基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，包括信號(hào)調(diào)理模塊、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA、POWERPC、晶振、人機(jī)界面和存儲(chǔ)模塊；晶振與FPGA和POWERPC相連接，F(xiàn)PGA與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、POWERPC相連接，POWERPC與存儲(chǔ)模塊、人機(jī)界面相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器與信號(hào)調(diào)理模塊相連接；FPGA包括同步模塊、數(shù)據(jù)接收模塊和DAC控制模塊；POWERPC包括羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊、參數(shù)配置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊和暫態(tài)特性分析模塊；本發(fā)明以羅氏線圈理想模型為基礎(chǔ)建立微分信號(hào)輸出，全數(shù)字仿真測(cè)試，不局限極個(gè)別專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，能夠?qū)Ρ扔布e分與軟件積分的性能優(yōu)劣，實(shí)現(xiàn)電子式互感器的暫態(tài)特性全方位的仿真測(cè)試。
【專利說(shuō)明】基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子式電流互感器暫態(tài)特性仿真測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，針對(duì)的是羅氏線圈原理的電子式電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試，涉及的是一種基于對(duì)羅氏線圈理想模型建立數(shù)字仿真技術(shù)而開(kāi)展的暫態(tài)測(cè)試技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]電子式互感器已經(jīng)在電力系統(tǒng)中大量得到應(yīng)用，目前基于羅氏線圈原理的電學(xué)電子式互感器依舊是市場(chǎng)的主流產(chǎn)品。但羅氏線圈原理的電子式互感器由于其輸出是微分后的信號(hào)，必須要通過(guò)積分環(huán)節(jié)來(lái)進(jìn)行還原，這種微分到積分的環(huán)節(jié)所帶來(lái)暫態(tài)特性的變化最終造成的影響目前還缺乏足夠的測(cè)試數(shù)據(jù)。目前國(guó)內(nèi)的羅氏線圈原理的電子式互感器積分環(huán)節(jié)基本采取的兩種技術(shù)方案，一種是軟件積分一種是硬件積分。這兩種方式在暫態(tài)特性上的差異性也是一個(gè)未知數(shù)。
[0003]目前國(guó)內(nèi)電子式互感器的暫態(tài)測(cè)試基本都是在西安高壓電器研究院進(jìn)行測(cè)試，采用的是大電流沖擊的方式產(chǎn)生測(cè)試所需要的暫態(tài)過(guò)程大電流，然后再對(duì)試品連同合并單元(Merging Unit，簡(jiǎn)稱MU)進(jìn)行測(cè)試。這種方式所依賴的硬件試驗(yàn)條件高投入大，需要搭建大占地的一次系統(tǒng)物理動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)室，這使得國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)省級(jí)電科院這一級(jí)別的科研院所，都無(wú)法對(duì)電子式互感器的暫態(tài)特性進(jìn)行專門研究。羅氏線圈是基于法拉第電磁感應(yīng)定律和安培環(huán)路定律由非磁性材料為骨架構(gòu)成的空心線圈，無(wú)鐵芯設(shè)計(jì)使得其磁回路基本可以認(rèn)為沒(méi)有飽和和磁滯等造成暫態(tài)波形畸變，所以我們可以認(rèn)為羅氏線圈是一個(gè)理想微分器，可以通過(guò)建立理想羅氏線圈的數(shù)學(xué)模型來(lái)模擬羅氏線圈的仿真輸出。
[0004]基于羅氏線圈的電子式電流互感器主要暫態(tài)特性的誤差是在其采樣處理以及積分環(huán)節(jié)，而這一環(huán)節(jié)的仿真測(cè)試目前還是一片空白。系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程出現(xiàn)時(shí)，電流的幅值會(huì)大幅增大，并且基波分量中往往包含了大量衰減直流分量和諧波分量，那么這種情況下如何對(duì)電子式互感器進(jìn)行定量的測(cè)試是目前電子式互感器實(shí)驗(yàn)室所面臨的最大挑戰(zhàn)。
