電子式電流互感器諧波準確度整體檢測方法和檢測裝置與流程

本發明涉及電氣測量領域，具體地說，是一種高壓大電流的電子式電流互感器諧波準確度整體檢測方法和檢測裝置。

背景技術：

隨著電網和電力電子技術的不斷發展，越來越多的電力電子技術應用于電力系統。鐵路、冶金、化工等行業的迅速發展與規模擴張，也使得電網中的非線性負荷的比重不斷攀升。這些都將在電網中產生諧波。諧波對計量、品質測量和繼電保護皆有較大的危害。

諧波治理的首要任務是諧波測量。電子式互感器有頻帶寬、響應快、不飽和等優點，是電力系統參數測量的基礎設備，是諧波測量的直接手段，在新一代智能變電站的建設中得到了廣泛的應用。因此，電子式互感器諧波準確度的測量技術得到廣泛關注。隨之而來的，電子式互感器諧波準確度的檢測手段也成為本專業的熱點。而目前針對諧波測量的研究都只限于低電壓小電流二次側輸入檢測和諧波校驗儀的儀器儀表研發，對電子式互感器型式試驗中諧波測量準確度的檢測手段尚屬空白。電子式電流互感器諧波準確度檢測試驗是國家標準GB/T 20840.8-2007《電子式電流互感器》中規定的型式試驗項目，國內只有兩家機構具備電子式互感器型式試驗資質，一家為西安高電壓研究所，另外一家為中國電力科學研究院武漢分院，迄今為止這兩家機構，尚不具備該項試驗整體校驗能力。目前所采用的測量方法均限于低電壓小電流二次側輸入檢測和諧波校驗儀的儀器儀表研發。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種高壓大電流的電子式電流互感器諧波準確度整體檢測方法和檢測裝置，可以實現電子式電流互感器的諧波準確度整體校驗，滿足電子式互感器型式試驗檢測，真實有效地檢測出電子式電流互感器的諧波測量能力。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種電子式電流互感器諧波準確度整體檢測方法，包括：

A、將交直流穩態源、標準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器三者電連接形成一次回路；其中，所述交直流穩態源用于產生諧波大電流，所述標準諧波電流傳感器用于將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換為小電流小電壓信號；所述標準諧波電流傳感器輸出的小電流小電壓信號經數據采集單元轉換為數字信號后，與所述待測電子式電流互感器的輸出端共同接入到諧波校驗計算單元中；

B、用同一個外部觸發信號同時觸發待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出；采集受外部觸發信號觸發后的待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出；

C、將采集獲得的和待測電子式電流互感器輸出的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差，完成對待測電子式電流互感器的諧波測量準確度整體校驗。

進一步地，所述步驟A中，標準諧波電流傳感器由標準諧波電流比較儀和無感標準電阻構成；由標準諧波電流比較儀將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換為小電流，再由無感標準電阻轉化為小電壓信號。

進一步地，所述步驟A中，所述無感標準電阻輸出的小電壓信號經過數據采集卡轉換為數字信號。

進一步地，所述步驟B中，當接收到觸發信號后，數據采集卡采集標準諧波電流比較儀輸出的信號并輸出給所述諧波校驗計算單元；同時，網卡采集待測電子式電流互感器的數字量輸出信號，解析數據幀內容，尋找觸發信號起始數據，并輸出給所述諧波校驗計算單元。

進一步地，所述步驟C中，所述諧波校驗計算單元根據所述數據采集卡的輸出計算標準諧波電流傳感器輸出有效值和相位值，根據所述網卡的輸出計算待測電子式電流互感器輸出有效值和相位值；根據上述獲得的準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的輸出有效值和相位值，計算出誤差和角差。

進一步地，所述步驟A中，由標準諧波電流比較儀將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換后的小電流為0-1A。

本發明還提供了一種電子式電流互感器諧波準確度整體檢測裝置，包括：

交直流穩態源，用于產生諧波大電流；

標準諧波電流傳感器，與所述交直流穩態源及待測電子式電流互感器電連接形成一次回路，用于將所述交直流穩態源產生的諧波大電流換為小電流小電壓信號；

數據采集單元，用于將所述標準諧波電流傳感器轉換后的小電流小電壓信號轉換為數字信號；

外部觸發信號生成單元，用于生成外部觸發信號，并使用所述外部觸發信號同時觸發待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出，從而在同一時間取得一次電流的兩種樣本；

諧波校驗計算單元，用于接收受外部觸發信號觸發后的由標準諧波電流傳感器輸出并經所述數據采集單元轉換后的數字信號及待測電子式電流互感器的輸出，并將采集獲得的和待測電子式電流互感器輸出的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差，完成對待測電子式電流互感器的諧波測量準確度整體校驗。

