报文。

图2为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的系统结构图。如图2所示，一种用于对直流互感器校验仪进行整检的系统，系统包括：

第一输出单元201，用于通过标准模拟源单元输出标准直流模拟信号，将标准直流模拟信号输入到被检直流互感器校验仪。优选地，输出单元还用于：采用fluke5730a作为高精度标准直流源，输出标准直流模拟信号。

第二输出单元202，用于基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，将微差模拟信号输入到被检直流互感器校验仪。优选地，第二输出单元用于：基于模拟微差单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加微差直流信号，生成微差模拟信号，还用于：基于微差叠加单元的叠加技术将标准直流模拟信号叠加标准误差为±0.01％～±1％的微伏级的微差直流信号，微差直流信号的变化量稳定度达到10^-5数量级。

采集单元203，用于通过高精度模拟采集单元采集微差模拟信号，并将微差模拟信号转换成数字微差信号，并将数字微差信号输入到标准数字源单元。

同步单元204，用于通过标准数字源单元的时钟同步单元向被检直流互感器校验仪和高精度模拟采集单元提供时钟同步信号；

第三输出单元205，用于通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，将数字报文输入到被检直流互感器校验仪。

优选地，第三输出单元用于：通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，还用于：标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ft3实时数字报文编码技术，将微差模拟信号转换成实时的ft3协议的数字报文。

优选地，第三输出单元用于：通过标准数字源单元将数字微差信号进行编码转换成数字报文，还用于：标准数字源单元采用fpga和嵌入式双处理器架构，基于ice61850实时数字报文编码技术，将微差模拟信号转换成实时的ice61850协议的数字报文。

图3为根据本发明优选实施方式的用于对直流互感器校验仪进行整检的系统结构图。如图3所示，本申请实施方式的于对直流互感器校验仪进行整检的系统包括标准模拟源单元、模拟微差叠加单元、高精度模拟采集单元、标准数字源单元组成，其中，标准数字源单元由采集控制单元、时钟同步单元和编码单元组成。

本申请的一种直流互感器校验仪进行整检的系统的主要功能是可实现直流互感器校验仪误差检定及校准。直流互感器校验仪整检装置的检定校准对象可以是模拟量输出类型和数字量输出类型的直流互感器。其检定校准直流互感器校验仪的工作原理是，通过标准模拟源单元输出一路高精度的标准直流模拟信号u分别到被检直流互感器校验仪的标准模拟量输入端口和模拟微差叠加单元，模拟微差叠加单元在输入端口的标准直流模拟信号(u)基础上叠加微伏级的小模拟信号(δu)后输出到被检直流互感器校验仪的被测模拟量输入端口和高精度模拟采集单元，叠加微差的直流模拟信号(u+δu)经过高精度模拟采集单元后输入到标准数字源单元，经过标准数字源单元的采集控制单元和编码单元处理后转换成直流ft3(或)数字信号(u+δu)，并输出到被检直流互感器校验仪的被测数字量输入端口，此外标准数字源单元的时钟同步单元可向直流互感器校验仪内部高精度模拟采集单元及外部的被检直流互感器校验仪提供时钟同步信号。综上所示，直流互感器校验仪整检装置可以输出三路信号到被检直流互感器校验仪，分别是标准直流模拟信号(u)、叠加微差信号的直流模拟信号(u+δu)和叠加微差信号的直流数字信号(u+δu)，三路信号均能够实现准确可靠的量值溯源，从而实现模拟量输出类型和数字量输出类型的直流互感器校验仪的误差检定校准。

本申请提出的一种直流互感器校验仪进行整检的系统，具备模拟量输出类型和数字量输出类型的直流互感器校验仪的误差检定校准功能。被检直流互感器校验仪为模拟量输出类型时，直流互感器校验仪整检装置输出标准直流模拟信号(u)和叠加微差信号的直流模拟信号(u+δu)分别到被检直流互感器校验仪的标准模拟量输入端口和被测模拟量输入端口，用于被检直流互感器校验仪的模拟量功能校验；被检直流互感器校验仪为数字量输出类型时，直流互感器校验仪整检装置输出标准直流模拟信号(u)和叠加微差信号的直流数字信号(u+δu)分别到被检直流互感器校验仪的标准模拟量输入端口和被测数字量输入端口，用于被检直流互感器校验仪的数字量功能校验。

本申请提出的一种直流互感器校验仪进行整检的系统，标准模拟源单元采用的是高精度标准直流源，其型号是fluke公司生产的fluke5730a，其功能主要是用于输出高准确度高稳定度的标准直流信号，提供可溯源至中国计量科学研究院的标准直流模拟信号，保障直流互感器校验仪检定校准的准确可靠。

