一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法技术

本申请实施例提供的电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，包括毫欧级阻值的高精密电阻、高频电流互感器与串联的欧姆级电阻将暂态阶跃电流信号转换为第一、第二电压信号，含低通滤波回路的信号调理模块对第一、第二电压信号进行信号调理后为第三、第四电压信号，第三、第四电压信号通过AD转换模块转换为第一、第二数字信号后，发至ZYNQ主控芯片采集、数据核对、电感计算和电感积分算法补偿，生成暂态标准实时数据，并按数字采样协议，由光纤收发模块传至外部，采用可充电电源模块提供电源。电感计算和电感积分算法补偿用高频电流测试可测电感值，用离散微分方程求解可降低计算量，可避免高精密无感电阻转换小电压信号的过程波形失真。程波形失真。程波形失真。

【技术实现步骤摘要】
一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法


[0001]本申请涉及暂态阶跃电流标准器领域，尤其涉及一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法。

技术介绍

[0002]电子式互感器是一种配电装置，也是特高压直流控制保护系统中核心测量设备，由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电压或电流传感器组成，用以传输正比于被测量的量，供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。暂态性能是电子互感器的核心指标之一，因此需要对电子互感器的暂态性能进行暂态测试。
[0003]为了对电子互感器的暂态性能进行暂态测试，现有技术多采用暂态闭环测试方法进行暂态测试，即直流阶跃源发出暂态阶跃信号，通过高精密无感电阻将暂态阶跃信号转换为小电压信号，小电压信号经过模数转换后，送至校验仪与直流电流互感器完成闭环暂态阶跃测试。
[0004]然而，上述现有技术中的高精密无感电阻由于通过的电流值很大，所以电阻值为毫欧级或微欧级。在阶跃过程中电流的阶跃上升频率非常高时，分布电容与分布电感的影响较大，高精密无感电阻将电流转为电压的过程会出现波形失真现象，高精密无感电阻高频等效电路图，如图1所示，其中，图1中R为高精密无感电阻，C为分布电容，L为分布电感。

