一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置制造方法及图纸

技术编号:21889462 阅读:16 留言:0更新日期:2019-08-17 13:36
一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置,该测试方法包括用基波和谐波成分叠加的电流信号作为电流互感器的激励,对激励和响应信号做加窗离散傅里叶变换,对激励与响应信号的离散峰值谱线的相位做频谱泄漏对消处理,根据激励与响应信号的相频特性计算电流互感器的相位延迟。该装置包括激励源、多通道同步数据采集模块、信号调理模块、ADC模块和计算机。本发明专利技术采用矩形窗函数与汉宁窗函数进行卷积,再与三角窗函数卷积得到综合卷积序列,能够抑制噪声干扰,抑制其他频率成分的泄漏干扰和减少对相邻成分的泄漏量;在激励和响应的相位差计算时,利用次大峰值谱线的相位信息,通过频谱泄漏对消处理计算,实现高精度的激励和响应相位差计算。

A Synchronized Measuring Method and Device for Phase Characteristics of Current Sensors

【技术实现步骤摘要】
一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置
本专利技术涉及一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置,属电流传感器

技术介绍
随着我国工业和电力系统的飞速发展,用电负荷的要求不断增加,全国各地对电网的发展越来越重视。继电保护的安全可靠性,电能计量的精确性成为电力系统关注的重点问题。目前对于测量和计量系统的算法研究已经比较成熟,依靠算法提高精度已很难再有明显突破,而导致精度问题的主要因素是电源一次系统和电磁式电流互感器制造工艺及二次负载阻抗引起的误差。其中,最主要的检测误差是由电磁式电流互感器在饱和工作状态下非线性特性所引入的。影响电磁式电流互感器传变特性的其中一大因素是电磁式电流互感器一次系统中的直流谐波分量因素。电流传感器是把被测电流转换成与之有确定比例关系的、便于测量的电流的测量装置,可以实现高达数千安培的电流检测,在具备功率分析、电能检测等功能的仪器中应用广泛。在功率测量仪器仪表中,电流传感器的精度会直接影响功率测量以及故障诊断的可靠性,所以要求电流传感器的被测信号和输出信号之间的相位延迟越小越好。虽然目前一些高精度的电流传感器的响应时间已经能够做到微秒级别,但是测量高频信号时微秒级的响应时间所产生的角差对功率测量的结果仍会造成不可忽略的误差,甚至会导致错误的故障诊断结果。实际应用中,为了解决电流传感器引入相位误差的问题,一般是通过软件相位校准来实现相位补偿。DFT的传统方法中,存在主瓣宽度过大导致时间分辨率不足的问题,或者存在旁瓣衰减较慢,导致频谱泄露较大的问题,而且提高时间分辨率的代价往往是增加较大的计算量,同时对信号的动态分析能力不足。相频特性的电流传感器相位校准系统的传统方法中,需要根据RC网络数学模型,将采集到的电流传感器的被测信号和输出信号的采样数据代入数学模型,得到超定方程组,然后采用最小二乘法求解上述超定方程组,得到最优解[an,bn],最后得到待校准电流传感器在Z域上的传递函数。该方法存在计算量很大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是,为了解决电流传感器的响应时间导致相位测量误差,从而直接对功率测量精度产生较大影响的难题,同时也为电流互感器相位特性的同步测试提供了解决思路,本专利技术提供一种电流传感器相位特性的同步测试方法及装置。本专利技术实现的技术方案如下,一种电流传感器相位特性的同步测试方法,所述方法包括用基波和谐波成分叠加的电流信号作为电流互感器的激励,对激励和响应信号做加窗离散傅里叶变换,对激励与响应信号的离散峰值谱线的相位做频谱泄漏对消处理,根据激励与响应信号的相频特性计算电流互感器的相位延迟。一种电流传感器相位特性的同步测试方法,包括以下步骤:(a)采用基波和谐波成分叠加的电流信号作为电流互感器的激励x(t),将激励接入电流互感器的输入端,同时将原边电流侧的激励接入相应的调理电路,然后利用ADC模块的一个通道以一定采样频率采集一次侧大电流信号经过调理电路转化后的小电压信号x(n);离散电压序列x(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N-1;(b)对电流传感器的输出端信号y(t)进行采集,利用ADC模块的另一通道以相同采样频率同步采集电流互感器输出的小电压信号,经过相应调理电路后得到的信号y(n),y(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N-1;将所采集的输出端信号作为电流传感器的响应;(c)将长度均为N/4的矩形窗函数与汉宁窗函数进行卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到长度为N/2的序列;再将此序列与长度为N/2的三角窗函数卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到数据长度为N的综合卷积序列w(n);(d)利用w(n)对离散化激励信号x(n)和响应信号y(n)分别加权,得到加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n);(e)对加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n)进行离散傅里叶变换,得到激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n);(f)搜索激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n)的峰值谱线,得到激励频谱函数X(n)的幅度最大谱线的相位PX1和次大谱线的相位PX2、响应频谱函数Y(n)的幅度最大谱线的相位PY1和次大谱线的相位PY2,采用频谱泄漏对消处理得到激励和响应频谱的峰值谱线相位差PXY。