一种智能电网数字化设备性能校验的程控功率源的制作方法

本实用新型属于智能电网设备可靠性测试领域，是为智能电网相关数字化设备性能校验提供所需要的各种三相电压、电流功率信号或其他测试所需信号的高可靠性、高性能程控功率源。

背景技术：

2012年，国家智能电网建设已上升为国家战略，在智能电网重大科技产业化工程“十二五”专项规划推动下，我国目前已经完成上千座数字化智能变电站的建设。与此同时，数字化设备开始大规模应用，而电能计量的方式也从传统的模拟信号计量转变为现代化的基于IEC61850数字通信协议的数字化电能计量。随着数字化智能变电站自动化技术的推广和工程建设，数字化设备在变电站的应用也越来越广泛，对数字化设备的功能和性能要求越来越高。

目前，基于数字化设备的数字电能计量结构逐渐开始取代传统的电能计量模式，但人们对数字化设备的硬件构成、功能模块、数据传输及数据处理方式的研究还不够深入。其中的某些试验项目并没有充分考虑数字化设备的自身特点及实际运行情况，对数字化设备计量性能测试不够全面，导致数字化设备在运行中依然会遇到较多的计量相关问题。

目前，亟需开展数字化设备计量性能评价体系关键技术研究，而程控功率源可以为智能电网相关数字化设备性能校验提供所需要的各种三相电压、电流功率信号或其他测试所需信号，其具有标准化、智能化、高可靠性、高性能等特点，满足数字化设备计量性能测试的多种需求。程控功率源保证了数字化设备计量性能测试提供必备的信号源推动相关关键技术研究能快速、准确的实施，对数字电能计量的实际应用和智能电网的发展具有重要意义。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供为智能电网相关数字化设备性能校验提供所需要的各种三相电压、电流功率信号或其他测试所需信号的程控功率源，尤其是提出了Rogowski线圈和铁芯线圈组合测量单元和模糊PID反馈控制算法提高输出信号稳定性和准确性以及自适应电源的高效功率放大器设计和基于多物理参数模型的过热自保护系统等设计以保证智能化的提高实用新型的可靠性和使用寿命。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种智能电网数字化设备性能校验的程控功率源，包括一次线圈、rogowski线圈互感器、铁芯线圈互感器、数字积分器和互感系数自校仪，所述的rogowski线圈互感器和铁芯线圈互感器安装在一次线圈上；rogowski线圈互感器的信号采样装置输出端经过数字积分器与互感系数自校仪连接；铁芯线圈互感器的信号采样装置输出端与互感系数自校仪连接。

所述的数字积分器为积分衰减和输出直流隔离的数字积分器。

采用本实用新型的技术方案，高精度Rogowski线圈电流互感器作为标准电流传感器、精密无感电阻分压作为标准电压传感器采集程控功率源输出波形；检测的电压、电流信号与标准电流、电压信号同时反馈到模糊PID控制系统，构成闭环反馈控制，使输出更为精确和稳定；闭环反馈控制输出的电流、电压信号经高精度D/A卡输出模拟信号；模拟信号经功率放大器放大产生A、B、C三相电压、电流功率信号。

与现有技术比较，本实用新型的特点在于：

本功率源采用高精度Rogowski线圈（Rogowski线圈和铁芯线圈组合测量单元）电流互感器作为标准电流传感器

本功率源采用精密电阻分压作为标准电压传感器能达到0.1%测量精度，频带和响应均符合要求；

本功率源的功率信号发生器内部安装的软件输出控制模块采用高精度D/A卡和模糊PID控制系统构成闭环反馈控制，使输出更为精确和稳定。

本功率源带自适应电源功率放大器和基于多物理参数模型的过热保护系统智能化提高了使用寿命及性能。

附图说明

图1所示为本实用新型原理框图；

图2所示为本实用新型内基于Rogowski线圈和铁芯线圈的高精度电流互感器原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-2所示，本实用新型的目的是提供一种智能电网数字化设备性能校验的程控功率源，包括一次线圈、rogowski线圈互感器、铁芯线圈互感器、数字积分器和互感系数自校仪，所述的rogowski线圈互感器和铁芯线圈互感器安装在一次线圈上；rogowski线圈互感器的信号采样装置输出端经过数字积分器与互感系数自校仪连接；铁芯线圈互感器的信号采样装置输出端与互感系数自校仪连接。

