一种直流电压宽频数字量标准器及使用方法技术

本发明专利技术涉及一种直流电压宽频数字量标准器，包括：阻容分压模块、信号调理模块、AD转换模块和主控模块；直流电压经所述阻容分压模块分压后，由所述信号调理模块进行滤波和AD回路信号输入阻抗调节，再由所述AD转换模块转换为数字量传输给所述主控模块；所述信号调理模块包括运算放大器;所述阻容分压模块包括电阻R1、R2，直流电压依次通过电阻R1、R2接地；电容C1、C2分别与电阻R1、R2并联；电容C1、C2的分压比与电阻R1、R2的分压比一致；所述信号调理模块采集电阻R1、R2连接处电压VIN。本发明专利技术在高精度的阻容分压，交直流不同变比的情况下通过阻容分压与前置采集一体化设计的方案，利用积分补偿获得高精度的原始电压信号。偿获得高精度的原始电压信号。偿获得高精度的原始电压信号。

【技术实现步骤摘要】
一种直流电压宽频数字量标准器及使用方法


[0001]本专利技术涉及一种直流电压宽频数字量标准器及使用方法，属于电计量


技术介绍

[0002]直流电压互感器给换流站的控制与保护提供准确可靠的电压测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流控保系统的运行稳定性及可靠性，是直流输电系统中的重要环节。为保证直流电压互感器的传变精度以及传变特性，需要对直流电压互感器进行投运前试验和周期性定检。在现场运行过程中，由于缺乏相关标准规程和统一完善的现场校验方法及测试装置，直流电压互感器现场测试一般只能进行直流电压开环试验，这种测试方法不仅对直流源的稳定性要求极高，而且难以实现试品与直流源的同步测量，此时也无法进行直流电压的频率响应以及阶跃响应试验。目前，基于同源回采比对的闭环校验方法是直流互感器测试技术的研究新方向。
[0003]直流电压互感器闭环校验系统由直流电压源、标准器及校验仪本体三部分组成。标准器采集直流电压源输出的模拟量信号，转换为数字信号后经光纤通道传输至校验仪本体，实现直流互感器的闭环回采比对校验。标准器把标准源模拟信号转换为数字信号，将一次系统与校验系统隔离，提高了现场测试的安全性，标准器的采样特性及运行稳定性是直流互感器校验体系中的重要环节。实际应用中，由于测试内容不同（稳态测试和暂态测试），且直流标准源接口不统一（小电压输出、小电流输出、大电流输出等），现场采用的直流互感器前置单元种类繁多，其对应的采样速率、采样范围、低通滤波回路都有区别，现场测试过程中需要反复更换前置单元，测试操作繁琐。<br/>[0004]目前直流电子式互感器的现场检测技术包括开环测试和闭环测试两类。
[0005]开环测试参考图1，采用高精度直流源输出直流信号，经直流互感器传变后，接入测试仪表，通过人工方式比对直流互感器输出信号与原始直流源输出信号的差异，对直流互感器传变特性进行校验。
[0006]闭环测试参考图2，直流电压源输出直流电压信号，经直流电压互感器传变后再转为光纤数字信号，接入校验仪作为试品信号；同时，直流电压标准器将一次电压信号转换为小电压信号后送至直流互感器作为标准信号。直流互感器校验仪比较试品与标准信号完成直流电压互感器的校验工作。
[0007]现有的测试方式存在以下缺陷：1、目前的直流互感器闭环测试方式，直流电压标准分压器一般采用电阻分压或阻容分压，这两种分压方式输出的小电压信号，小电压信号在传递过程中容易遭受干扰以及导线的电压较低影响而导致信号失真。且输出的小电压信号与一次电压信号共地，当电压阶跃时，地网上会产生高频高电压容易造成测试仪的损坏，且与测试人员过近没有安全性。
[0008]2、电阻分压时由于杂散电容的影响，暂态阶跃测试、频率响应测试时，交流变比具有随机性严重影响测试回路的测试结果。
[0009]3、阻容分压时，由于电容精度难以把握，很难与电阻实现高精度匹配，基本实现不
了实现全频谱的等比传递，经常会出现交直流不同的变比标定。单独进行直流电压测试、以及交流电压测试时不受影响，但暂态阶跃响应测试、交直流频率混叠测试时就很难实现。