所述基波和谐波成分叠加的电流信号是仅包含基波的电流信号,或是同时包含基波和谐波的电流信号,其中谐波成分的频率为基波的整数倍。所述数据长度N是指提取的离散化激励与响应信号数据点数,为便于实现傅里叶变换,N设置为2的整数次幂,若N不为2的整数次幂,则通过在数据点末尾补零使提取的离散化激励与响应信号数据点数为2的整数次幂。所述激励信号x(t)和响应信号y(t)的时域表达式为:式中,H为信号中含有的最高次谐波;m为谐波次数;Axm、Aym分别为电压和电流的第m次谐波幅值;t为时间;fm为第m次谐波频率;为第m次谐波的电压相位,为第m次谐波的电流相位,当m=1时表示的是信号基波。所述离散化激励信号x(n)和响应信号y(n)为:式中,n=0,1,2,…,N-1;x(n)为一次侧大电流信号经过调理电路转化后的小电压信号;y(n)为电流互感器输出小电压信号经过相应调理电路后得到的信号;fs为采样频率。所述激励和响应频谱的峰值谱线相位差计算公式为:一种实现本专利技术电流传感器相位特性的同步测试方法的装置,包括用于产生周期性电流信号的激励源,用于采集电流传感器的激励和响应信号的多通道同步数据采集模块ADC,用于将激励与响应信号的幅值变换至ADC输入范围内的信号调理电路,用于进行电流传感器激励与响应相位差计算的计算模块;其中激励源输出的周期性电压信号与电流传感器的输入端相连,多通道同步数据采集模块的两个输入通道通过信号调理电路分别与电流传感器的输入端和输出端相连,多通道同步数据采集模块与计算模块相连。所述的激励源使用三相精密功率源,所述三相精密功率源对一个电流传感器进行测试时,使用A、B、C三相电压通道中的任一输出通道;对2个电流传感器进行测试时,使用A、B、C三相电压通道中的任意2个输出通道;所述三相精密功率源产生的周期信号仅包含基波的电流信号,或是同时包含基波和谐波的电流信号。所述多通道同步数据采集模块,通过信号调理电路分别与电流传感器的输入端和输出端相连,实现电流传感器的激励和响应信号的采集,实现对电流传感器的输入和输出通道进行高速、同步数据采集。本专利技术的有益效果是,本专利技术采用矩形窗函数与汉宁窗函数进行卷积,再将此序列与三角窗函数卷积得到的长度为N的综合卷积序列w(n),能够抑制噪声干扰,抑制其他频率成分的泄漏干扰和减少对相邻成分的泄漏量;在激励和响应的相位差计算时,除了用传统的峰值谱线相位信息,还利用了次大峰值谱线的相位信息,通过第1部分第g步中的频谱泄漏对消处理计算,实现了高精度的激励和响应相位差计算。本方法计算过程简单,计算结果准确有效,具有很好的相位校正能力,为电流互感器相位特性的同步测试提供了一条有效的途径。附图说明图1为本专利技术中一种电流传感器相位特性的同步测试方法流程图;图2为本专利技术测试装置中信号调理模块的激励调理电路图;图3为本专利技术测试装置中信号调理模块的响应调理电路图;图4为本专利技术测试装置中的计算模块与ADC模块的连接示意图;图5为本实施例电流传感器相位特性量同步测试的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电流传感器相位特性的同步测试方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(a)采用基波和谐波成分叠加的电流信号作为电流互感器的激励x(t),将激励接入电流互感器的输入端,同时将原边电流侧的激励接入相应的调理电路,然后利用ADC模块的一个通道以一定采样频率采集一次侧大电流信号经过调理电路转化后的小电压信号x(n);离散电压序列x(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N‑1;(b)对电流传感器的输出端信号y(t)进行采集,利用ADC模块的另一通道以相同采样频率同步采集电流互感器输出的小电压信号,经过相应调理电路后得到的信号y(n),y(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N‑1;将所采集的输出端信号作为电流传感器的响应;(c)将长度均为N/4的矩形窗函数与汉宁窗函数进行卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到长度为N/2的序列;再将此序列与长度为N/2的三角窗函数卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到数据长度为N的综合卷积序列w(n);(d)利用w(n)对离散化激励信号x(n)和响应信号y(n)分别加权,得到加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n);(e)对加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n)进行离散傅里叶变换,得到激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n);(f)搜索激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n)的峰值谱线,得到激励频谱函数X(n)的幅度最大谱线的相位PX1和次大谱线的相位PX2、响应频谱函数Y(n)的幅度最大谱线的相位PY1和次大谱线的相位PY2,采用频谱泄漏对消处理得到激励和响应频谱的峰值谱线相位差PXY。...