[0005]本發(fā)明提出了一種基于對(duì)理想羅氏線圈的仿真模型來(lái)模擬羅氏線圈的模擬信號(hào)輸出和數(shù)字信號(hào)輸出，通過(guò)數(shù)字仿真來(lái)測(cè)試電子式電流互感器的暫態(tài)特性，對(duì)比硬件積分和軟件積分的暫態(tài)特性差異，分析采集環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)對(duì)暫態(tài)特性的影響，為電子式電流互感器的暫態(tài)特性研究提供靈活且全面的測(cè)試手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:本發(fā)明提出了一種基于對(duì)理想羅氏線圈的仿真模型來(lái)模擬羅氏線圈的模擬信號(hào)輸出和數(shù)字信號(hào)輸出，通過(guò)數(shù)字仿真來(lái)測(cè)試電子式電流互感器的暫態(tài)特性，對(duì)比硬件積分和軟件積分的暫態(tài)特性差異，分析采集環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)對(duì)暫態(tài)特性的影響，為電子式電流互感器的暫態(tài)特性研究提供靈活且全面的測(cè)試手段。該方法具有通用性，可以使電子式電流互感器暫態(tài)特性測(cè)試這一重要的測(cè)試工作不再局限于極個(gè)別的專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，可以提高羅氏線圈原理電子式互感器的暫態(tài)測(cè)試能力，提高智能電網(wǎng)繼電保護(hù)設(shè)備在故障發(fā)生時(shí)保護(hù)動(dòng)作的安全性與可靠性，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0008]基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，包括信號(hào)調(diào)理模塊、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA、POWERPC、晶振、人機(jī)界面和存儲(chǔ)模塊；晶振與FPGA和POWERPC相連接，F(xiàn)PGA與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、POWERPC相連接，POWERPC與存儲(chǔ)模塊、人機(jī)界面相連接，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)與信號(hào)調(diào)理模塊相連接。
[0009]FPGA包括同步模塊、數(shù)據(jù)接收模塊(MU數(shù)據(jù)接收模塊)和DAC控制模塊；P0WERPC包括羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊、參數(shù)配置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊和暫態(tài)特性分析模塊。
[0010]同步模塊與數(shù)據(jù)接收模塊、光纖發(fā)送模塊、DAC控制模塊、羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊相連接，羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊與參數(shù)配置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊、DAC控制模塊、光纖發(fā)送模塊相連接，信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、DAC控制模塊依次順序相連接；光纖以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊和暫態(tài)特性分析模塊順序依次連接。
[0011 ] 信號(hào)調(diào)理模塊的輸出為模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)源。
[0012]光纖發(fā)送模塊的輸出為數(shù)字信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)源。
[0013]同步模塊包括同步信號(hào)輸出接口，同步信號(hào)輸出接口與被測(cè)合并單元(MU)相連接。 [0014]參數(shù)配置模塊包括羅氏線圈參數(shù)配置單元、暫態(tài)電流參數(shù)配置單元和試驗(yàn)方式配置單元。
[0015]信號(hào)調(diào)理模塊連接被測(cè)采集器，光纖發(fā)送模塊與被測(cè)合并單元相連接，光纖以太網(wǎng)模塊與被測(cè)合并單元的輸出端相連接。
[0016]基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試方法，包括以下步驟:
[0017]S01，建立羅氏線圈數(shù)字仿真模型，羅氏線圈數(shù)字仿真模型為式⑴:
【權(quán)利要求】
1.基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，包括信號(hào)調(diào)理模塊、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、FPGA、POWERPC、晶振、人機(jī)界面和存儲(chǔ)模塊；所述晶振與FPGA和POWERPC相連接，所述FPGA與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、光纖發(fā)送模塊、光纖以太網(wǎng)模塊、POWERPC相連接，所述POWERPC與存儲(chǔ)模塊、人機(jī)界面相連接，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器與信號(hào)調(diào)理模塊相連接； 所述FPGA包括同步模塊、數(shù)據(jù)接收模塊和DAC控制模塊；所述POWERPC包括羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊、參數(shù)配置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊和暫態(tài)特性分析模塊； 