電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，包括變頻電源、升壓單元、高頻分壓器、合并單元和頻率特性檢測單元，變頻電源的輸出端的額定電壓通過升壓單元調(diào)節(jié)電源的電壓幅值，為待測電子式電壓互感器提供試驗所用的一次側(cè)高電壓U1，一次側(cè)高電壓U1通過高頻分壓器轉(zhuǎn)化為低電壓U2，做為頻率特性檢測單元的標(biāo)準(zhǔn)源信號，待測電子式電壓互感器的采樣值通過合并單元發(fā)送給頻率特性檢測單元，做為頻率特性檢測單元的被測信號。本發(fā)明的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，能夠可靠完善的對電子式電壓互感器的頻率特性進(jìn)行檢測，旨在提高電子式電壓互感器的頻率傳變性能，為電子式電壓互感器的安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保障。
【專利說明】電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及智能電網(wǎng)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，電子式電壓互感器(EVT)已在智能電網(wǎng)中大量應(yīng)用，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)一次側(cè)電壓準(zhǔn)確快速的傳變給二次側(cè)的計量，測量，保護(hù)，故障錄波等IED設(shè)備，其性能的好壞直接影響IED設(shè)備的運行。
[0003]由于，智能電網(wǎng)中非線性負(fù)荷、柔性交流輸電系統(tǒng)、電力電子技術(shù)的應(yīng)用，軌道交通，變壓器空載合閘等的影響，在智能電網(wǎng)中會產(chǎn)生大量諧波，諧波量與智能電網(wǎng)的電壓水平緊密相關(guān)，諧波是一個周期電氣量的正弦波分量，包含頻率為基波頻率整數(shù)倍的高次諧波，和頻率不是基波頻率整數(shù)倍的分?jǐn)?shù)次諧波或間諧波。
[0004]數(shù)字化電能表直接利用EVT傳輸?shù)牟蓸又颠M(jìn)行計量，因此EVT的準(zhǔn)確度直接影響著測量結(jié)果的準(zhǔn)確程度，如果EVT的頻率特性存在非線性，對各次諧波成分的轉(zhuǎn)換精度不同，將使被測信號發(fā)生畸變，增加了計量的誤差，特別是以基波為計量標(biāo)準(zhǔn)時。目前，用戶對供電質(zhì)量的敏感程度越來越高，諧波改善是提高電能質(zhì)量的一個重要內(nèi)容，EVT對諧波的準(zhǔn)確測量是電能質(zhì)量分析和電能質(zhì)量改善的基礎(chǔ)與前提，目前國內(nèi)外，還沒有針對EVT的頻率特性進(jìn)行專門的測試方案與系統(tǒng)，是當(dāng)期急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中還沒有針對EVT的頻率特性進(jìn)行專門的測試方案與系統(tǒng)，以便于提高EVT對諧波的準(zhǔn)確測量的問題。本發(fā)明提供的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，能夠可靠完善的對電子式電壓互感器的頻率特性進(jìn)行檢測，旨在提高電子式電壓互感器的頻率傳變性能，提高電子式電壓互感器的測試技術(shù)，為電子式電壓互感器的安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保障。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括變頻電源、升壓單元、高頻分壓器、合并單元和頻率特性檢測單元，所述變頻電源的輸入端外接工頻單相220V電源，變頻電源的輸出端的額定電壓通過升壓單元調(diào)節(jié)電源的電壓幅值，為待測電子式電壓互感器提供試驗所用的不同電壓等級一次側(cè)高電壓U1，一次側(cè)高電壓Ul還通過高頻分壓器轉(zhuǎn)化為低電壓U2，做為頻率特性檢測單元的標(biāo)準(zhǔn)源信號，待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)在升壓單元的電源輸出端，待測電子式電壓互感器的采樣值通過合并單元發(fā)送給頻率特性檢測單元，做為頻率特性檢測單元的被測信號。
[0007]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述合并單元發(fā)送給待測電子式電壓互感器的采樣值通過光纖接口與頻率特性檢測單元相連接，采用IEC61850-9-1協(xié)議、IEC61850-9-2協(xié)議或FT3協(xié)議發(fā)送的。[0008]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率特性檢測單元包括電壓轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理模塊、光纖收發(fā)器、用于數(shù)字量接收的FPGA、同步模塊和PowerPC處理器，所述電壓轉(zhuǎn)換器用于接收標(biāo)準(zhǔn)源信號，將低電壓U2轉(zhuǎn)化為可采集電壓U3，采集電壓U3通過信號調(diào)理模塊與PowerPC處理器相連接，所述光纖收發(fā)器用于接收被測信號，并將被測信號通過FPGA傳送給PowerPC處理器，所述同步模塊設(shè)置在信號調(diào)理模塊和合并單元之間，用于控制信號調(diào)理模塊、合并單元同步采集標(biāo)準(zhǔn)源信號和被測信號。
