一种可仿真脉动换流站谐波信号的综合误差检测平台的制作方法

本实用新型涉及脉动换流站谐波信号的综合误差检测领域，具体地说是指一种可仿真脉动换流站谐波信号的综合误差检测平台。

背景技术：

随着中国经济的发展，对用电的需求日益增长。而我国的供电能力远远不能满足用电的需求，电力行业的发展滞后，严重影响了我国经济的快速发展。而在电力输送技术中，高压直流输电技术具有输送距离长、容量大、控制灵活、调度方便的优点。因此我国也在大力探索直流输电技术，相继建设多座±500KV、±800KV直流换流站。目前，各个直流输电系统中通常采用电磁式直流互感器或电子式直流互感器来做高压直流大电流的测量器件，而直流互感器的工作是否正常，不光影响计量计费，甚至影响继电保护的动作，严重的不正常可能导致继电保护误动作，继而引发供电事故。

换流站实际上就是将交流电网的电能转换成直流进行输送，将交流侧电能通过整流器件转换为脉动的直流，通过电抗器、滤波器滤波之后输出，因此在实际使用中不可避免的含有脉动谐波电流分量，且对于负荷越重，脉动谐波电流的分量相应会更大，因此对于直流互感器，其在实际的使用中，一次侧为脉动的直流，并非纯直流，对于直流互感器，其一次侧电流波形有较大的脉动谐波电流分量，而二次电流波形同样有比较大的脉动谐波电流分量，而脉动谐波电流分量虽然相对于直流值来说是相对较小的，但是在实际的保护、计量中是必不可少的；尤其是在计量中，当脉动谐波电流分量过大时，电流互感器的脉动谐波特性，直接影响计费的准确度。

而目前直流互感器的检测手段都是在纯直流电流情况下，采用0.01级的模拟信号源作为测试激励源，来检测互感器的误差，但是只能检测互感器的纯直流性能，并不能检测互直流互感器的脉动谐波性能。例如：

公开号为CN 104101856 A的专利公开了一种零磁通直流电流互感器电子测量单元误差检测方法及装置。其方法是通过0.01级的高精度直流模拟信号源给零磁通电流互感器加量，采用高精度的I/V变换器，将高精度的直流电流等比例的转换为高精度的直流电压，采用0.005级的高精度数字万用表测量该电压，计算出实际的电流大小，通过零磁通电流互感器的铭牌参数可将加量的电流，转换为零磁通的二次理论上的输出电压Ur，通过0.005级的数字万用表测量零磁通电流互感器二次实际上的输出电压Um，通过比对Um和Ur的误差来标定零磁通电流互感器的误差。该检测方法依赖于多个高精度数字万用表的精度，各测量部件独立，并不是同步测量Ur、Um，因此对高精度的直流标准电流源的稳定度要求很高，该检测装置实现复杂，需要多个高精度数字万用表，而该专利只是把现有的多个测试设备的简单整合到一个测试装置，体积大，现场携带不方便，可靠性和安全性不高，经济成本高。

因此寻找一种可仿真脉动换流站谐波信号、一体化、体积小方便携带、可靠性安全性、经济的直流互感器误差检测平台，可以仿真脉动换流站谐波电流信号，对直流互感器的直流性能、脉动谐波性能进行检测，成为本技术领域人员所研究的重要课题。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型旨在提供一种可仿真脉动换流站谐波信号的综合误差检测平台，采用一体化设计，内置统一的AD转换电路，可同步测量标准和被检信号，体积小，重量轻，安全可靠，成本低。

本实用新型的技术方案：

一种可仿真脉动换流站谐波信号的综合误差检测平台，包括上位机、通讯接口、DSP控制器、3路A/D采样装置、3路信号调理电路、0.01级直流标准电流源，

所述上位机通过通讯接口完成和用户的交互控制；上位机和DSP控制器通讯连接，用以显示误差检测结果和向DSP控制器发送控制指令；

所述DSP控制器连接3路A/D采样装置，用以接收3路A/D采样装置转换的数字信号并根据上位机发送的控制指令进行数字信号处理；

所述3路A/D采样装置连接3路信号调理电路，3路信号调理电路接收被测电压输入模块输入的电压信号、0.01级直流标准电流源经第一I/V变换模块变换的电压信号以及被检电流输入模块经第二I/V变换模块变换的电压信号；

所述0.01级直流标准电流源连接DSP控制器，用以根据DSP控制器的控制信号输出仿真脉动谐波信号电流。

所述上位机、DSP控制器以及0.01级直流标准电流源还连接用以为其供电的电源模块，所述DSP控制器还连接过热过载保护告警信号输出模块，过热过载保护告警信号输出模块连接到上位机，用以将过热、过载保护告警信息通过上位机进行显示。

