一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于带过零同步PPS输出功率源的模拟量输入合并单元相位误 差检测方法，属智能变电站合并单元检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 目前，对模拟输入合并单元的校验为将测试用电压、电流信号接入合并单元校验 仪和被试模拟输入合并单元，分别得到标准信号和被检信号，校验仪同时对信号源输出的 模拟信号及合并单元输出的数字信号进行采样，采用FFT算法计算出这两个采样信号的基 波幅值和相位角，从而得到相位误差和幅值误差。
[0003] 这种方法存在的一个问题是相位误差溯源难，由于一次模拟量和转换后的一次数 字量不再具备实时关联性，溯源的难点在于如何确定同步精确性。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是，针对现有技术对模拟输入合并单元的校验存在的角差溯源难问 题，本发明提供了一种基于带过零同步PPS输出功率源的模拟量输入合并单元相位误差检 测方法。
[0005] 本发明的技术方案是，本发明采用由带过零同步PPS输出的模拟功率源、被试模 拟量输入合并单元和普通计算机组成的检测系统进行检测；
[0006] 所述带过零同步PPS输出的功率源与被试模拟输入合并单元相连，为被试模拟量 输入合并单元提供测量信号和同步秒脉冲信号（PPS);被试模拟输入合并单元输出与计算 机相连。
[0007] 所述带过零同步PPS输出的模拟功率源在同步秒脉冲输出时刻同时输出频率为 50Hz、初始相位90°的纯正弦电压电流信号作为测量信号，同步秒脉冲输出时刻与测量信 号的过零时刻的误差小于lus，可以检测0. 1级及以下模拟量输入合并单元的相位误差。
[0008] 所述被试模拟量输入合并单元在同步秒脉冲信号控制下对输入的模拟电压电 流信号进行采样，输出IEC61850数字报文；由计算机接收被试模拟输入合并单元输出的 IEC61850数字报文，进行报文解析，对帧序号0~N-I的数字报文里每个通道的数字量进行 FFT计算，得到各路数字信号的相位0(n)i，因为模拟信号的相位为π/2(90° )，相位误差 为π /2,得到这一次的测量值；连续测试T秒，统计T秒内相位误差测量值的平均 值作为最终的相位误差测试结果。
[0009] 所述检测系统通过带过零同步PPS输出的功率源在同步秒脉冲输出时刻同时输 出频率为50Hz、初始相位90°的纯正弦电压电流信号，通过被试模拟量输入合并单元在同 步秒脉冲信号控制下对输入的模拟电压电流信号以4kHz或12. SkHz的采样率进行采样，实 现模拟信号和数字信号的稳定的相位测量时间点一一秒脉冲的发生时刻，在整秒时刻的绝 对相位就是初始相位。
[0010] 通过精确检测，所述带过零同步PPS输出功率源输出模拟量过零点与同步输出秒 脉冲之间的过零误差实现相位误差溯源。
[0011] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是利用带过零同步PPS输出的功率源同 步输出的秒脉冲建立了模拟输入合并单元输入模拟量和输出数字量之间精确的同步关系， 实现对模拟量输入合并单元的相位误差检测，可以通过精确检测功率源输出模拟量过零点 与同步输出秒脉冲之间的过零误差实现相位误差溯源。
[0012] 本发明适用于模拟输入合并单元的校验角差溯源。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明检测方法原理框图。
【具体实施方式】
[0014] 为了更加具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案 及其相关原理进行详细说明。
[0015] 角差检测原理：
[0016] 被试合并单元输入模拟信号的相位为连续时间t的函数，设模拟信号频率为f，则 相位为Φ (t) =2 JIft+巾^被试合并单元输出数字信号的相位为离散采样周期T 3的倍数， 可表示为 Φ (n) = 2 JT X TsXn+Φη。。
[0017] 则相位误差为：
[0018] Δ φ = Φ (η) - Φ (t) = 2 π (Ts X n-t) + ( φ η〇- φ t0) (3)
[0019] 式中，φη(ι为被试合并单元输出数字信号初始相位；φ t(l为被试合并单元输入模拟 信号初始相位；
[0020] 所以，能够精确计算相位误差Δ φ的时刻为A/D采样的时刻t = tn= T sXn，此 时Δ φ = φη(|-φω;式中，tn为被试合并单元第η次采样时间；1: 3为被试合并单元离散采 样周期。
[0021] 但是，由于模拟输入合并单元一般一秒钟同步一次采样信号，无法获取连续的tn 值，只能得到秒脉冲发生时刻（整秒时刻）的相位误差。
[0022] 为了使得模拟量相位在整秒时刻保持稳定不变，当测试用模拟信号频率f = 50Hz 时，功率源输出的模拟信号在k秒（k为整数）时刻的相位为：
[0023] Φ (tkpps) = 2 π ftkpps+ Φ t0= 2 π k+ Φ t0 (I)
[0024] 由于k为整数，则Φ (tkpps) = Φ t(l，模拟信号整秒时刻的相位与t = 0时刻的初始 相位一致。式（1)中，tkpps为功率源输出的模拟信号在第k秒时刻时间；
[0025] 为了得到合并单元输出数字量整秒时刻的相位，必须使用与模拟量同步输出的秒 脉冲（PPS)作为采样的同步信号，为了使得对数字量的测量在理论上没有测量方法误差， 采样必须是同步采样，并且满足奈奎斯特采样定理，即采样率fs大于信号最大频率2倍。
[0026] 综上，为了可以得到模拟量在整秒时刻的稳定相位值和避免测量方法误差，必须 满足下面条件：
[0027] (1)模拟信号过零点与PPS精确同步；
[0028] (2)fs= NXf，N>2, fs为采样率。