[0009]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率特性檢測單元還包括人機界面，所述人機界面與PowerPC處理器相連接。
[0010]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述人機界面包括高分辨率的彩色LCD顯示器和USB鼠標(biāo)鍵盤，用于完成數(shù)據(jù)的圖形化繪制、誤差參數(shù)的顯示和試驗參數(shù)的設(shè)置。
[0011]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號調(diào)理模塊內(nèi)設(shè)有截止頻率不低于20kHz的低通濾波電路，并采用高精度ADC芯片進(jìn)行采集，采樣頻率不低于50kHz。
[0012]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:變頻電源輸出端的額定電壓的幅值范圍為0?250V、頻率范圍20?3000Hz、容量10KVA，通過升壓單元后的一次側(cè)高電壓U1，頻率不變，幅值升高，在額定電壓具有5次諧波及以下時，幅值升高為額定電壓的10%，在額定電壓具有6次諧波及以上時，幅值升高為額定電壓的5%。
[0013]前述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述升壓單元的電源輸出端處設(shè)有開關(guān)CB，所述開關(guān)CB位于待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)處前。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，能夠可靠完善的對電子式電壓互感器的頻率特性進(jìn)行檢測，旨在提高電子式電壓互感器的頻率傳變性能，提高電子式電壓互感器的測試技術(shù)，為電子式電壓互感器的安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保障，并具有以下優(yōu)點，
1)通過變頻電源調(diào)節(jié)一次側(cè)高電壓的頻率和幅值，輸出頻率范圍寬，可全面進(jìn)行不同諧波下的電子式電壓互感器的頻率特性檢測；
2)基于FPGA的通用FT3接口光線通信，可以測試各個類型和不同用途的電子式電壓互感器，不限于某一固定原理和固定廠家；
3)頻率特性檢測單元自身頻帶寬，結(jié)合完善的頻率跟蹤算法和加窗傅氏算法，測試精度高；
4)通過同步模塊控制標(biāo)準(zhǔn)源信號與被測信號的同步，對電子式電壓互感器的額定相位偏移進(jìn)行補償，消除了電子式電壓互感器固有參數(shù)帶來的誤差影響；
5)電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)的結(jié)論和參數(shù)，為電子式電壓互感器在電能計量，品質(zhì)監(jiān)測，諧波治理等方面的應(yīng)用提供強有力的試驗論證。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】[0016]下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0017]如圖1所示，一種電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括變頻電源、升壓單元、高頻分壓器、合并單元和頻率特性檢測單元，所述變頻電源的輸入端外接工頻單相220V電源，變頻電源的輸出端的額定電壓，額定電壓的幅值范圍為O?250V、頻率范圍20?3000Hz、容量10KVA，額定電壓通過升壓單元調(diào)節(jié)電源的電壓幅值，為待測電子式電壓互感器提供試驗所用的不同電壓等級一次側(cè)高電壓U1，一次側(cè)高電壓U1，頻率不變，幅值升高，對于計量用電子式電壓互感器，至少施加額定電壓具有2到13次諧波電壓，電能品質(zhì)測量用電子式電壓互感器，至少施加額定電壓具有2到50次諧波，常規(guī)保護(hù)用電子式電壓互感器，至少施加額定電壓具有少2到5次諧波，在額定電壓具有5次諧波及以下時，通過升壓單元幅值升高為額定電壓的10%，在額定電壓具有6次諧波及以上時，通過升壓單元幅值升高為額定電壓的5%，一次側(cè)高電壓Ul還通過高頻分壓器轉(zhuǎn)化為低電壓U2，做為頻率特性檢測單元的標(biāo)準(zhǔn)源信號，待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)在升壓單元的電源輸出端，升壓單元的電源輸出端處設(shè)有開關(guān)CB，開關(guān)CB位于待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)處前，待測電子式電壓互感器的采樣值通過合并單元發(fā)送給頻率特性檢測單元，做為頻率特性檢測單元的被測信號，合并單元發(fā)送給待測電子式電壓互感器的采樣值通過光纖接口與頻率特性檢測單元相連接，采用IEC61850-9-1協(xié)議、IEC61850-9-2協(xié)議或FT3協(xié)議發(fā)送的。