所述DSP控制器包括通讯模块、过热过载保护告警处理模块、波形拟合单元、波形下载单元、档位切换控制模块、SPORT口DMA传输数字波形数据模块以及信号发生电路，所述通讯模块用以实现与上位机和通讯接口的连接，所述过热过载保护告警处理模块用以接收0.01级直流标准电流源发送的告警信号并将告警信号处理后传输到过热过载保护告警信号输出模块，所述波形拟合单元通过设置的参数将数字公式转化为D/A转换需要的数字信号，通过SPORT口DMA传输数字波形数据模块传输至信号发生电路；所述波形下载单元通过波形下载，将录取的换流站含有脉动谐波信号的直流电流波形下载至DSP控制器，通过SPORT口DMA传输数字波形数据模块传输至信号发生电路，控制0.01级直流标准电流源输出相应的含有脉动谐波信号的直流电流波形；所述SPORT口DMA传输数字波形数据模块接收波形下载单元、波形拟合单元的数字波形信号，将数字波形信号输出至信号发生电路，生成模拟信号。

所述信号发生电路包括90M数字隔离器、双16bitD/A芯片以及前端调理电路，

所述90M数字隔离器使用ADI的ADUM1400，配合双16bitD/A芯片实现5.625M的DA输出速率；

所述前端调理电路将双16bitD/A芯片输出的阶梯波形信号平滑为真正的模拟信号，提供给后级0.01级直流标准电流源实现电流输出。

所述0.01级直流标准电流源包括精密电阻、自由切换精密铂电阻阵列、大功率三极管以及运算放大器，所述DSP控制器控制自由切换精密铂电阻阵列选择合适的四脚精密铂电阻做电流取样电阻，取样电压经运算放大器放大，经精密电阻和DSP控制器输出模拟信号做电压并联负反馈，稳定输出自由切换精密铂电阻阵列上的电压值。

所述运算放大器包括放大回路选用的OPA2277运算放大器做运算放大，反馈回路选用AD620运算放大器做取样电压放大反馈。

所述上位机由TFT液晶屏、鼠标、键盘构成，上位机和DSP控制器通过串口通讯。

所述第一I/V变换模块是将0.01级直流标准电流源输出的电流转化为电压信号输出至3路信号调理电路；第二I/V变换模块是将直流互感器二次输出的电流转化为电压信号输出至3路信号调理电路。

所述DSP控制器采用ADI公司的BF609双核DSP处理器，3路A/D采样装置采用TI公司的ADS1278芯片。

所述自由切换精密铂电阻阵列采用VISHAY的精密铂电阻，其温度漂移仅为1ppM，所述大功率三极管采用MJ11032做大功率放大管。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：能够仿真脉动换流站谐波信号的0.01级标准直流电流源；

能够检测直流互感器的直流性能和脉动谐波性能；

仿真脉动波形可通过上层软件编辑，可按照编辑波形对直流互感器进行检定；

采用一体化设计，内置统一的AD转换电路，可同步测量标准和被检信号，体积小，重量轻，安全可靠，成本低。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型DSP控制器结构示意图；

图3为本实用新型0.01级直流标准电流源结构示意图；

图4为本实用新型检测原理结构示意图。

图中标号分别表示，1-上位机，2-通讯接口，3-DSP控制器，4-3路A/D采样装置，5-3路信号调理电路，6-0.01级直流标准电流源，7-被检电流输入模块，8-被测电压输入模块，9-第一I/V变换模块，10-第二I/V变换模块，11-电源模块，12-过热过载保护告警信号输出模块，30-通讯模块，31-过热过载保护告警处理模块，32-档位切换控制模块，33-波形下载单元，34-波形拟合单元，35-SPORT口DMA传输数字波形数据模块，36-信号发生电路，360-90M数字隔离器，361-双16bitD/A芯片，362-端调理电路，60-自由切换精密铂电阻阵列，61-OPA2277运算放大器，62-AD620运算放大器，63-大功率三极管。

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。

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种技术方案：

一种可仿真脉动换流站谐波信号的综合误差检测平台，包括上位机1、通讯接口2、DSP控制器3、3路A/D采样装置4、3路信号调理电路5、0.01级直流标准电流源6，

所述上位机1通过通讯接口2完成和用户的交互控制；上位机1和DSP控制器3通讯连接，用以显示误差检测结果和向DSP控制器3发送控制指令；

所述DSP控制器3连接3路A/D采样装置4，用以接收3路A/D采样装置4转换的数字信号并根据上位机发送的控制指令进行数字信号处理；

所述3路A/D采样装置4连接3路信号调理电路5，3路信号调理电路5接收被测电压输入模块8输入的电压信号、0.01级直流标准电流源6经第一I/V变换模块9变换的电压信号以及被检电流输入模块7经第二I/V变换模块10变换的电压信号；

