一种直流互感器暂态特性校验系统的制作方法

本实用新型涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种直流互感器暂态特性校验系统。

背景技术：

柔性直流输电技术作为新一代直流输电技术，在孤岛供电、城市配电网的增容改造、交流系统互联、大规模风电场并网方面具有较强的技术优势，弥补了传统直流输电的局限性。相对于传统高压直流输电系统，柔性直流输电系统的调控能力更强，但是由于柔性直流输电系统直流侧故障时的回路阻抗小，瞬时故障电流大，为了提高柔性直流系统的响应速度，抑制故障电流，需要控制保护信号具有更快的采样速度和更宽的频带宽度，直流互感器的暂态特性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行，因此对柔性直流输电用直流互感器的暂态特性提出了更高的要求。

目前直流互感器暂态响应校验技术的研究仍处于较低水平，导致直流互感器的暂态特性试验无法正常开展，出现大量直流互感器未经暂态特性试验考核就挂网运行的现象。因此，急需开展直流互感器暂态特性校验技术的研究，以实现对直流互感器的暂态特性进行校验。

技术实现要素：

本实用新型提出一种直流互感器暂态特性校验系统，以解决如何对直流互感器的暂态特性进行校验的问题。

为了解决上述问题，根据本实用新型的一个方面，提供了一种直流互感器暂态特性校验系统，所述系统包括：

ft3高速解析单元，分别与高速采集单元和工控设备相连接，用于对获取的被测直流互感器输出的数字信号量进行解析，并发送至工控设备；用于生成秒脉冲同步信号，并发送至高速采集单元；

高速采集单元，与工控设备相连接，用于根据所述秒脉冲同步信号对被测直流互感器输出的第一模拟信号量和标准直流互感器输出的第二模拟信号量同步进行采集，并发送至所述工控设备；

工控设备，用于根据所述数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量分别确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性；

存储单元，与所述工控设备相连接，用于对数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量进行存储；用于对被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性进行存储。

优选地，其中所述ft3高速解析单元，对获取的被测直流互感器输出的第一数字信号量进行解析，并发送至工控设备，包括：

ft3高速解析单元通过光数据接收端口获取被测直流互感器输出的数字信号量，对所述数字信号量进行识别和解码处理，并将解码后的数据组帧封装为以太网报文数据后发送至工控设备。

优选地，其中所述ft3高速解析单元，能够实现光数据接收端口的ft3协议的曼切斯特编码、uart编码及波特率的智能识别及解码。

优选地，其中所述工控设备，根据所述数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量分别确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性，包括：

参考电平确定模块，用于分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形的参考电平；

跳变点检测模块，用于根据参考电平利用插值法分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形的波形类型，并利用区域检索法分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量在预设跳变点对应的跳变点时间二维数组；

暂态特性确定模块，用于根据数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量在预设跳变点对应的跳变点时间二维数组，分别确定每个阶跃波形对应的暂态特性参数，并根据所述暂态特性参数确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性。

优选地，其中所述参考电平确定模块，利用手动设置法、最值法或边界窗法确定参考电平。

优选地，其中所述预设跳变点包括：阶跃波形的上下幅值差的0％、10％、50％、90％、95％和105％。

优选地，其中所述暂态特性参数包括：趋稳时间、响应时间、上升/下降时间、过冲值和延迟时间。

优选地，其中所述暂态特性确定模块，根据所述暂态特性参数确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性，包括：

将分别根据数字信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，以确定所述被测直流互感器输出数字量时的暂态特性；

将分别根据第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，以确定所述被测直流互感器输出模拟量时的暂态特性。