[0018]所述頻率特性檢測單元包括電壓轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理模塊、光纖收發(fā)器、用于數(shù)字量接收的FPGA、同步模塊和PowerPC處理器，電壓轉(zhuǎn)換器用于接收標(biāo)準(zhǔn)源信號，將低電壓U2轉(zhuǎn)化為可采集電壓U3，采集電壓U3通過信號調(diào)理模塊與PowerPC處理器相連接，光纖收發(fā)器用于接收被測信號，并將被測信號通過FPGA傳送給PowerPC處理器，所述同步模塊設(shè)置在信號調(diào)理模塊和合并單元之間，用于控制信號調(diào)理模塊、合并單元同步采集標(biāo)準(zhǔn)源信號和被測信號，其中信號調(diào)理模塊內(nèi)設(shè)有截止頻率不低于20kHz的低通濾波電路，采用高精度ADC芯片進(jìn)行采集，采樣頻率不低于50kHz，ADC芯片選用ADI公司的過采樣SAR模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD7767，采樣率定為50kHz，該ADC芯片具有出色的信噪比(SNR)，低溫度漂移，寬動態(tài)范圍和高直流精度，非常適合在較寬的動態(tài)范圍測量小信號的應(yīng)用；
光纖收發(fā)器選用Agilent公司的AFBR5803，該光纖收發(fā)器完全符合FDDI PMD標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)性能要求，符合FDDI LCF-PMD標(biāo)準(zhǔn)，符合ATM 100 Mb/s物理層的光學(xué)性能要求，符合IEEE802.3u 100Base-FX版的光學(xué)性能要求；
同步模塊將Ipps信號同時發(fā)送給信號調(diào)理模塊和合并單元(MU)，合并單元(MU)計數(shù)應(yīng)隨每一個同步脈沖出現(xiàn)時清零，一次采樣與同步脈沖重合時的數(shù)據(jù)集計數(shù)器應(yīng)賦值為0，通過光纖收發(fā)器，接收合并單元(MU)輸出的被測信號，為了減少接收環(huán)節(jié)帶來的時序抖動和誤差，用FPGA來實現(xiàn)通信接口，得到被測電壓值Utest，同時信號調(diào)理模塊通過采樣計數(shù)器Ipps信號，完成標(biāo)準(zhǔn)源信號和被測信號的同步處理；
用于數(shù)字量接收的FPGA，選用xilinx公司的XC3S1000，該FPGA采用90nm半導(dǎo)體工藝，已廣泛地運用在通信，軍事，電力，控制，消費電子，汽車電子等領(lǐng)域，該芯片是基于SRAM工藝的超大規(guī)?？删幊踢壿嬓酒?，具有嵌入式XtremeDSP功能，提供高達(dá)100萬的等效系統(tǒng)門，432Kbit的塊狀SRAM，24個18*18的乘法器，以及175對差分I/O等豐富的接口資源，具有良好的時序控制能力，大大減少了數(shù)據(jù)接收環(huán)節(jié)帶來的附加誤差； PowerPC處理器選用Freescale公司的MPC8247嵌入式微處理器，該處理器屬于PowerQUICC II系列，包含一個基于PowerPC MPC603e的內(nèi)核，和一個通信處理內(nèi)核CPM。雙核設(shè)計具有強大的處理能力和較高的集成度，降低了系統(tǒng)的組成開銷，簡化了電路板的設(shè)計，降低了功耗。
[0019]所述頻率特性檢測單元還包括人機界面，所述人機界面與PowerPC處理器相連接，人機界面包括高分辨率的彩色LCD顯示器和USB鼠標(biāo)鍵盤，用于完成數(shù)據(jù)的圖形化繪制、誤差參數(shù)的顯示和試驗參數(shù)的設(shè)置。
[0020]頻率特性檢測單元的軟件平臺采用嵌入式實時操作系統(tǒng)Vxworks，該系統(tǒng)具有良好的持續(xù)開發(fā)和擴展能力，高性能的內(nèi)核以及友好的用戶開發(fā)環(huán)境，支持幾乎所有現(xiàn)代市場上的嵌入式CPU，它以其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應(yīng)用在通信、軍事、航空、航天等高精尖技術(shù)及實時性要求極高的領(lǐng)域中，如衛(wèi)星通訊、軍事演習(xí)、彈道制導(dǎo)、飛機導(dǎo)航等，提供256個任務(wù)優(yōu)先級，支持基于優(yōu)先級搶占方式的多任務(wù)調(diào)度，和同優(yōu)先級任務(wù)間的分時間片調(diào)度，采用ANSI C面向過程語言編寫應(yīng)用程序，能最大限度的保證系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)接收以及誤差計算。