所述同步模塊與數(shù)據(jù)接收模塊、光纖發(fā)送模塊、DAC控制模塊、羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊相連接，所述羅氏線圈數(shù)字仿真模型模塊與參數(shù)配置模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊、DAC控制模塊、光纖發(fā)送模塊相連接，信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、DAC控制模塊依次順序相連接；所述光纖以太網(wǎng)模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊和暫態(tài)特性分析模塊順序依次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理模塊的輸出為模擬信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)源。
3.根據(jù)權(quán)利要求 1所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖發(fā)送模塊的輸出為數(shù)字信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)源。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述同步模塊包括同步信號(hào)輸出接口，所述同步信號(hào)輸出接口與被測(cè)合并單元相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，參數(shù)配置模塊包括羅氏線圈參數(shù)配置單元、暫態(tài)電流參數(shù)配置單元和試驗(yàn)方式配置單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理模塊連接被測(cè)采集器，所述光纖發(fā)送模塊與被測(cè)合并單元相連接，所述光纖以太網(wǎng)模塊與被測(cè)合并單元的輸出端相連接。
7.基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試方法，其特征在于，包括以下步驟: S01，建立羅氏線圈數(shù)字仿真模型，所述羅氏線圈數(shù)字仿真模型為式(I):
dtCl), 在穩(wěn)態(tài)正弦電流下，式(I)表示為式(2): E=M-Jco-1v ⑵
M= μ ο.N.A 其中μ 0——真空導(dǎo)磁率，μ Q = 4 π X 10_7 ； N為匝數(shù)密度；A為單匝面積； e(t)為低負(fù)荷Rb —c?時(shí)，空心線圈的輸出電壓； E為e(t)的矢量表示； ip(t)為羅氏線圈一次電流； Ip為ip(t)的矢量表示；j ω為角頻率，ω = 2 3i f, f為電流頻率； 則，羅氏線圈二次輸出的電壓e(t)和一次電流ip(t)成微分關(guān)系； S02，配置羅氏線圈仿真模型的仿真參數(shù):根據(jù)具體測(cè)試的電子式互感器中羅氏線圈的設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)人機(jī)界面配置羅氏線圈仿真模型的仿真參數(shù)，即配置上述公式(I)中的M值； S03，配置暫態(tài)電流參數(shù):根據(jù)被測(cè)電子式互感器的額定一次電流值、額定頻率、額定對(duì)稱短路電流倍數(shù)、額定時(shí)間常數(shù)配置一次暫態(tài)電流值，即配置公式(I)中的、(0，其、(0數(shù)字仿真公式表示為(3):
8.根據(jù)權(quán)利要求7基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試方法，其特征在于，步驟S09所述合并單元包括一對(duì)傳輸光纖，所述傳輸光纖在通信過(guò)程中分配若干邏輯的數(shù)據(jù)通道，所述第一 MU輸出信號(hào)、第二 MU輸出信號(hào)通過(guò)一次通信過(guò)程中產(chǎn)生或者多次通信過(guò)程中產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求7基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試方法，其特征在于，步驟10實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理模塊的濾波啟動(dòng)方式手動(dòng)啟動(dòng)錄波或者突變量啟動(dòng)錄波，實(shí)時(shí)判別錄波觸發(fā)條件是否滿足，如果滿足錄波觸發(fā)條件后，按指定的錄波時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行錄波，按照COMTRADE格式進(jìn)行錄波數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于羅氏線圈數(shù)字仿真的互感器暫態(tài)特性測(cè)試方法，其特征在于，步驟S02中羅氏線圈仿真模型的仿真參數(shù)包括匝數(shù)密度、線圈截面形狀和線圈截面尺寸。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103969536SQ201410244248
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】徐長(zhǎng)寶, 高吉普, 王宇, 戴宇, 羅強(qiáng) 申請(qǐng)人:貴州電力試驗(yàn)研究院