進一步地，所述標準諧波電流傳感器包括標準諧波電流比較儀和無感標準電阻，其中所述標準諧波電流比較儀用于將所述交直流穩態源產生的諧波大電流換為小電流，所述無感標準電阻用于將所述標準諧波電流比較儀的小電流轉換小電壓信號。

進一步地，所述諧波校驗計算單元包括工控機和同步時鐘，其中，所述工控機用于將標準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差；所述同步時鐘用于實現諧波電流樣本的同步采樣。

進一步地，所述標準諧波電流比較儀還用于檢測到所述交直流穩態源輸出的大電流變化時，將所述變化反饋給所述交直流穩態源，以控制交直流穩態源輸出的電流穩定。

本發明的電子式電流互感器諧波準確度整體校驗方法及裝置，可以實現電子式電流互感器的諧波準確度整體校驗，滿足電子式互感器型式試驗檢測，真實有效地檢測出電子式電流互感器的諧波測量能力，滿足國家標準的要求。

附圖說明

圖1是本發明的電子式電流互感器諧波準確度整體校驗方法的流程圖。

圖2是本發明的電子式電流互感器諧波準確度整體校驗裝置的原理圖。

圖3是本發明的校驗裝置的工作流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好地理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

根據國標GB/T 20840.8中數字量輸出型電子式互感器的準確度要求與模擬量輸出型電子式互感器的相同，準確度要求如表1所示。

表1 功率計量用電子式互感器誤差限制：

按照計量檢定規程的要求，標準裝置的實際誤差應不大于被檢試品誤差限值的1/5，結合表1的數據可知，對電子式電流互感器的諧波測量準確度進行測定的標準裝置的誤差限值如表2所示，可滿足所有準確度等級的電子式電流互感器諧波整體校驗。

表2 對諧波測量準確度進行測定的標準系統的誤差限值：

以0.2級電子式電流互感器校準為例，其傳感器要求準確度最高的2～4次諧波下比差準確度為2%，按照計量檢定規程的要求，標準裝置的實際誤差應不大于被檢試品誤差限值的1/5，即0.5%。檢測系統誤差構成環節主要為準諧波電流傳感器，信號采集卡和誤差理論算法。為保證校驗系統的準確度，將誤差分配如下：電流標準傳感器0.2%，信號采集卡和誤差理論算法的誤差為0.3%。

為了滿足上述標準，如圖1所示，本發明的電子式電流互感器諧波準確度整體檢測方法，包括：

步驟101：將交直流穩態源、標準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器三者電連接形成一次回路；其中，所述交直流穩態源用于產生諧波大電流，所述標準諧波電流傳感器用于將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換為小電流小電壓信號；所述標準諧波電流傳感器輸出的小電流小電壓信號經數據采集單元轉換為數字信號，與所述待測電子式電流互感器的輸出端共同接入到諧波校驗計算單元中；

步驟102：用同一個外部觸發信號同時觸發待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出；采集受外部觸發信號觸發后的待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出；

步驟103：將采集獲得的和待測電子式電流互感器輸出的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差，完成對待測電子式電流互感器的諧波測量準確度整體校驗。

其中，所述步驟101中，標準諧波電流傳感器由標準諧波電流比較儀和無感標準電阻構成；由標準諧波電流比較儀將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換為小電流，再由無感標準電阻轉化為小電壓信號。

優選地，所述步驟101中，所述無感標準電阻輸出的小電壓信號經過數據采集卡轉換為數字信號。

所述步驟102中，當接收到觸發信號后，數據采集卡采集標準諧波電流比較儀輸出的信號并輸出給所述諧波校驗計算單元；同時，網卡采集待測電子式電流互感器的數字量輸出信號，解析數據幀內容，尋找觸發信號起始數據，并輸出給所述諧波校驗計算單元。所述步驟103中，所述諧波校驗計算單元根據所述數據采集卡的輸出計算標準諧波電流傳感器輸出有效值和相位值，根據所述網卡的輸出計算待測電子式電流互感器輸出有效值和相位值；根據上述獲得的準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的輸出有效值和相位值，計算出誤差和角差。

優選地，所述步驟101中，由標準諧波電流比較儀將交直流穩態源輸出的一次大電流轉換后的小電流為0-1A。

如圖2所示，本發明的電子式電流互感器諧波準確度整體檢測裝置，包括：

交直流穩態源，用于產生諧波大電流；

標準諧波電流傳感器，與所述交直流穩態源及待測電子式電流互感器電連接形成一次回路，用于將所述交直流穩態源產生的諧波大電流換為小電流小電壓信號；

數據采集單元，用于將所述標準諧波電流傳感器轉換后的小電流小電壓信號轉換為數字信號；

外部觸發信號生成單元，用于生成外部觸發信號，并使用所述外部觸發信號同時觸發待測電子式電流互感器的輸出和標準諧波電流傳感器的輸出，從而在同一時間取得一次電流的兩種樣本；