【技术特征摘要】
1.一种电流传感器相位特性的同步测试方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:(a)采用基波和谐波成分叠加的电流信号作为电流互感器的激励x(t),将激励接入电流互感器的输入端,同时将原边电流侧的激励接入相应的调理电路,然后利用ADC模块的一个通道以一定采样频率采集一次侧大电流信号经过调理电路转化后的小电压信号x(n);离散电压序列x(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N-1;(b)对电流传感器的输出端信号y(t)进行采集,利用ADC模块的另一通道以相同采样频率同步采集电流互感器输出的小电压信号,经过相应调理电路后得到的信号y(n),y(n)长度为N点,n=0,1,2,…,N-1;将所采集的输出端信号作为电流传感器的响应;(c)将长度均为N/4的矩形窗函数与汉宁窗函数进行卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到长度为N/2的序列;再将此序列与长度为N/2的三角窗函数卷积,并在卷积结果的末尾补零,得到数据长度为N的综合卷积序列w(n);(d)利用w(n)对离散化激励信号x(n)和响应信号y(n)分别加权,得到加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n);(e)对加权后的激励信号xw(n)和响应信号yw(n)进行离散傅里叶变换,得到激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n);(f)搜索激励频谱函数X(n)和响应频谱函数Y(n)的峰值谱线,得到激励频谱函数X(n)的幅度最大谱线的相位PX1和次大谱线的相位PX2、响应频谱函数Y(n)的幅度最大谱线的相位PY1和次大谱线的相位PY2,采用频谱泄漏对消处理得到激励和响应频谱的峰值谱线相位差PXY。2.根据权利要求2所述的一种电流传感器相位特性的同步测试方法,其特征在于,所述基波和谐波成分叠加的电流信号是仅包含基波的电流信号,或是同时包含基波和谐波的电流信号,其中谐波成分的频率为基波的整数倍。3.根据权利要求2所述的一种电流传感器相位特性的同步测试方法,其特征在于,所述数据长度N是指提取的离散化激励与响应信号数据点数,为便于实现傅里叶变换,N设置为2的整数次幂,若N不为2的整数次幂,...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨爱超温和杨立行李婧邝昊云朱亮唐立军卿柏元祝婧张春强
申请(专利权)人:国网江西省电力有限公司电力科学研究院国家电网有限公司湖南大学南昌科晨电力试验研究有限公司
类型:发明
国别省市:江西,36

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