所述的数字积分器为积分衰减和输出直流隔离的数字积分器。

试验时，本实用新型以程控功率源输出相应的三相电流、电压功率信号为例进行具体实施方式的说明。具体实施步骤如下：

如图1所示，本实用新型基于LabVIEW虚拟仪器开发可编程程控功率源软件，产生三相电压、电流波形信号或任意波形信号，采用高精度D/A卡输出模拟信号，经功率放大产生A、B、C三相电压、电流功率信号。设计高精度Rogowski线圈电流互感器作为标准电流传感器、精密无感电阻分压作为标准电压传感器采集功率波形发生器输出波形，并运用模糊PID闭环反馈调节输出，保证功率信号输出的准确性和稳定性。高精度Rogowski线圈电流互感器运用新型数字积分算法对PCB设计Rogowski线圈输出进行积分，以还原被测电流信号波形，提高Rogowski线圈电流互感器准确度和稳定性。由于Rogowski线圈容易受一次导线位置影响，长期稳定性较差，设计低频下，运用铁芯线圈互感器对Rogowski线圈电流互感器的互感系数进行校正。通过自校正方法进一步提高Rogowski线圈电流互感器准确度，作为标准传感器用于测量电流输出。检测的电压、电流信号也反馈到功率信号发生器软件输出控制模块，构成闭环反馈控制，使输出更为精确和稳定。

由于Rogowski线圈容易受一次导线位置影响，长期稳定性较差，设计低频下，运用铁芯线圈互感器对Rogowski线圈电流互感器的互感系数进行校正。通过自校正方法进一步提高Rogowski线圈电流互感器准确度，作为标准传感器用于测量电流输出。其关键特征如图2所示，利用铁芯线圈的准确度高、不受导体位置影响的优点，在50Hz电流时，用铁芯线圈的输出作为标准，并分析Rogowski线圈的互感误差，如果误差过大，则及时对Rogowski线圈的互感系数进行校准。在Rogowski线圈被校准之后，以Rogowski线圈作为标准电流互感器，用于测量宽频带范围内的电流信号。

检测的电压、电流信号也反馈到功率信号发生器软件输出控制模块，构成闭环反馈控制，使输出更为精确和稳定。其中标准电流信号采样运用的是基于Rogowski线圈互感系数校准的标准电流采样单元，标准电压采样运用的是精密电阻分压。输入为数字量，经PCI6733高精度D/A卡输出信号，然后经大功率电压运放和大功率电流运放放大后输出。PCI4472高精度A/D卡采集输出信号，改进Al-Alaoui数字积分算法用于对Rogowski线圈输出进行数字积分，还原电流波形。铁芯线圈信号采样和标准电阻分压器采样则直接送入模糊PID控制器。整个控制系统实现了全数字化控制，模糊PID控制及检测任务、Rogowski数字积分算法均是由软件来完成，并设有故障报警和保护功能。系统硬件电路简单，成本低，可靠性高。

如图1所示，当信号合成之后，通过功率放大器放大为电流信号和电压信号。其中，电流信号放大采用的是高电流线性放大器PA12A功放，输出额定值为5A或1A，输出电流范围为±9A；电压信号放大采用的是高电压线性放大器PA91功放，输出额定值为100V或57.7V，输出电压范围为±180V。程控功率源设计中，电流功放和电压功放的稳定性、可靠性，直接关系到程控功率源的性能。因此，采用带自适应电源的高效功率放大器和基于多物理参数模型的过热保护系统来保证功放器件的安全稳定运行。

带自适应电源的高效功率放大器运用LabVIEW软件驱动D/A卡CH0通道输出电压源功放供电电源控制信号US-u，CH1、CH2、CH3通道输出三相电压波形uA(t)、uB(t)、uC(t)，CH4通道输出电流源功放供电电源控制信号US-i，CH5、CH6、CH7通道三相电流波形iA(t)、iB(t)、iC(t)，同时，输出电源控制信号（US-u、US-i）。

以三相电压源为例，当输出电压幅值较小时，D/A卡同时输出低幅值的电源信号US-u，当输出电压幅值较大时，D/A卡同时输出高幅值的电源信号。

对程控功率源的工作原理进行分析可得到电压源用和电流源用功率放大器的发热模型。

以环境温度（可由温度传感器测得）为起始温度，结合多路功率型任意波形发生器的运行时间通过上述两式进行迭代计算即可计算出电压源用和电流源用功率放大器的实时温度值。软件自动判断功率放大器的实时温度，若超过保护温度则进行相应的过热保护策略。

与现有技术比较，本实用新型的特点在于：

本功率源采用高精度Rogowski线圈（Rogowski线圈和铁芯线圈组合测量单元）电流互感器作为标准电流传感器

本功率源采用精密电阻分压作为标准电压传感器能达到0.1%测量精度，频带和响应均符合要求；

本功率源的功率信号发生器内部安装的软件输出控制模块采用高精度D/A卡和模糊PID控制系统构成闭环反馈控制，使输出更为精确和稳定。

本功率源带自适应电源功率放大器和基于多物理参数模型的过热保护系统智能化提高了使用寿命及性能。

以上所述仅是本实用新型程控功率源的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型，根据权利要求书可以利用本实用新型作为智能电网IEC61850协议数字化设备相关测试的功率源，针对本文明实例进行的多种修改对本领域技术人员而言是显而易见的，本实用新型所采用的方法及原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它的实例中实现。因此，本实用新型不会被限制于本文所示的实施案例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点所一致的最宽范围。