諧波校驗計算單元，用于接收受外部觸發信號觸發后的由標準諧波電流傳感器輸出并經所述數據采集單元轉換后的數字信號及待測電子式電流互感器的輸出，并將采集獲得的和待測電子式電流互感器輸出的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差，完成對待測電子式電流互感器的諧波測量準確度整體校驗。

其中，所述標準諧波電流傳感器包括標準諧波電流比較儀和無感標準電阻，其中所述標準諧波電流比較儀用于將所述交直流穩態源產生的諧波大電流換為小電流，所述無感標準電阻用于將所述標準諧波電流比較儀的小電流轉換小電壓信號。

其中，所述諧波校驗計算單元包括工控機和同步時鐘，其中，所述工控機用于將標準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的時間相關數組和電流值離散數組進行傅立葉變換計算出誤差和角差；所述同步時鐘用于實現諧波電流樣本的同步采樣。

優選地，所述標準諧波電流比較儀還用于檢測到所述交直流穩態源輸出的大電流變化時，將所述變化反饋給所述交直流穩態源，以控制交直流穩態源輸出的電流穩定。

本發明中標準諧波電流比較儀既為標準諧波電流傳感器的一部分，又為交直流穩態源的反饋部件。當大電流變化時，通過標準諧波電流比較儀把大電流檢測出來后，控制電流源的輸出電流，形成閉環系統，從而使得大電流達到穩定的目的。標準諧波電流比較儀還把大電流按比例地變為小電流，接入感標準電阻獲得小電壓信號，作為諧波測試系統的標準電流傳感頭。

本裝置的諧波校驗計算單元包括數據采集卡，工控機和同步時鐘，實施諧波電流樣本的同步采樣和幅值誤差、相位誤差計算。

上述電子式電流互感器諧波準確度整體檢測裝置的工作流程如圖3所示，首先進行初始化，然后設置觸發參數、采樣參數。本發明的諧波電流源具體參數設計為輸出交流0—1000A，輸出電壓最大值5V，頻率50Hz—1000Hz的標準穩流源，電流穩定度優于1×10-4A/2分鐘。交流電流比例標準參數為額定一次電流1000A，輸出頻率50Hz-1000Hz.額定二次電流 1A，比例準確度5×10-5，工作頻率50Hz—1000Hz。標準電阻器參數為額定電流1A 準確度0.01級。頻率0—1kHz。

當接收到觸發信號后，采集卡采集信號，繼而，計算標準諧波電流傳感器輸出有效值和相位值，同時，網卡采集待測電子式電流互感器的數字量輸出信號，解析數據幀內容，尋找觸發信號起始數據，繼而，計算待測電子式電流互感器輸出有效值和相位值；根據上述獲得的準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的輸出有效值和相位值，計算出誤差和角差，從而對待測電子式電流互感器的諧波測量準確度進行測定。

其中，交直流穩態源為諧波電流源，標準諧波電流比較儀將諧波電流源輸出的一次大電流轉換為0~1A的小電流，經過無感標準電阻轉化為小電壓信號接入數據采集卡，通過PCI接口進入諧波校驗計算單元。同時，待測電子式電流互感器將測量電流信號接入采集器轉化成數字信號，繼而通過合并單元并最終接入諧波校驗計算單元；所述同步時鐘同時連接數據采集卡及待測電子式電流互感器的合并單元，從而實現對標準諧波電流傳感器和待測電子式電流互感器的輸出采集進行同時觸發。

本發明的工作條件滿足：1）工作頻率50Hz～1000Hz；2）最大額定電流1000A；3）輸出接口滿足GB/T 20840.8-2007和IEC60044-8：2002的要求；4）具備能夠對滿足表1諧波測量準確度的產品進行測量的準確度，即，誤差限值小于表2中誤差限值。

本發明在頻率50Hz～1000Hz下，所建立的對電子式電流互感器的諧波測量準確度進行測定的標準裝置及方法能夠滿足標準GB/T 20840.8-2007和IEC60044-8：2002的要求，對電子式電流互感器的諧波測量準確度進行測定，且按照標準規定的測量參數，測定的能力能夠覆蓋額定電壓等級1000kV、額定電流1000A以內的電子式電流互感器產品；

建立起對電子式電流互感器諧波準確度整體校驗方法及裝置，后續可開展電子式電流互感器的諧波準確度測量，以彌補此前國內檢測手段的不足，對電子式電流互感器的諧波測量準確度提出要求，發掘電子式電流互感器在諧波功率計量、品質測量等方面的功能。

建立起對電子式電流互感器諧波準確度整體校驗方法及裝置，后續亦可開展直流電子式電流互感器的頻率響應試驗，以彌補此前國內檢測手段的不足。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。