一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，利用標準互感器、交流模擬量輸出儀器、數據采集設備以及工控機進行測試系統硬件環境搭建，根據測試要求，利用測試系統硬件環境，使用測試程序完成互感器的幅值與相位的數據采集，并記錄數據，數據采集完成后，對得到的互感器的幅值與相位數據進行分析，得出幅值與相位誤差超標的點，并對于幅值進行曲線擬合，給出線性度較好的最大區間范圍。本發明采用FPGA架構板卡作為數據采集，數據處理采用虛擬儀器平臺，采樣速度快、精度高，能夠快速反復執行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應用前景，值得推廣。
【專利說明】
一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，屬于互感器測試技術領域。【背景技術】
[0002]虛擬儀器技術(Virtual Instrument)是利用模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。虛擬儀器將數據采集與數據分析分開，數據采集板卡的結果經過高速通訊總線交給軟件，儀器功能由軟件實現。虛擬儀器平臺能夠靈活而有效的應用于各種數據采集、參數測試等工作。
[0003]互感器是將電網高電壓、大電流的信息傳遞到低電壓、小電流二次側的計量、測量儀表及繼電保護、自動裝置的一種特殊變壓器，互感器是模擬量與數字量的橋梁，互感器所采集的數字量是電力系統繼電保護裝置數據采集、狀態監測、保護動作的重要依據。互感器幅值與相位是否合格，直接影響到電力系統測量準確性和繼電器保護裝置動作的可靠性。
[0004]保護測控裝置用于測量交流模擬量的互感器精度應符合GB/T 13729-2002的 3.5.2部分規定；用于保護的交流模擬量幅值誤差應滿足GB/T 20840.7-2007的13.5及GB/T20840.8-2007的 13.1.3部分規定；相位誤差應滿足GB/T 20840.7-2007的 12.5及GB/T20840.8-2007的12.2、13.1.3部分規定。傳統互感器幅值與相位檢測方法主要使用變壓器、 萬用表、相位計、模擬示波器等搭建的測試系統，體積龐大，操作繁瑣，并且模擬示波器顯示屏上，肉眼難以觀察兩路正弦波之間1%以下的幅值誤差和1度以下的相角誤差。為確保電力系統的可靠運行，加快推進我國堅強電網建設，設計一種保護測控裝置互感器幅值與相位檢測平臺，有效精確的檢測互感器的幅值與相位成為亟需解決的問題。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，采用FPGA板卡作為數據采集，數值分析采用虛擬儀器平臺，其采集精度高、速度快、自動化水平高，且能快速反復執行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應用前景，值得推廣。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，包括以下步驟:1)利用標準電壓互感器或標準電流互感器、交流模擬量輸出儀器、數據采集設備以及工控機進行測試系統硬件環境搭建，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標準電壓互感器原邊并聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標準電壓互感器的副邊均接入數據采集設備，對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標準電流互感器原邊按同名端串聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標準電流互感器的副邊均接入數據采集設備;工控機通過以太網與數據采集設備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸出儀器；2)根據測試要求，利用測試系統硬件環境，在工控機編寫測試程序完成電壓互感器或者電流互感器的幅值與相位的數據采集，并記錄數據；3)數據采集完成后，對步驟2)得到的幅值與相位數據進行分析，得出幅值與相位誤差超標的點，并對幅值最大線性區間進行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊界條件，對幅值數據不斷進行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區間。
[0007]前述的數據采集設備采用FPGA架構板卡。[〇〇〇8]前述的步驟2)數據采集過程如下:工控機測試程序讀取配置文件，開始數據采集， 對于電壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標準電壓互感器，測試程序自動觸發數據采集設備采集一定時間的電壓數據，對于每次采集到的電壓數據進行FFT計算，得到電壓互感器的幅值與相位，測試完成后進行數據保存;對于電流互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標準電流互感器，測試程序自動觸發數據采集設備采集一定時間的電流數據，對于每次采集到的電流數據進行FFT計算，得到電流互感器的幅值與相位;對于相位，以標準電壓互感器/標準電流互感器為零相位點，計算待測電壓互感器/待測電流互感器的相位差，對于幅值，以標準電壓互感器/標準電流互感器幅值為基準，計算相對誤差;測試完成后進行數據保存。
