一种波形幅频分离实时控制的高频电流源制造技术

本申请提供的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，通过PowerPC解析导入的原始采样数据，分析信号的幅值及频率参数，计算与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号及与采样信号频率相同的交流频率控制信号；通过FPGA模块完成控制信号的编码输出及发送时序控制；通过第一数模转换模块产生直流电压模拟信号；通过第二数模转换模块产生交流电压模拟信号；通过电力电子式电流发生器输出高频电流信号。本申请结合常规的模拟式功放测试方法与数字式电流源的良好高频输出特性，可开展直流电子式互感器的频响精度、滤波截止频率、频率混叠等频率特性试验。

A High Frequency Current Source for Real-time Control of Waveform Amplitude-Frequency Separation

A high frequency current source with real-time control of waveform amplitude-frequency separation is provided in this application. The original sampling data is analyzed by PowerPC, the amplitude and frequency parameters of the signal are analyzed, the DC amplitude control signal proportional to the amplitude of the sampled signal and the AC frequency control signal with the same frequency of the sampled signal are calculated, and the coding output and sending of the control signal are completed by the FPGA module. Timing control; DC voltage analog signal generated by the first DAC module; AC voltage analog signal generated by the second DAC module; high frequency current signal output by the power electronic current generator. This application combines the conventional analog power amplifier test method with the good high frequency output characteristics of digital current source, and can carry out frequency characteristic tests of DC electronic transformer, such as frequency response accuracy, filter cut-off frequency, frequency aliasing, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种波形幅频分离实时控制的高频电流源
本专利技术涉及电流源
，尤其涉及一种波形幅频分离实时控制的高频电流源。
技术介绍
直流互感器是直流输电系统建设和运行的重要一次设备，为系统的控制和保护提供准确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。现阶段我国直流输电工程所用的直流电子式互感器主要从国外进口，国内缺少相应的研制生产经验及调试校准手段，特别是在换流站现场无法对互感器及相关测量系统进行有效检测，无法对直流互感器的运行工况进行评估。实际运行中，部分换流站的直流互感器多次出现测量不准、输出信号零漂过高、通道间数据差异较大等问题，给换流站电能计量、保护控制等各方面均带来了影响，严重影响了直流输电系统的运行稳定性。工程应用中，为解决直流电子式互感器的阶跃响应快速性和频率响应准确性，往往会提高其滤波回路的截止频率，改变其对高频信号的传变特性。直流系统实际运行及故障过程中会伴随大量的高频信号，而直流电子式互感器的采样速率一般为10kHz或50kHz，对于超出其采样速率一半以上的高频信号会产生频率混叠，严重影响直流互感器的采样精度。目前对直流电子式互感器进行高频电流测试时，一般采用信号发生器控制电流型功率放大器来实现直流电子式互感器的频率响应测试，而频率混叠试验基本没有开展。