智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置，包括三相可编程电源，电子式互感器，合并单元，霍尔传感器以及控制工作站。本实用新型采用输出电压波形可调制的三相功率电源，实现带有编码信息的电压输出，由霍尔传感器记录相应波形编码时序；同时控制工作站检测记录被测电子式电流互感器及合并单元的相应输出信号，与霍尔传感器记录的波形编码时序比较，得到该互感器数据采集系统的绝对延时。本实用新型基于波形调制技术，通过调制产生带编码信息的波形，能明确的确定信号的起始点，不但对整周波的延时问题可以精确检测，而且可以同时检测电流和电压的相位差。
【专利说明】智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力检测【技术领域】，具体是一种智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置。
【背景技术】
[0002]电子式互感器具有暂态范围大、体积小、质量轻、输出信号可直接输入微机化计量及保护设备接口等优点。电子式互感器的高压侧与低压侧无电气连接，大大简化了绝缘结构，提高了绝缘性能，是电子式电流互感器与传统电流互感器相比最为显著的优势，在智能电网的建设过程中电子式互感器及合并单元作为智能变电站中的关键设备，将会逐步取代传统电磁式互感器。
[0003]电子式互感器类型主要包括:无源型电子式互感器、光学电流互感器、罗氏线圈型电子式电流互感器、采用分压原理的电子式电压互感器，其共同的基本原理都是将实际的电流、电压模拟信号通过不同形式的变换和数据采集处理，最后输出数字信号。目前在智能变电站采用的数据采集系统主要由模拟量感应环节、A/D转换环节、数据处理环节组成，其中还包括数据传输过程，因此实际的模拟量信号与最终数字量输出该信号之间必然存在一个延时，即输出绝对延时。输出绝对延时的大小，会直接影响到电力系统检测、计量、监控、继电保护等装置的正常工作，严重时将引起继电保护装置的误动或拒动，造成电网事故的发生和扩大，因此对于智能变电站必须对电子式互感器及合并单元构成的数据采集系统绝对延时进行检测，判断其是否满足计量及继电保护等相关技术规范要求。
[0004]智能变电站互感器数据采集系统输出为数字量，无法通过示波器等传统方法进行时间测试。现在通常的测试方法是:利用标准电压源和电流源，通过标准电压互感器和电流互感器采样后，再与被测电子式互感器合并单元输出信号进行比较得到被测系统的延时量。采用该方法进行测试需要另外加装调试接口，如标准互感器和同步信号源，现场操作复杂，且该方法没有考虑电子式互感器感应器件和传输的延时，测试结果不够准确；另外当电流、电压采集系统延时为整周波时，由于无法确定波形的起始点，因此目前通常的方法无法检测，对电流和电压的相位差也无法检测。
实用新型内容
[0005]针对现有技术的不足，本实用新型提出一种智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置，解决现有技术绝对延时测试结果不够准确；当电流、电压采集系统延时为整周波时无法检测；以及电流和电压的相位差无法检测的问题。
[0006]一种智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置，包括电子式互感器、合并单元、光纤，电子式互感器的输出端通过光纤与合并单元的输入端连接，其特征在于:还包括三相可编程电源、霍尔传感器及控制工作站，三相可编程电源、霍尔传感器、电子式互感器依次连接，三相可编程电源的控制端与控制工作站的控制信号输出端连接，霍尔传感器的输出端与控制工作站的一个输入端连接，合并单元的输出端与控制工作站的另一个输入端连接。
[0007]如上所述的绝对延时检测装置，三相可编程电源包括一个三相隔离变压器及与三相隔离变压器的输出端连接的三个逆变功率单元，A、B、C三相电压经过三相隔离变压器分别送入对应的逆变功率单元,所述逆变功率单元包括依次连接的不控整流电路、buck斩波电路、SPWM逆变电路及电压、电流滤波电路。