本申请提出的一种直流互感器校验仪进行整检的系统，模拟微差叠加单元的主要功能是在输入端口的标准直流模拟信号(u)基础上叠加微伏级的小模拟偏差信号，输出叠加微伏级小模拟信号的直流模拟信号。微伏级小模拟信号的幅值(δu)是输入端口的标准直流模拟信号幅值的±0.01％～±1％，即δu＝(±0.01％～±1％)u，可以作为直流互感器校验仪整检装置的标准误差信号(δu)，模拟微差叠加单元输出信号调节的最小分辨率是标准直流模拟信号幅值的0.01％，其变化量稳定度达到10^-5数量级。因此，模拟微差叠加单元的作用是在标准模拟源单元输出的标准直流信号(u)上叠加δu＝(±0.01％～±1％)u的标准误差信号，直接输出或经过高精度采集单元和标准数字源单元后转换成数字信号后输出到被检直流互感器校验仪的被测模拟量输入端口，用于采用直接测量法的直流互感器校验仪的误差检定和校准，提高直流互感器校验仪的检定校准的准确性和可靠性。

本申请的高精度模拟采集单元采用的是高精度数字多用表，其型号是agilent公司生产的agilent3458a，其功能主要是接收标准数字源单元的采集控制单元输出的控制信号和同步时钟单元的同步脉冲触发信号，对输入端口的直流模拟信号进行a/d同步触发采样并转换成数字信号输出到标准数字源单元的采集控制单元，用于后级的编码单元转换成ft3(或iec61850)数字报文。

本申请的标准数字源单元主要由采集控制单元、时钟同步单元和编码单元组成，采集控制单元属于标准数字源单元的核心组成部分，采集控制单元是基于fpga架构处理器开发，主要由fpga核心电路、gpib采集控制电路、存储器电路和其它必要的配置电路组成，时钟同步单元主要是分频电路和电/光转换电路组成，编码单元基于嵌入式架构处理器开发，主要由嵌入式核心电路、通信协议电路和电/光转换电路组成。标准数字源单元的主要功能是实时控制高精度模拟采集单元进行a/d同步采样，并将a/d采样后的数字信号转换成ft3(或iec61850)数字报文输出。具体的实现方式如下：

(1)标准数字源单元的时钟同步单元通过分频电路产生1hz的秒脉冲同步信号，一路直接输出到高精度模拟采集单元，在秒脉冲同步信号的脉冲上升沿时刻触发其进行a/d采样，另一路通过电/光转换电路将电同步信号转换成光同步信号并输出给被检直流互感器校验仪，用于其各输入端口的同步触发采样；

(2)标准数字源单元的采集控制单元通过fpga核心电路和gpib采集控制电路向高精度模拟采集单元发送a/d采样指令，高精度模拟采集单元在时钟同步信号的脉冲上升沿时刻开始触发采样，并将采样数据通过gpib采集控制电路传输到fpga核心电路，fpga核心电路接收采样数据后传输到编码单元；

(3)标准数字源单元的编码单元的嵌入式核心电路接收fpga核心电路传输过来的采样数据，配合通信协议电路将采样数据编码成ft3(或iec61850)数字报文，通过电/光转换电路将电信号的ft3(或iec61850)数字信号转换成光数字信号并输出到被检直流互感器校验仪的被测数字量输入端口。

图4为根据本发明优选实施方式的直流互感器校验仪工作原理示意图。如图4所示，直流互感器校验仪是用来校准直流互感器测量误差的仪器，其工作原理是接收标准信号u和被测直流互感器的输出u′＝u+δu(可以是模拟量或数字量输出)，然后计算输出相对输入的误差。

假设被测直流互感器测量变比是1：1(即理论上输出等于输入)，但由于被测直流互感器测量不精确，存在误差，所以正常情况下直流互感器的输出与输入不相等，存在很小的测量误差(即δu)，直流互感器校验仪的功能就是用于测量被测直流互感器的测量误差。

直流互感器校验仪接收标准信号u和被测直流互感器的输出u′＝u+δu后，然后利用下面公式计算被测直流互感器的测量误差：

ε＝(u′-u)/u＝δu/u

由于直流互感器校验仪需要采集标准信号和被测直流互感器的输出信号来计算被测直流互感器的测量误差，其本身的准确度等级需要非常高，通常情况下也会出现直流互感器校验仪测量误差不准确的情况，因此也需要对直流互感器校验仪的误差进行测量。

本申请提出的直流互感器校验仪整检装置的作用就是对直流互感器校验仪的误差进行校验。因此参照图4中直流互感器校验仪工作原理，直流互感器校验仪整检装置需要向外提供三组非常精确稳定的信号，分别是一路标准信号和两路输出信号(模拟量和数字量各一组)。另外直流互感器校验仪校准涉及到同步采集，因此整检装置还需要提供一组时钟同步信号。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。