目前的高频电流源可分为模拟式电流源和数字式电流源；(1)模拟式电流源如图1所示：模拟式电流源是基于小电压信号控制的推挽式线性功率放大器，由模拟器件构成，输出电流与负载无关，通过使用功率管构成调整环节，利用晶体管平坦的输出特性和深度负反馈电路可以得到稳定的恒流输出和高输出阻抗，实现了电压对电流的控制。模拟式高频电流源控制方式如图1，通过上位机导入数据波形，生成实时数据，将波形实时数据送至主控CPU，主控CPU按照电压值输出比例生成采样值数据并送至D/A芯片，然后控制D/A芯片输出小电压信号，通过小电压信号控制推挽式线性电流型功率放大器输出高频大电流。(2)数字式电流源数字式电流源采用电力电子技术实现。基于PWM调制技术，使用PWM调节器来控制电子开关的导通与关断，通过控制功率开关的占空比来改变负载两端的电压，从而使通过负载的电流维持稳定，输出稳定的电流信号。数字式高频电流源控制方式如图2，通过手动方式设置输出幅值和频率参数，改变电力电子式电流发生器的输出调制信号与载波信号，控制开关管的通断，输出幅值与频率可变的大电流模拟量。然而，模拟式电流源本质是一个电压控制型电流源，其实现原理决定了当输出信号频率较高时，输出负载感抗会变得很高，从而导致输出波形的畸变。因此其高频输出能力具有一定限制，无法同时兼顾高频输出与大电流输出。数字式电流源采用电力电子方式实现，通过控制电子开关的快速通断实现高频信号输出。输出前需要手动控制输出信号幅值与频率参数，通过反馈调节实现高频电流的幅值与频率控制，本质上是一种固定输出式的稳态高频电流源。输出过程中无法实时调节输出信号参数，不具备对现场录波文件或仿真采样文件的回放输出功能。目前在进行直流电子式互感器的高频电流测试时，一般通过控制电流型功率放大器来实现，频率响应测试至3kHZ范围内，缺乏对更高频率信号的频率混叠试验，在测试内容上存在隐患。因此，需要加强对直流电子式互感器高频传变特性的研究，开发具备10kHz～50kHz范围频率输出能力的高频试验电流源，以开展直流电子式互感器的频响精度、滤波截止频率、频率混叠效应等频率特性测试。
技术实现思路
本专利技术提供了一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，具备10kHz～50kHz范围频率输出能力，能够开展直流电子式互感器的频响精度、滤波截止频率、频率混叠效应等频率特性测试。本申请提供的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，包括：PowerPC、FPGA模块、第一数模转换模块、第二数模转换模块和电力电子式电流发生器；所述PowerPC用于解析导入的原始采样数据，分析信号的幅值及频率参数，计算与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号及与采样信号频率相同的交流频率控制信号，输入至FPGA模块；所述FPGA模块用于完成直流幅值控制信号与交流频率控制信号的编码输出及发送时序控制；所述第一数模转换模块用于根据直流幅值控制信号产生与采样信号幅值成比例关系的直流电压模拟信号；所述第二数模转换模块用于产生与采样信号同频的交流电压模拟信号；所述电力电子式电流发生器用于根据接收的直流电压模拟信号与交流电压模拟信号作为幅值和频率的控制信号输出高频电流信号。优选地，该电流源还包括频率调制模块；所述频率调制模块连接于所述第二数模转换模块与所述电力电子式电流发生器之间；所述频率调制模块用于将所述第二数模转换模块发送的同频的正弦的交流电压模拟信号转换为对应的同频的方波的交流电压模拟信号。优选地，所述PowerPC具体用于：从导入的原始采样数据中提取每点采样数据，按照CFG文件配置参数还原实际采样值，获得采样离散信号；采用快速傅立叶变换算法对采样离散信号进行频谱分析，获取采样离散信号的幅值参数和频率参数；根据预设比例调节幅值参数大小，输出与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号，生成与频率参数相同的交流频率控制信号。优选地，具体通过第一公式按照CFG文件配置参数还原实际采样值获得采样离散信号；所述第一公式为：其中，S′为实际采样，S为原始采样，Cchn为通道倍率，Ochn为通道偏移，k为采样变比。优选地，具体通过第二公式采用快速傅立叶变换算法对采样离散信号进行频谱分析，获取采样离散信号的频率参数；所述第二公式为：其中，fn为第n次信号频率，fs为采样频率，n为信号序号，N为采样点数。优选地，具体通过第三公式采用快速傅立叶变换算法对采样离散信号进行频谱分析，获取采样离散信号的频率参数；所述第三公式为：其中，An为第n次信号幅值，为第n次FFT计算负数值的模，N为采样点数。优选地，所述第一数模转换模块采用二进制补码编码，输出电压与输入数字信号关系为：其中，Vout为输出电压，D为DAC所加载编码的十进制等效值，Vref为基准电压。优选地，所述频率调制模块包括低通滤波电路和方波调制电路；所述低通滤波电路具体为二阶有源低通滤波电路；所述方波调制电路具体为同相比例运算电路。