[0008]本实用新型通过可编程功率电源可产生间断正弦波、方波、等多种不同的脉宽、幅值、频率可控功率信号作为电子式互感器的输入量，以便在不同信号下测得延时进行对比分析，从而保证了测量的准确性；由于通过可编程功率电源产生带编码信息的调制电压、电流波形，从而能够准确地记录电流电压量的有效起始位置，确定智能变电站互感器数据采集系统绝对延时。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本实用新型智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置的结构示意图；
[0010]图2是本实用新型检测装置中控制工作站的功能模块图；
[0011]图3是本实用新型检测装置中三相可编程电源的电路框图；
[0012]图4是图2所不二相可编程电源中逆变功率单兀的电路原理图；
[0013]图5是本实用新型三相可编程电源输出的编码正弦波的示意图；
[0014]图6是利用本实用新型进行智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测的方法流程示意图；
[0015]图7是本实用新型霍尔传感器的模拟输出的A/D采样信号与合并单元输出的数字信号的波形时序对比示意图。
[0016]图中:1 一三相可编程电源，2—霍尔传感器，3—电子式互感器，4一控制工作站，
5—合并单元，6—光纤，7—指令波形生成模块，8—模拟信号采集模块，9一合并单元接收模土夹，10—设定模块，11 一数据分析模块，12—显示模块，13—三相隔离变压器，14 一逆变功率单元，15—不控整流电路，16—buck斩波电路，17—SPWM逆变电路，18 —电压、电流滤波电路。
【具体实施方式】
[0017]下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0018]图1所示为本实用新型智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置的结构示意图，所述检测装置包括三相可编程电源1、霍尔传感器2、电子式互感器3、控制工作站4、合并单元5以及光纤6。三相可编程电源1、霍尔传感器2、电子式互感器3依次连接，三相可编程电源I的控制端与控制工作站4的控制信号输出端连接，霍尔传感器2的输出端与控制工作站4的一个输入端连接，电子式互感器3的输出端通过光纤6与合并单兀5的输入端连接，合并单元5的输出端与控制工作站4的另一个输入端连接。
[0019]三相可编程电源I从电网获取能量，接收来自控制工作站4的指令，输出指定波形的电压和电流。霍尔传感器2的输出的模拟信号作为检测延时的标准信号，输入控制工作站4的一个输入端；电子式互感器3采集的电压和电流信号经过处理后，通过光纤6传送至合并单元5。控制工作站4的另一输入端采集来自合并单元5的信号，并将其与接收的所述标准信号进行对比分析，得出绝对延时At。
[0020]参见图2，所述控制工作站4包括指令波形生成模块7、模拟信号采集模块8、合并单元接收模块9、设定模块10、数据分析模块11以及显示模块12。
[0021]所述指令波形生成模块7，与三相可编程电源I的控制端连接，用于发出编码指令信号使三相可编程电源I输出指定波形的电压和电流(即带有编码信息的调制电压和调制电流信号)，所述编码指令信号通过所述控制工作站4的控制信号输出端传输给三相可编程电源I的控制端；
[0022]所述模拟信号采集模块8，用于接收来自霍尔传感器2传来的模拟信号，并将上述模拟信号经A/D采样转换成数字信号；
[0023]所述合并单元接收模块9，用于接收合并单元5传来的数字信号；
[0024]所述设定模块10，用于实现对整个检测系统参数和功能的设定，通过人机界面，设置包括三相可编程电源的编码指令、数据帧待测通道的选择、测试装置延时的设定、延时信息显示及电流电压相位差显示的参数设定，并将参数信息下传至三相可编程电源控制板及数据分析模块11以实现相应功能；