[0029] 由于模拟功率源输出信号频率为50Hz，被试模拟输入合并单元的采样率一般为 4K或12. 8K，符合条件（2)的限定要求。只要模拟功率源输出的模拟信号能够和PPS精确 同步，就可以用来检测模拟输入合并单元的相位误差。
[0030] 为了便于通过精确检测过零信号的方法来标定模拟量的初始相位，在输出PPS时 刻输出90度的纯正弦信号：
[0031] u(t) = AmCos (2 π ft+π/2) = Amsin (100 π t) (2)
[0032] 式中，AmS功率源输出正弦信号幅值。
[0033] 这样只要确保PPS的发生时刻和模拟信号的过零点的时间差满足被检模拟输入 合并单元的溯源要求，就可以用来检测模拟输入合并单元的相位误差。
[0034] 0.05级的模拟输入合并单元相位误差要求为2'，折算到时间延时为2' / (360*60' /20ms) = 1.86us。图1中所使用的带过零同步PPS输出功率源输出信号过零点 与同步PPS的误差小于0. 5us，为0. 05级模拟输入合并单元相位误差对应延时的0. 27倍， 完全满足0. 1级及以下等级的模拟输入合并单元相位误差检测要求。
[0035] 角差检测方法的实现：
[0036] 图1是一种基于带过零同步PPS输出模拟功率源的模拟输入合并单元相位误差检 测系统，包括带过零同步PPS输出的模拟功率源、被试模拟量输入合并单元和普通计算机。
[0037] 带过零同步PPS输出的模拟功率源为被试模拟量输入合并单元提供测量信号和 同步秒脉冲信号（PPS)，在同步秒脉冲输出时刻同时输出频率为50Hz、初始相位90°的纯 正弦电压电流信号作为测量信号；同步秒脉冲输出时刻与测量信号的过零时刻的误差小于 lus，可以检测0. 1级及以下的模拟输入合并单元的相位误差。
[0038] 被试模拟量输入合并单元在同步秒脉冲信号控制下对输入的模拟电压电流信号 以4kHz或12. 8kHz的采样率进行采样、协议转换，输出IEC61850数字报文。
[0039] 普通计算机接收被试模拟量输入合并单元输出的IEC61850数字报文，进行报 文解析，对帧序号〇~N-I (N为被试模拟输入合并单元的采样率）的数字报文里每个通 道的数字量进行FFT计算，计算出各路数字信号的相位因为模拟信号的相位为 π /2 (90° )，角差为π /2,得到这一次的测量值。
[0040] 检测系统连续测试T秒，统计T秒内角差测量值的平均值作为最终的相位误差测 试结果。
【主权项】
1. 一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，其特征在于：所述方法采用由带过零 同步PPS输出的模拟功率源、被试模拟量输入合并单元和计算机组成的检测系统进行检 测； 所述带过零同步PPS输出的功率源与被试模拟输入合并单元相连，为被试模拟量输入 合并单元提供测量信号和同步秒脉冲信号（PPS);被试模拟输入合并单元输出与计算机相 连。
2. 根据权利要求1所述的一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，其特征在于， 所述带过零同步PPS输出的模拟功率源在同步秒脉冲输出时刻同时输出频率为50Hz、初始 相位90°的纯正弦电压电流信号作为测量信号，同步秒脉冲输出时刻与测量信号的过零时 刻的误差小于lus，可W检测0.1级及W下模拟量输入合并单元的相位误差。
3.根据权利要求1所述的一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，其特征在于， 所述被试模拟量输入合并单元在同步秒脉冲信号控制下对输入的模拟电压电流信号进行 采样，输出IEC61850数字报文；由计算机接收被试模拟输入合并单元输出的IEC61850数 字报文，进行报文解析，对帖序号0~N-1的数字报文里每个通道的数字量进行FFT计 算，得到各路数字信号的相位0|：n：)i，因为模拟信号的相位为n/2巧0° )，相位误差为 每n/2,得到该一次的测量值；连续测试T秒，统计T秒内相位误差测量值的平均值 作为最终的相位误差测试结果。
4. 根据权利要求1所述的一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，其特征在于， 所述检测系统通过带过零同步PPS输出的功率源在同步秒脉冲输出时刻同时输出频率为 50Hz、初始相位90°的纯正弦电压电流信号，通过被试模拟量输入合并单元在同步秒脉冲 信号控制下对输入的模拟电压电流信号W4曲Z或12. 8曲Z的采样率进行采样，实现模拟信 号和数字信号的稳定的相位测量时间点一一秒脉冲的发生时刻，在整秒时刻的绝对相位就 是初始相位。
5. 根据权利要求1所述的一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，其特征在于， 通过精确检测所述带过零同步PPS输出功率源输出模拟量过零点与同步输出秒脉冲之间 的过零误差实现相位误差溯源。
【专利摘要】一种模拟量输入合并单元相位误差检测方法，所述方法采用由带过零同步PPS输出的模拟功率源、被试模拟量输入合并单元和计算机组成的检测系统进行检测。本发明利用带过零同步PPS输出的功率源同步输出的秒脉冲建立了模拟输入合并单元输入模拟量和输出数字量之间精确的同步关系，实现对模拟量输入合并单元的相位误差检测，可以通过精确检测功率源输出模拟量过零点与同步输出秒脉冲之间的过零误差实现相位误差溯源。本发明适用于模拟输入合并单元的校验角差溯源。
【IPC分类】G01R31-00
【公开号】CN104793077
【申请号】CN201510170719
【发明人】刘见, 靳绍平, 张璇, 李东江, 吴君明, 黄建钟, 李敏, 李欣, 唐新宇
【申请人】国家电网公司, 国网江西省电力科学研究院
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月11日