优选地，所述频率调制模块的电路包括：运算放大器、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容CA10、电容CA11、电容CA12、二极管；所述电阻R11的第一端连接所述频率调制模块的输入端，所述电阻R11的第二端连接所述电阻R12的第一端；所述电阻R12的第二端连接所述运算放大器的第三端；所述电阻R13的第一端接地，所述电阻R13的第二端连接所述电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端连接所述频率调制模块的输出端；所述电容CA10的第一端连接所述电阻R11的第二端，所述电容CA10的第二端接地；所述电容CA11的第一端连接所述电阻R11的第二端，所述电容CA11的第二端连接所述频率调制模块的输出端；所述电容CA12的第一端连接所述电阻R12的第二端，所述电容CA12的第二端接地；所述二极管的一端连接所述频率调制模块的输入端，所述二极管的另一端接地；所述运算放大器的第二端连接所述电阻R13的第二端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，包括：PowerPC、FPGA模块、第一数模转换模块、第二数模转换模块和电力电子式电流发生器；所述PowerPC用于解析导入的原始采样数据，分析信号的幅值及频率参数，计算与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号及与采样信号频率相同的交流频率控制信号，输入至所述FPGA模块；所述FPGA模块用于完成直流幅值控制信号与交流频率控制信号的编码输出及发送时序控制；所述第一数模转换模块用于根据直流幅值控制信号产生与采样信号幅值成比例关系的直流电压模拟信号；所述第二数模转换模块用于产生与采样信号同频的交流电压模拟信号；所述电力电子式电流发生器用于根据接收的直流电压模拟信号与交流电压模拟信号作为幅值和频率的控制信号输出高频电流信号。

【技术特征摘要】
1.一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，包括：PowerPC、FPGA模块、第一数模转换模块、第二数模转换模块和电力电子式电流发生器；所述PowerPC用于解析导入的原始采样数据，分析信号的幅值及频率参数，计算与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号及与采样信号频率相同的交流频率控制信号，输入至所述FPGA模块；所述FPGA模块用于完成直流幅值控制信号与交流频率控制信号的编码输出及发送时序控制；所述第一数模转换模块用于根据直流幅值控制信号产生与采样信号幅值成比例关系的直流电压模拟信号；所述第二数模转换模块用于产生与采样信号同频的交流电压模拟信号；所述电力电子式电流发生器用于根据接收的直流电压模拟信号与交流电压模拟信号作为幅值和频率的控制信号输出高频电流信号。2.根据权利要求1所述的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，还包括频率调制模块；所述频率调制模块连接于所述第二数模转换模块与所述电力电子式电流发生器之间；所述频率调制模块用于将所述第二数模转换模块发送的同频的正弦的交流电压模拟信号转换为对应的同频的方波的交流电压模拟信号。3.根据权利要求1所述的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，所述PowerPC具体用于：从导入的原始采样数据中提取每点采样数据，按照CFG文件配置参数还原实际采样值，获得采样离散信号；采用快速傅立叶变换算法对采样离散信号进行频谱分析，获取采样离散信号的幅值参数和频率参数；根据预设比例调节幅值参数大小，输出与采样信号幅值成比例关系的直流幅值控制信号，生成与频率参数相同的交流频率控制信号。4.根据权利要求3所述的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，具体通过第一公式按照CFG文件配置参数还原实际采样值获得采样离散信号；所述第一公式为：其中，S′为实际采样，S为原始采样，Cchn为通道倍率，Ochn为通道偏移，k为采样变比。5.根据权利要求3所述的一种波形幅频分离实时控制的高频电流源，其特征在于，具体通过第二公式采用快速傅立叶变换算法对采样离散信号进行频谱分析，获取采样离散信号的频率参数；所述第二公式为：其中，fn为第n次信号频率，fs为采样频率，n为信号序号，N为采样点数。6.根据权利要求3所述的一种波形幅频...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红星，卢启付，余超耘，盛超，骆潘钿，张健，肖磊石，刘正富，唐酿，杨汾艳，黄辉，朱良合，黄明欣，郭敬梅，张炜，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44