[0009]本發明所達到的有益效果:本發明采用FPGA板卡作為數據采集，數據采集設備采樣精度為16位，采樣頻率最高可達750kS/s;數值分析采用軟件分析，能夠顯示幅值與相位超標測試點，并且通過數次擬合給出幅值的最大線性區間。本發明采集精度高、速度快、自動化水平高，且能快速反復執行對互感器幅值與相位檢測，具有良好的應用前景，值得推廣。【附圖說明】
[0010]圖1是本發明的測試系統搭建示意圖；圖2為本發明的數據采集流程圖。【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0012]本發明的基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法包括以下步驟:步驟(1)，利用標準互感器、交流模擬量輸出儀器、數據采集設備以及工控機進行測試系統硬件環境搭建。如圖1中，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標準電壓互感器原邊并聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標準電壓互感器的副邊均接入數據采集設備。對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標準電流互感器原邊按同名端串聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標準電流互感器的副邊均接入數據采集設備。數據采集設備采用FPGA架構板卡。工控機通過以太網與數據采集設備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸出儀器。
[0013]步驟(2)，根據測試要求，利用測試系統硬件環境，在工控機編寫測試程序完成電壓互感器或者電流互感器的幅值與相位的數據采集，并記錄數據。如圖2所示，數據采集過程如下:工控機測試程序讀取配置文件，開始數據采集，對于電壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標準電壓互感器，對于電流互感器測試， 交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標準電流互感器，測試程序自動觸發數據采集設備采集一定時間的電壓或電流數據，對于每次采集到的數據進行FFT計算，得到電壓互感器或電流互感器的幅值與相位。對于相位，以標準互感器為零相位點，計算待測互感器的相位差，對于幅值，以標準互感器幅值為基準，計算相對誤差。最后，測試完成，則進行數據保存，有效減少了數據存儲壓力，提高后期數據處理效率;否則的話，繼續測試。[〇〇14]步驟(3)，數據采集完成后，對步驟(2)得到的幅值與相位數據進行分析，得出幅值與相位誤差超標的點，并對幅值最大線性區間進行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊界條件，對幅值數據不斷進行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區間。
[0015]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在于，包括以下步驟:1)利用標準電壓互感器或標準電流互感器、交流模擬量輸出儀器、數據采集設備以及 工控機進行測試系統硬件環境搭建，對于電壓互感器測試，將待測電壓互感器原邊與標準 電壓互感器原邊并聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電壓互感器與標準電壓互感器的副邊 均接入數據采集設備，對于電流互感器測試，將待測電流互感器原邊與標準電流互感器原 邊按同名端串聯接入交流模擬量輸出儀器，待測電流互感器與標準電流互感器的副邊均接 入數據采集設備;工控機通過以太網與數據采集設備通訊，并且使用USB控制交流模擬量輸 出儀器；2)根據測試要求，利用測試系統硬件環境，在工控機編寫測試程序完成電壓互感器或 者電流互感器的幅值與相位的數據采集，并記錄數據；3)數據采集完成后，對步驟2)得到的幅值與相位數據進行分析，得出幅值與相位誤差 超標的點，并對幅值最大線性區間進行檢測，按照測試要求，以幅值相對誤差最大值作為邊 界條件，對幅值數據不斷進行直線擬合，最終找出符合條件的最大線性區間。2.根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在 于，所述數據采集設備采用FPGA架構板卡。3.根據權利要求1所述的一種基于虛擬儀器的互感器幅值與相位檢測方法，其特征在 于，所述步驟2)數據采集過程如下:工控機測試程序讀取配置文件，開始數據采集，對于電 壓互感器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電壓互感器與標準電壓互感 器，測試程序自動觸發數據采集設備采集一定時間的電壓數據，對于每次采集到的電壓數 據進行FFT計算，得到電壓互感器的幅值與相位，測試完成后進行數據保存;對于電流互感 器測試，交流模擬量輸出儀器輸出交流模擬信號至待測電流互感器與標準電流互感器，測 試程序自動觸發數據采集設備采集一定時間的電流數據，對于每次采集到的電流數據進行 FFT計算，得到電流互感器的幅值與相位;對于相位，以標準電壓互感器/標準電流互感器為 零相位點，計算待測電壓互感器/待測電流互感器的相位差，對于幅值，以標準電壓互感器/ 標準電流互感器幅值為基準，計算相對誤差;測試完成后進行數據保存。
【文檔編號】G01R35/02GK105974353SQ201610498123
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月29日
【發明人】吳凱, 周兆慶, 曹玉保
【申請人】南京國電南自電網自動化有限公司