[0025]所述数据分析模块11，与模拟信号采集模块8和合并单元接收模块9连接，用于接收来自模拟信号采集模块8传送的经A/D采样的数字信号和合并单元接收模块9传送的数字信号，将模拟信号采集模块8传送的经A/D采样的数字信号后和合并单元接收模块9传送的数字信号进行插值算法后对比分析，得出绝对延时At，具体过程详见下文测试方法工作流程；
[0026]所述数据分析模块11，还用于对合并单元5输出的电压、电流经插值算法密化后的数据进行标么值化，将电压每个数据点的值除以电压的幅值，电流每个数据点的值除以电流的幅值，然后参照步骤g中的波形匹配方法，电压数据由工作站时钟to起始后的波形与电流数据工作站时钟ti起始后的波形相匹配，则to与tl的时间差对应电压、电流的数据的相对延时量，可由工频50Hz周期换算成电压电流的相位差。
[0027]所述显示模块12，与所述数据分析模块11连接，用于实时显示绝对延时At的数据表和曲线图。
[0028]参见图3，三相可编程电源I包括一个三相隔离变压器13及与三相隔离变压器13的输出端连接的三个逆变功率单元14。A、B、C三相电压经过三相隔离变压器13分别送入对应的逆变功率单元14,对三相信号进行分相处理，即每相接一个逆变功率单元14,逆变功率单元14间采用同步光纤连接，逆变功率单元14内部采用交直交变频电路，通过交直交变频电路可以实现信号的调频调相调幅等功能，三相信号依次延迟120°相位，产生三相可控脉宽电压、电流信号。
[0029]参见图4,所述逆变功率单元14主要包括四部分:不控整流电路15、buck斩波电路16、SPWM逆变电路17、电压、电流滤波电路18。市电经过不控整流电路15实现了交流到直流的转换，对可控电源输出电压的调节一般有对输出交流电压直接调压和对逆变部分输入直压进行调节两种方法，本实施例采用调直压的方法，在buck斩波电路16环节，对直流电压进行降压处理，电路经过降压处理后，经过采用SPWM调制方式的逆变电路17，输出可编码的交流电源波形，交流电再经过电压、电流滤波电路18生成符合控制工作站指令的可控电压、电流波形(即所述带有编码信息的电压和电流)。
[0030]参见图5，编码正弦波产生过程如下:首先，控制工作站4按照所需产生的正弦波形式发出编码指令给三相可编程电源1，具体的，采用SPWM调制方式，将所需产生的正弦波作为参考信号，与载波比较后，产生编码指令，编码指令实质是一系列编码脉冲，控制图4中SPWM逆变电路17的IGBT的通断，从而产生编码正弦波。图示产生正弦波为频率为50Hz，幅值为100V的正弦波，并按照一个周波正弦，一个周波0，两个周波正弦，2个周波0，三个周
波正弦，三个周波0......的方式进行编码所得，以零电平为标识实现对波形位置的唯一
性判定。
[0031]参见图6，工作流程包括:配置测试回路、系统出初始化、现场检测、生成监测结果等。首先，接入上位机(即控制工作站4)，连接好电路，合上电源后对系统进行调试，调试完毕，对控制工作站4的合并单元接收模块9、模拟信号采集模块8、显示模块12、数据分析模块11进行初始化，同时进行指令波形等参数的设置。初始化及设置完成后，合上电源，系统自动完成可控脉宽波形生成、信号同步采集以及波形的对比分析，最终得到实时绝对延时数据，生成实时数据表并通过显示屏显示。
[0032]所述测试方法工作流程如下:
[0033]a.三相可编程电源I按照控制工作站4控制指令的要求输出幅值、相位和频率可调的电压、电流(即所述带有编码信息的调制电压和调制电流信号)；
[0034]b.通过霍尔传感器2检测三相可编程电源I输出经过调制后的编码波形，将采集的电压信号作为电压标准信号u0，采集的电流信号作为电流标准信号i0，经过模拟信号采集模块内的A/D采样器高速`采样，存储至控制工作站4，所有采集的电压信号、电流信号按工作站时钟打时标；
[0035]c.三相可编程电源I输出的模拟量电流、电压信号通过电子式互感器3，经A/D转换，输出为数字信号，并经过光纤6将数据送至合并单元(MU) 5;