所述0.01级直流标准电流源6连接DSP控制器3，用以根据DSP控制器3的控制信号输出仿真脉动谐波信号电流。0.01级直流标准电流源能够输出0-5.5A电流，精度为0.01级，能够输出叠加0-1200Hz的纯谐波或者直流叠加纹波输出，满足仿真脉动换流站谐波信号电流的输出要求。

所述上位机1、DSP控制器3以及0.01级直流标准电流源6还连接用以为其供电的电源模块11，所述DSP控制器3还连接过热过载保护告警信号输出模块12，过热过载保护告警信号输出模块12连接到上位机1，用以将过热、过载保护告警信息通过上位机进行显示。

所述上位机1和通讯接口2连接，通过通讯接口2实现人机交互；所述上位机1和DSP控制器3连接，实现参数设置、波形下载、告警信息上报、数据读取、误差读取；所述DSP控制器和通讯接口连接，可通过通讯接口实现用外部电脑+上位机软件对综合误差检测平台进行控制；所述DSP控制器和3路A/D采样连接，通过DSP控制器控制3路A/D实现同步采样，读取A/D采样值；所述3路A/D采样和3路信号调理电路连接，每路信号调理电路对应一路A/D采样，信号调理电路将前端的信号，调理至A/D能够采样的范围，方便A/D采样；所述3路信号调理电路和第一I/V变换模块相连，对第一I/V变换模块输出的电压进行调理，送至后级A/D采样；所述3路信号调理电路和第二I/V变换模块相连，对第二I/V变换模块输出的电压进行调理，送至后级A/D采样；所述3路信号调理电路和被检电压输入相连，对被检电压输入的电压进行调理，送至后级A/D采样；所述0.01级直流标准电流源和第一I/V变换模块连接，将0.01级直流标准电流源的电流输出通过I/V变换为电压输出，方便后级A/D采样；所述被检电流输入和第二I/V变换模块连接，将0.01级直流标准电流源的电流输出通过I/V变换为电压输出，方便后级A/D采样。

所述DSP控制器3包括通讯模块30、过热过载保护告警处理模块31、波形拟合单元34、波形下载单元33、档位切换控制模块32、SPORT口DMA传输数字波形数据模块35以及信号发生电路36，所述通讯模块30用以实现与上位机1和通讯接口2的连接，所述过热过载保护告警处理模块31用以接收0.01级直流标准电流源6发送的告警信号并将告警信号处理后传输到过热过载保护告警信号输出模块12，所述波形拟合单元34通过设置的参数将数字公式转化为D/A转换需要的数字信号，通过SPORT口DMA传输数字波形数据模块35传输至信号发生电路36；所述波形下载单元33通过波形下载，将录取的换流站含有脉动谐波信号的直流电流波形下载至DSP控制器3，通过SPORT口DMA传输数字波形数据模块35传输至信号发生电路36，控制0.01级直流标准电流源6输出相应的含有脉动谐波信号的直流电流波形；所述SPORT口DMA传输数字波形数据模块35接收波形下载单元33、波形拟合单元34的数字波形信号，将数字波形信号输出至信号发生电路，生成模拟信号。

所述信号发生电路36包括90M数字隔离器360、双16bitD/A芯片361以及前端调理电路362，

所述90M数字隔离器360使用ADI的ADUM1400，配合双16bitD/A芯片361实现5.625M的DA输出速率；

所述前端调理电路362将双16bitD/A芯片361输出的阶梯波形信号平滑为真正的模拟信号，提供给后级0.01级直流标准电流源6实现电流输出。

所述0.01级直流标准电流源6包括精密电阻、自由切换精密铂电阻阵列60、大功率三极管63以及运算放大器，所述DSP控制器3控制自由切换精密铂电阻阵列60选择合适的四脚精密铂电阻做电流取样电阻，取样电压经运算放大器放大，经精密电阻和DSP控制器3输出模拟信号做电压并联负反馈，稳定输出自由切换精密铂电阻阵列60上的电压值。

所述运算放大器包括放大回路选用的OPA2277运算放大器61做运算放大，反馈回路选用AD620运算放大器62做取样电压放大反馈。

精密电阻选用低温漂，高精度的铂电阻，电压并联负反馈是依靠两个精密铂电阻做并联反馈，因此两个电阻值的比例变化将直接影响输出精度，例如，假设输入信号不变，输出信号不变，两个电阻的比例变化万分之一，那么输出电流也将变化万分之一，故此选用高精度0.01％，低温漂1ppm的精密电阻。

运算放大器的性能直接影响0-1200Hz纹波输出，放大回路选用OPA2277做运算放大，OPA2277具有134dB的开环增益，极低的失调电压：10uV，极低的温度漂移：0.1uV/℃，带宽增益积为1MHz。反馈回路选用AD620做取样电压放大反馈，AD620最大失调50uV，温度漂移0.6uV/℃，开环增益可达100dB，增益带宽积为1MHz。