在頻率特性檢測單元中，以PowrePC處理器為主CPU，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)源信號和被測信號的數(shù)據(jù)處理，通過頻率跟蹤算法和傅氏濾波算法，得到標(biāo)準(zhǔn)源信號的基波幅值Uref和相位0ref,被測信號的基波幅值Utest和相位0test,從而得到，比差=(Utest-Uref )/Uref、相位差=(0test - 0ref) - 4>r, r為電子式電壓互感器的額定相位偏移，根據(jù)電子式電壓互感器的精度等級，對不同諧波試驗下的比差和相位差都有指標(biāo)要求，將實測的比差和相位差與指標(biāo)比對，從而得出被測電子式電壓互感器是否超差，旨在提高電子式電壓互感器的頻率傳變性能，提高電子式電壓互感器的測試技術(shù)，為電子式電壓互感器的安全穩(wěn)定運行提供技術(shù)保障。
[0021]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:包括變頻電源、升壓單元、高頻分壓器、合并單元和頻率特性檢測單元，所述變頻電源的輸入端外接工頻單相220V電源，變頻電源的輸出端的額定電壓通過升壓單元調(diào)節(jié)電源的電壓幅值，為待測電子式電壓互感器提供試驗所用的不同電壓等級一次側(cè)高電壓U1，一次側(cè)高電壓Ul還通過高頻分壓器轉(zhuǎn)化為低電壓U2，作為頻率特性檢測單元的標(biāo)準(zhǔn)源信號，待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)在升壓單元的電源輸出端，待測電子式電壓互感器的采樣值通過合并單元發(fā)送給頻率特性檢測單元，作為頻率特性檢測單元的被測信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述合并單元發(fā)送給待測電子式電壓互感器的采樣值通過光纖接口與頻率特性檢測單元相連接，采用IEC61850-9-1協(xié)議、IEC61850-9-2協(xié)議或FT3協(xié)議發(fā)送的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率特性檢測單元包括電壓轉(zhuǎn)換器、信號調(diào)理模塊、光纖收發(fā)器、用于數(shù)字量接收的FPGA、同步模塊和PowerPC處理器，所述電壓轉(zhuǎn)換器用于接收標(biāo)準(zhǔn)源信號，將低電壓U2轉(zhuǎn)化為可采集電壓U3，采集電壓U3通過信號調(diào)理模塊與PowerPC處理器相連接，所述光纖收發(fā)器用于接收被測信號，并將被測信號通過FPGA傳送給PowerPC處理器，所述同步模塊設(shè)置在信號調(diào)理模塊和合并單元之間，用于控制信號調(diào)理模塊、合并單元同步采集標(biāo)準(zhǔn)源信號和被測信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述頻率特性檢測單元還包括人機界面，所述人機界面與PowerPC處理器相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述人機界面包括高分辨率的彩色LCD顯示器和USB鼠標(biāo)鍵盤，用于完成數(shù)據(jù)的圖形化繪制、誤差參數(shù)的顯示和試驗參數(shù)的設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述信號調(diào)理模塊內(nèi)設(shè)有截止頻率為20kHz或20kHz以上的低通濾波電路，并采用高精度ADC芯片進(jìn)行采集，采樣頻率為50kHz或50kHz以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:變頻電源輸出端的額定電壓的幅值范圍為0?250V、頻率范圍20?3000Hz、容量10KVA，通過升壓單元后的一次側(cè)高電壓U1，頻率不變，幅值升高，在額定電壓具有5次諧波及以下時，幅值升高為額定電壓的10%，在額定電壓具有6次諧波及以上時，幅值升高為額定電壓的5%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式電壓互感器的頻率特性檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述升壓單元的電源輸出端處設(shè)有開關(guān)CB，所述開關(guān)CB位于待測電子式電壓互感器與高頻分壓器并聯(lián)處前。
【文檔編號】G01R35/02GK103499800SQ201310406284
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】孫健, 袁曉冬, 湯漢松, 羅強, 卜強生, 張劍, 朱衛(wèi)平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院