[0036]d.合并单元5接收来自电子式互感器3采集输出的数字电压、电流信号，将上述数字电压、电流信号按照IEC60044-8标准规定的帧格式送至控制工作站4 ；
[0037]e.控制工作站4将合并单元5传来的数字电压、电流信号按统一时钟频率进行存储，同时记录从霍尔传感器2采集的经A/D采样的电压、电流标准信号；
[0038]f.控制工作站4的数据分析模块11对电子式互感器3采集后经合并单元5输出的数字电压、电流信号按统一时钟频率进行线性或拉格朗日插值算法还原处理，将其插值为与霍尔传感器2采集的经A/D采样相同采样率的数据组，并与霍尔传感器2采集的经A/D采样的电压、电流标准信号数据按工作站时钟顺序共同储存，供g步骤延时计算使用。；
[0039]g.数据分析模块11对上步经处理过的合并单元5输出的数据与霍尔传感器2采集的经A/D采样的数据进行对比匹配，得出霍尔传感器2采集的经A/D采样的数据和合并单元5的数据之间的电压、电流波形对应关系，如图7所示，霍尔传感器2采集的经A/D采样的数据储存在内存A，合并单元5的数据储存在内存B，通过工作站时钟同步两者数据起始时间，通过编码特征可完成两者数据的匹配对应关系，即aO后数据与bn后数据匹配，aO对应工作站时钟tO，bn对应工作站时钟tl，对比分析上述两者数据匹配点的时间差可计算出两者波形的绝对延时:即Δ?=?1-?0_ξ?, Δ t即为被测设备的绝对延时，ξ t为测试仪延时，包括绝对延时检测装置内部高速A/D采样的延时，以及硬件信号处理延时，为固定可测值。然后将两组波形数据送给控制工作站4的显示模块12进行显示；数据分析模块11的数据接收部分同时对模拟量输出量和MU数字量装箱(将数据采集装入内存指定区域)，按照控制工作站统一时钟频率储存，通过工作站内部时钟实现模拟输出量与MU数字量的同步，方法如f所述，不依赖被测设备对时系统。
[0040]指令波形生成模块7调制生成类如图5所示编码波，给测试波形进行标识，解决差整数次波形带来的误差。
[0041]h.通过指令波形生成模块7设定三相可编程电源I输出电压、电流同相位的工频测试信号，经上述b到f过程，对合并单元输出的电压、电流经插值算法密化后的数据进行标幺值化，将电压每个数据点的值除以电压的幅值，电流每个数据点的值除以电流的幅值，然后参照g中的波形匹配方法，电压数据由工作站时钟to起始后的波形与电流数据工作站时钟ti起始后的波形相匹配，则to与tl的时间差对应电压、电流的数据的相对延时量，可由工频50Hz周期换算成电压电流的相位差；
[0042]1.完成测试报告，结束测试工作。
【权利要求】
1.一种智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置，包括电子式互感器(3)、合并单兀(5)、光纤(6),电子式互感器(3)的输出端通过光纤(6)与合并单兀(5)的输入端连接，其特征在于:还包括三相可编程电源(I )、霍尔传感器(2)及控制工作站(4)，三相可编程电源(I)、霍尔传感器(2)、电子式互感器(3)依次连接，三相可编程电源(I)的控制端与控制工作站(4)的控制信号输出端连接，霍尔传感器(2)的输出端与控制工作站(4)的一个输入端连接，合并单元(5)的输出端与控制工作站(4)的另一个输入端连接。
2.根据权利要求1所述的智能变电站互感器数据采集系统绝对延时检测装置，其特征在于:三相可编程电源(I)包括一个三相隔离变压器(13)及与三相隔离变压器(13)的输出端连接的三个逆变功率单元(14)，A、B、C三相电压经过三相隔离变压器(13)分别送入对应的逆变功率单元(14),所述逆变功率单元(14)包括依次连接的不控整流电路(15)、buck斩波电路(16 )、SPWM逆变电路(17 )及电压、电流滤波电路(18 )。
【文档编号】G01R35/00GK203385846SQ201320528116
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】陶骞, 王晋, 崔一铂, 游力, 孙建军 申请人:国家电网公司, 国网湖北省电力公司电力科学研究院