优选地，其中所述工控设备和高速采集单元通过插槽结构集成在工控设备的机箱中。

本实用新型提供了一种直流互感器暂态特性校验系统，包括：ft3高速解析单元对获取的被测直流互感器输出的数字信号量进行解析，并发送至工控设备；生成秒脉冲同步信号，并发送至高速采集单元；高速采集单元，根据所述秒脉冲同步信号对被测直流互感器输出的第一模拟信号量和标准直流互感器输出的第二模拟信号量同步进行采集；工控设备，根据所述数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量分别确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性；存储单元，对数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量进行存储；用于对被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性进行存储。本实用新型通过ft3高速解析单元和高速采集单元实现直流互感器数字量和模拟量暂态波形的高速采样，利用基于labview的自适应暂态校验算法实现方波、单个阶跃波形、多个阶跃波形等多种暂态波形的校验，具有较强的适用性，可以实现传统直流工程中模拟量输出型直流互感器和柔性直流工程中高采样率的数字量输出型直流互感器的暂态特性校验；能够应用于第三方计量检测机构、科研院所和直流互感器校验设备生产厂家，对开展直流互感器暂态特性性能试验及相关研究提供了帮助。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本实用新型的示例性实施方式：

图1为根据本实用新型实施方式的直流互感器暂态特性校验系统100的结构示意图；

图2为根据本实用新型实施方式的直流互感器暂态特性校验系统的示例图；以及

图3为根据本实用新型实施方式的计算暂态参数的示意图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本实用新型的示例性实施方式，然而，本实用新型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实用新型，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本实用新型的范围。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实用新型的限定。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为根据本实用新型实施方式的直流互感器暂态特性校验系统100的结构示意图。如图1所示，本实用新型的实施方式提供的直流互感器暂态特性校验系统，通过ft3高速解析单元和高速采集单元实现直流互感器数字量和模拟量暂态波形的高速采样，利用基于labview的自适应暂态校验算法实现方波、单个阶跃波形、多个阶跃波形等多种暂态波形的校验，具有较强的适用性，可以实现传统直流工程中模拟量输出型直流互感器和柔性直流工程中高采样率的数字量输出型直流互感器的暂态特性校验；能够应用于第三方计量检测机构、科研院所和直流互感器校验设备生产厂家，对开展直流互感器暂态特性性能试验及相关研究提供了帮助。本实用新型的实施方式提供的直流互感器暂态特性校验系统100，包括：ft3高速解析单元101、高速采集单元102、工控设备103和存储单元104。

优选地，所述ft3高速解析单元101，分别与高速采集单元和工控设备相连接，用于对获取的被测直流互感器输出的数字信号量进行解析，并发送至工控设备；用于生成秒脉冲同步信号，并发送至高速采集单元。

优选地，其中所述ft3高速解析单元，对获取的被测直流互感器输出的第一数字信号量进行解析，并发送至工控设备，包括：

ft3高速解析单元通过光数据接收端口获取被测直流互感器输出的数字信号量，对所述数字信号量进行识别和解码处理，并将解码后的数据组帧封装为以太网报文数据后发送至工控设备。

优选地，其中所述ft3高速解析单元所述ft3高速解析单元，能够实现光数据接收端口的ft3协议的曼切斯特编码、uart编码及波特率的智能识别及解码。

图2为根据本实用新型实施方式的直流互感器暂态特性校验系统的示例图。如图2所示，在本实用新型的实施方式中，ft3高速解析单元具有光st数据接收端口、bnc电同步端口、光st同步发送端口和rj45以太网通信端口。其中，ft3高速解析单元可实现光st数据接收端口的ft3协议的曼切斯特编码、uart编码及波特率的智能识别及解码，将被测直流互感器输出的数字信号量进行解码，并获取数据组帧，将获取的数据组帧根据以太网tcp协议封装后，获取以太网报文数据，并通过rj45以太网通信端口输出到pc工控机(工控设备)；同时ft3高速解析单元通过内部的晶体振荡器和fpga分频模块生成pps秒脉冲同步信号，并通过bnc电同步端口或光st同步发送端口输出至高速采集单元。优选地，所述高速采集单元102，与工控设备相连接，用于根据所述秒脉冲同步信号对被测直流互感器输出的第一模拟信号量和标准直流互感器输出的第二模拟信号量同步进行采集，并发送至所述工控设备。