大功率三极管：由于OPA2277的最大短路电流为35mA，而输出电流要求1A，为防止OPA2277负载过大，所以三极管的放大倍数宜选用1000倍或者更高，因此选用MJ11032做大功率放大管，其放大倍数最小1000倍，最大可至18000倍，最大输出电流50A。

自由切换精密铂电阻阵列：在电路中精密铂电阻是用作电流取样，其稳定性直接影响输出电流的稳定性，所以需选用低温漂、高稳定性的精密铂电阻，因此选用VISHAY的精密铂电阻，其温漂为1PPM；在实际使用中采用多个精密铂电阻做取样电阻，在不同的电流输出值选择不同的输出取样电阻，保证0-5.5A宽范围的输出精度，多个精密铂电阻由DSP控制切换，DSP控制器根据要输出的电流大小，控制自由切换精密铂电阻阵列，选择合适的精密铂电阻电阻作为输出取样电阻，确保0-5.5A电流的输出精度。

所述上位机1由TFT液晶屏、鼠标、键盘构成，上位机和DSP控制器3通过串口通讯。

所述第一I/V变换模块9是将0.01级直流标准电流源输出的电流转化为电压信号输出至3路信号调理电路；第二I/V变换模块10是将直流互感器二次输出的电流转化为电压信号输出至3路信号调理电路。

所述DSP控制器3采用ADI公司的BF609双核DSP处理器，3路A/D采样装置采用TI公司的ADS1278芯片。ADS1278芯片具有24bit的分辨率，8路AD采样通道，且8路通道可实现同步采样；综合误差检测平台中的3路AD采样实际是上取出ADS1278的8路支持同步采样通道中的3路作为3路AD采样，实现一体化同步采样测量直流互感器检测的标准、被检信号，减少体积重量。

目前现有的技术方案通过多个数字万用表实现这一过程，但是存在如下几个问题：一是通过多个数字表，分别测量直流标准电流源和直流互感器的输出，方案复杂，需要至少两个数字万用表，体积大，测试环节多，安全可靠性相对较低；二是不能够实现同步采样，需要依靠对讲机或者其它方式大约同时读数，对直流标准电流源的输出稳定度要求非常高，因此直流标准源的设计复杂，体积相对较大；三是采用多个独立的标准表及设计复杂的直流标准源，集成为一体的设备，很难做小体积和重量。

针对这些问题，综合误差检测平台采用一体化设计，内置统一的AD转换电路，可同步测量标准和被检信号，体积小，重量轻，安全可靠，成本低；采用同步采样测量技术，实现直流互感器的标准和被检同步测量，同步采样时间优于1us，因此对直流标准源的稳定度要求大大降低，降低了直流标准电流源的设计要求，减少其体积重量。

请参阅图4：

对于电流输出型直流互感器，综合误差检测平台内置的0-5.5A输出的0.01级直流标准源输出一个0-5.5A的电流，加量给电流输出型互感器，将电流输出型互感器的二次输出电流送至综合误差检测平台的0-5.5A被检电流输入接口，综合测试平台同步采样电流输出型直流互感器的一次电流和电流输出型直流互感器的二次输出电流，通过采样计算两个电流值，检测电流输出型直流互感器的误差；并且上层软件可以将脉动换流站谐波信号的波形，通过波形下载，下载至DSP控制器，通过DSP控制器控制0.01级直流标准源仿真输出0-5.5A内的脉动换流站谐波信号电流，给电流输出型的互感器加量，对电流输出型的直流互感器的脉动谐波性能进行检测。

对于电压输出型直流互感器，综合误差检测平台内置的0-5.5A输出的0.01级直流标准源输出一个0-5.5A的电流，加量给电压输出型互感器，将电压输出型互感器的二次输出送至综合误差检测平台的0-120V被检电压输入接口，综合测试平台同步采样电压输出型直流互感器的一次电流和电压输出型直流互感器的二次输出电压，通过采样计算电压、电流值，检测电压输出型直流互感器的误差；并且上层软件可以将脉动换流站谐波信号的波形，通过波形下载，下载至DSP控制器，通过DSP控制器控制0.01级直流标准源仿真输出0-5.5A内的脉动换流站谐波信号电流，给电压输出型的互感器加量，对电压输出型的直流互感器的脉动谐波性能进行检测。

与现有技术相比，本实用新型能够仿真脉动换流站谐波信号的0.01级标准直流电流源；能够检测直流互感器的直流性能和脉动谐波性能；仿真脉动波形可通过上层软件编辑，可按照编辑波形对直流互感器进行检定；采用一体化设计，内置统一的AD转换电路，可同步测量标准和被检信号，体积小，重量轻，安全可靠，成本低。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。