技术实现思路

[0005]本申请提供了一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，以解决采用高精密无感电阻将暂态阶跃信号转换为小电压信号的过程出现波形失真的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
[0007]第一方面，本申请实施例公开了一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，包括采用阻值为毫欧级的高精密电阻将接收到的暂态阶跃电流信号转换为第一电压信号，采用高频电流互感器和高频电流互感器串联的欧姆级电阻将接收到的暂态阶跃电流信号转换为第二电压信号；
[0008]通过包含低通滤波回路的信号调理模块对第一电压信号和第二电压信号进行信号调理，将信号调理后的第一电压信号作为第三电压信号，将信号调理后的第二电压信号作为第四电压信号，第三电压信号通过AD转换模块转换为第一数字信号，第四电压信号通过AD转换模块转换为第二数字信号；
[0009]通过ZYNQ主控芯片采集第一数字信号和第二数字信号，对第一数字信号和第二数字信号进行数据核对，并根据第一数字信号和第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，生成暂态标准实时数据；
[0010]按数字采样协议，通过光纤收发模块将暂态标准实时数据传输至外部；
[0011]采用可充电电源模块为包括高精密电阻、高频电流互感器、欧姆级电阻、信号调理模块、AD转换模块、ZYNQ主控芯片和光纤收发模块的装置的运行提供工作电源。
[0012]可选的，通过ZYNQ主控芯片采集第一数字信号和第二数字信号，对第一数字信号和第二数字信号进行数据核对，并根据第一数字信号和第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，包括：
[0013]ZYNQ主控芯片中的FPGA采集第一数字信号和第二数字信号，并对第一数字信号和第二数字信号进行数据核对；
[0014]ZYNQ主控芯片中的ARM片上系统根据第一数字信号和第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，并对第一数字信号和第二数字信号进行数据核对。
[0015]可选的，根据第一数字信号和第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，生成暂态标准实时数据，包括：
[0016]进行高频电流测试，暂态阶跃电流发生器施加3千赫兹的高频电流信号，高精密电阻将高频电流信号转换为5V以内的第一小电压信号，高精密电阻的电压转换公式为：
[0017]U2≈R
×
i+j2πf
×
L
×
i
[0018]U2为高精密电阻的输出电压，R为高精密电阻的阻值，f为输入电流频率，L为高精密电阻的等效电感值，i为输入电流；
[0019]高频电流互感器和高频电流互感器串联的欧姆级电阻将高频电流信号转换为电流值是一千分之一高频电流信号电流值的小电流信号后，再将小电流信号进行电压电流变换，将小电流信号转换为5V以内的第二小电压信号，欧姆级电阻的电阻值较大，在高频电流信号下，电感对高频电流互感器和高频电流互感器串联的欧姆级电阻对高频电流信号转换为小电流信号的影响基本可以忽略，高频电流互感器的电压转换公式为：
[0020]U1≈k
×
R1×
i
[0021]U1为高频电流互感器的输出电压，k为高频电流互感器的变比，R1为转换电阻值，i为输入电流；
[0022]ZYNQ主控芯片通过AD转换模块同步采集第一小电压信号和第二小电压信号，并计算第一小电压信号和第二小电压信号的相对相位角θ，由高频电流互感器转换公式和高精密电阻的转换公式得出第一小电压信号和第二小电压信号的相对相位角θ计算公式为：
[0023][0024]θ为高精密电阻的输出电压与高频电流互感器输出电压之间的夹角；
[0025]通过第一小电压信号和第二小电压信号的相对相位角θ计算公式得出高精密电阻的电感值L的计算公式为：
[0026][0027]进行阶跃电流测试，暂态阶跃电流发生器施加阶跃电流信号，ZYNQ主控芯片通过AD转换模块采集高精密电阻将阶跃电流转换为的第三小电压信号；
[0028]进行数字积分补偿计算，高精密电阻在电流阶跃时不能忽视电感量的影响，电容影响基本可以忽略，高精密电阻在电流阶跃时的电压表达式如下：
[0029][0030]以电流突变时刻为暂态阶跃电流起始时刻，即u0＝0对应的i0＝0，当采样速率足
够高时(1Mhz)t时刻的微分值即为该点变化值与采样速率的乘积，突变后的每个采样点对应的采样值公式为：
[0031]u(1)＝Ri(1)+L(i(1)
‑
i(0))
×
f
[0032]u(2)＝Ri(2)+L(i(2)
‑
i(1))
×
f
[0033]u(n)＝Ri(n)+L(i(n)
‑
i(n
‑
1))
×
f
[0034][0035][0036][0037]从而获得突变后经过电感积分补偿后的采样值序列的i(t)，进行趋稳计算，趋稳计算公式为：
[0038]i(n)
‑
i(n
‑
1)＜i(n)
×
0.01
[0039]其中，连续5点满足趋稳计算公式时，即判断为趋稳，判断趋稳后积分补偿结束的公式为：
[0040][0041]进行数值发送，数值发送包括采样数据同步和发送数据组帧，数据同步采用不依赖额外的同步信号，适合高速数据采样过程的线性插值同步法，同步后的数据采用降低处理器消耗的高波特率的曼彻斯特编码发送，最大采样频率下每10个采样点发送一帧数据，每帧数据内采样点按顺序排列，协议内同时附加起始符、采样计数器和CRC校验码。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，其特征在于，包括：采用阻值为毫欧级的高精密电阻将接收到的暂态阶跃电流信号转换为第一电压信号，采用高频电流互感器和所述高频电流互感器串联的欧姆级电阻将接收到的暂态阶跃电流信号转换为第二电压信号；通过包含低通滤波回路的信号调理模块对所述第一电压信号和所述第二电压信号进行信号调理，将信号调理后的所述第一电压信号作为第三电压信号，将信号调理后的所述第二电压信号作为第四电压信号，所述第三电压信号通过AD转换模块转换为第一数字信号，所述第四电压信号通过AD转换模块转换为第二数字信号；通过ZYNQ主控芯片采集所述第一数字信号和所述第二数字信号，对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行数据核对，并根据所述第一数字信号和所述第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，生成暂态标准实时数据；按数字采样协议，通过光纤收发模块将所述暂态标准实时数据传输至外部；采用可充电电源模块为包括高精密电阻、高频电流互感器、欧姆级电阻、信号调理模块、AD转换模块、ZYNQ主控芯片和光纤收发模块的装置的运行提供工作电源。2.根据权利要求1所述的电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，其特征在于，所述通过ZYNQ主控芯片采集所述第一数字信号和所述第二数字信号，对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行数据核对，并根据所述第一数字信号和所述第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，包括：ZYNQ主控芯片中的FPGA采集所述第一数字信号和所述第二数字信号，并对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行数据核对；ZYNQ主控芯片中的ARM片上系统根据所述第一数字信号和所述第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，并对所述第一数字信号和所述第二数字信号进行数据核对。3.根据权利要求1所述的电感补偿的暂态阶跃电流标准器构建方法，其特征在于，所述根据所述第一数字信号和所述第二数字信号进行电感计算和电感积分算法补偿，生成暂态标准实时数据，包括：进行高频电流测试，暂态阶跃电流发生器施加3千赫兹的高频电流信号，高精密电阻将所述高频电流信号转换为5V以内的第一小电压信号，高精密电阻的电压转换公式为：U2≈R
×
i+j2πf
×
L
×
iU2为高精密电阻的输出电压，R为高精密电阻的阻值，f为输入电流频率，L为高精密电阻的等效电感值，i为输入电流；高频电流互感器和所述高频电流互感器串联的欧姆级电阻将所述高频电流信号转换为电流值是一千分之一所述高频电流信号电流值的小电流信号后，再将所述小电流信号进行电压电流变换，将所述小电流信号转换为5V...

【专利技术属性】
技术研发人员：翟少磊，魏龄，贾南疆，王飞，范美位，苏文婧，汤汉松，张林山，唐立军，闫永梅，李月梅，李宗红，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：