如图2所示，在本实用新型的实施方式中，高速采集单元具有2个模拟量采样端口(ch1和ch2)、1个时钟同步端口以及pxi总线接口。高速采集单元采用ni公司的pxi-5922采集卡或同一系列具有相似参数功能的pxi采集卡。1个时钟同步端口用于接收ft3高速解析单元的秒脉冲同步信号。2个模拟量采样端口ch1和ch2的数据在时钟同步端口的秒脉冲同步信号的下降沿实现同步采样，ch1端口用于对被测直流互感器输出的模拟信号量进行采集，ch2端口用于对标准直流互感器输出的模拟信号量进行采集，采样率配置为2mhz，采样后的数据通过pxi总线接口传输到pc工控机。

优选地，所述工控设备103，用于根据所述数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量分别确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性。

优选地，其中所述工控设备和高速采集单元通过插槽结构集成在工控设备的机箱中。

在本实用新型的实施方式中，pc工控机具有rj45以太网端口、usb端口、pxi总线接口等，采用ni公司的pxie-8840嵌入式控制器，运行基于labview的上位机应用程序，用于通过pxi总线接口配置高速采集单元参数及接收采样数据，通过rj45以太网端口接收ft3高速解析单元的以太网报文数据，通过基于labview的暂态校验算法实现暂态特性参数计算，上位机可实现将暂态采样数据图形化显示和录波，并将暂态特性校验结果导出至excel表格中。pc工控机和高速采集单元通过插槽结构集成在nipxie-1062q工控机箱中。

本实用新型的直流互感器暂态特性校验系统，可以对模拟量输出型直流互感器进行暂态特性校验，也可以对数字量输出型直流互感器进行暂态特性校验。

其中，在对模拟量输出型直流互感器进行暂态特性校验时，pc工控机的上位机控制高速采集单元的ch1和ch2采样端口分别对标准直流互感器和被测直流互感器的模拟暂态波形进行采样，然后将采样数据传输到pc工控机中进行暂态校验计算。

在对数字量输出型直流互感器进行暂态特性校验时，pc工控机的上位机控制高速采集单元的ch1和ft3高速解析单元分别对标准直流互感器的模拟暂态波形和被测直流互感器的ft3数字信号进行采样和解析，然后将采样数据传输到pc工控机中进行暂态校验计算。

pc工控机上运行的labview上位机采用自适应暂态校验算法，能够实现方波、单个阶跃波形、多个阶跃波形等多种暂态波形的智能识别及参数计算。

优选地，其中所述工控设备，根据所述数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量分别确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性，包括：

参考电平确定模块，用于分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形的参考电平；

跳变点检测模块，用于根据参考电平利用插值法分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形的波形类型，并利用区域检索法分别确定数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量在预设跳变点对应的跳变点时间二维数组；

暂态特性确定模块，用于根据数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量在预设跳变点对应的跳变点时间二维数组，分别确定每个阶跃波形对应的暂态特性参数，并根据所述暂态特性参数确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性。

优选地，其中所述参考电平确定模块，利用手动设置法、最值法或边界窗法确定参考电平，参考电平即阶跃波形的0％与100％的电平幅值。

优选地，其中所述预设跳变点包括：阶跃波形的上下幅值差的0％、10％、50％、90％、95％和105％。

优选地，其中所述暂态特性参数包括：趋稳时间、响应时间、上升/下降时间、过冲值和延迟时间。

优选地，其中所述暂态特性确定模块，根据所述暂态特性参数确定所述被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性，包括：

将分别根据数字信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，以确定所述被测直流互感器输出数字量时的暂态特性；

将分别根据第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，以确定所述被测直流互感器输出模拟量时的暂态特性。

图3为根据本实用新型实施方式的计算暂态参数的示意图。如图3所示，在本实用新型的实施方式中，pc工控机的上位机程序中包含有参考电平检测模块，参考电平检测模块有手动设置法、最值法和边界窗法三种可选方法实现暂态波形参考电平的检测。手动设置法是人工查看暂态波形的参考电平后手动设置，最值法是将暂态采样数据的最大值和最小值作为参考电平。边界窗法是首先通过最值法初步确认参考电平，再计算阶跃波形的50％阶跃中间点时间，然后以阶跃中间点时间为中心的某一时间窗口边界范围外的一段时间内的数据的均值作为参考电平。

上位机程序中的跳变点检测模块，用于获取阶跃波形的上下幅值差的0％、10％、50％、90％、95％和105％幅值时的跳变点时间组成的数组。具体地，对于任一个在暂态采样波形，首先利用参考电平检测模块计算的参考电平和插值法计算暂态采样波形的全部50％阶跃点时间，以每个50％阶跃点时间点为中心的某时间窗口边界的下边界时间、上边界时间和50％阶跃点时间组成阶跃边界一维数组，将以每个50％阶跃点时间计算的阶跃边界一维数组合并为阶跃边界二维数组，边界二维数组的行数即为暂态波形的阶跃数量，从而智能判断方波、单个阶跃波形、多个阶跃波形等暂态波形类型。然后，利用区域检索法根据阶跃边界二维数组的下边界时间、上边界时间和50％阶跃点时间计算阶跃波形0％、10％、50％、90％、95％和105％的跳变点时间，即在下边界时间和50％阶跃点时间范围内检索暂态采样波形，分别计算0％、10％的阶跃跳变点时间组成的一维数组，在50％阶跃点时间和上边界时间范围内检索暂态采样波形，分别计算90％、95％、105％的阶跃跳变点时间一维数组，依次检索阶跃边界二维数组，将计算的阶跃波形0％、10％、50％、90％、95％和105％幅值时的跳变点时间一维数组分别合并为跳变点时间二维数组，以获取该暂态波形对应的跳变点时间二维数组。

上位机程序中的暂态特性确定模块通过跳变点检测模块生成的阶跃波形0％、10％、50％、90％、95％和105％幅值时的跳变点时间二维数组，计算出暂态采样波形的暂态特性参数，包括：趋稳时间、响应时间、上升/下降时间、过冲值和延迟时间等参数，用于确定被测直流互感器的暂态特性。其中，将分别根据数字信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，能够确定所述被测直流互感器输出数字量时的暂态特性。将分别根据第一模拟信号量和第二模拟信号量对应的阶跃波形确定的暂态特性参数，按照预设的策略进行比较，能够确定被测直流互感器输出模拟量时的暂态特性。

在本发明的实施方式中，利用如下方式确定暂态采样波形的趋稳时间、响应时间、上升/下降时间、过冲值和延迟时间，包括：分别将阶跃波形0％、10％、50％、90％、95％幅值时的跳变点时间二维数组的第一行、第一列的数组元素作为阶跃波形的0％、10％、50％、90％、95％跳变点时刻。上升/下降时间为阶跃波形的10％跳变点时刻与90％跳变点时刻之差，即tr＝|t90％-t10％|；阶跃响应时间为阶跃发生时刻与95％跳变点时刻之差，即tsr＝t95％-t0；将阶跃波形95％和105％幅值时的跳变点时间二维数组的第一行、最后一列的数组元素的最大值作为阶跃波形趋稳时刻，趋稳时间即为阶跃发生时刻至阶跃波形趋稳时刻之差；过冲值为阶跃波形的最大值和阶跃波形参考电平的偏差与阶跃波形参考电平的比值百分数；延迟时间为被测直流互感器与标准直流互感器的阶跃波形的50％跳变点时刻之差。

具体地，在确定被测直流互感器的暂态特性时，当被测直流互感器为直流电压互感器时，若阶跃响应时间或延迟时间小于等于250μs，过冲值小于等于20％，趋稳时间小于5ms，则被测直流电压互感器的暂态特性合格，否则不合格。当被测直流互感器为直流电流互感器时，若上升/下降时间小于等于400μs，过冲值小于等于20％，趋稳时间小于5ms，则被测直流电流互感器的暂态特性合格，否则不合格。

优选地，所述存储单元104，与所述工控设备相连接，用于对数字信号量、第一模拟信号量和第二模拟信号量进行存储；用于对被测直流互感器输出模拟量和数字量时的暂态特性进行存储。

已经通过参考少量实施方式描述了本实用新型。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，除了本实用新型以上公开的其他的实施例等同地落在本实用新型的范围内。

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。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。