技术实现思路

[0010]为了克服上述问题，本专利技术提供一种直流电压宽频数字量标准器及使用方法，该标准器在高精度的阻容分压，交直流不同变比的情况下通过阻容分压与前置采集一体化设计的方案，利用积分补偿获得高精度的原始电压信号。
[0011]本专利技术的技术方案如下：第一方面一种直流电压宽频数字量标准器，包括：阻容分压模块、信号调理模块、AD转换模块和主控模块；直流电压经所述阻容分压模块分压后，由所述信号调理模块进行滤波和AD回路信号输入阻抗调节，再由所述AD转换模块转换为数字量传输给所述主控模块；所述信号调理模块包括运算放大器；所述阻容分压模块包括电阻R1、R2，直流电压依次通过电阻R1、R2接地；电容C1、C2分别与电阻R1、R2并联；电容C1、C2的分压比与电阻R1、R2的分压比一致；所述信号调理模块采集电阻R1、R2连接处电压VIN。
[0012]进一步的，所述直流电压为10kV，所述电阻R1、R2分别为5MΩ、2.5kΩ。
[0013]进一步的，所述信号调理模块具体为：所述运算放大器的引脚6依次通过电阻R
14
、R
13
接地，运算放大器的引脚2与电阻R
14
、R
13
的连接处连接，电阻R
14
另一端与运算放大器的引脚6连接，所述运算放大器的引脚4、引脚7分别与
‑
12V、+12V电压连接；所述运算放大器的引脚3分两路，一路通过电容CA
12
接地，一路依次通过电阻R
12
、R
11
与电压VIN连接；电阻R
12
、R
11
的连接处分两路，一路通过电容CA
10
接地，另一路与所述运算放大器的引脚6连接；电压VIN通过瞬态抑制二极管T1、TVS接地。
[0014]进一步的，还包括光纤收发模块，所述光纤收发模块与所述主控模块通信连接。
[0015]第二方面一种直流电压宽频数字量标准器的使用方法，通过第一方面所述直流电压宽频数字量标准器输出电压信号，所述AD转换模块为可变采样率的AD转换模块；采样时，控制AD转换定时中断，启动AD转换信号，控制AD转换的采样周期；通过所述主控模块输出数字化采样的发送同步脉冲，调节AD转换的采样发送周期，每个采样发送周期内包含N个AD转换中断，首个AD转换中断由发送同步脉冲上升沿发起，其余AD转换中断由转换中断计数器控制；在有效误差范围内，将AD转换中断计数器分为若干档位，并从第一个AD转换中断计数开始，对计数器进行一个时钟单位的修正，修正公式如下：；其中，NI
i
为AD转换周期的计数器，i为当前中断序号，NP为发送同步脉冲的计数器，N为每个发送周期内的AD转换次数。
[0016]进一步的，多片AD转换计数器间采用多组并发方式的转换控制及数据读取，转换开始同时使能AD转换的繁忙指示信号，当AD转换结束后实时获取所对应通道的采样数据，AD转换公式如下：；其中，S0为AD转换后输出的数字量，V
i
为输入电压模拟量，V
max
为电压输入范围。
[0017]进一步的，包括对采样数据进行积分补偿处理，具体为：根据阻容元件的微分方程得到：；其中，、分别为直流电压、采样电压，、分别为流经电阻R1、R2的电流，根据基尔霍夫定律，得到式1：；令；其中，为当前采样；将式1转化为离散采样值公式，并带入，得到；；根据电压起始点的值计算；将第n次采样后得到的、相加，得到当前电压的采样值。
[0018]进一步的，当采样值为0时，令为0。
[0019]进一步的，包括数据发送，采用高波特率的曼彻斯特编码发送，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，协议被附加起始符、采样技术器和CRC校验码。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流电压宽频数字量标准器，其特征在于，包括：阻容分压模块、信号调理模块、AD转换模块和主控模块；直流电压经所述阻容分压模块分压后，由所述信号调理模块进行滤波和AD回路信号输入阻抗调节，再由所述AD转换模块转换为数字量传输给所述主控模块；所述信号调理模块包括运算放大器;所述阻容分压模块包括电阻R1、R2，直流电压依次通过电阻R1、R2接地；电容C1、C2分别与电阻R1、R2并联；电容C1、C2的分压比与电阻R1、R2的分压比一致；所述信号调理模块采集电阻R1、R2连接处电压VIN。2.根据权利要求1所述直流电压宽频数字量标准器，其特征在于，所述直流电压为10kV，所述电阻R1、R2分别为5MΩ、2.5kΩ。3.根据权利要求1所述直流电压宽频数字量标准器，其特征在于，所述信号调理模块具体为：所述运算放大器的引脚6依次通过电阻R
14
、R
13
接地，运算放大器的引脚2与电阻R
14
、R
13
的连接处连接，电阻R14另一端与运算放大器的引脚6连接，所述运算放大器的引脚4、引脚7分别与
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12V、+12V电压连接；所述运算放大器的引脚3分两路，一路通过电容CA
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接地，一路依次通过电阻R
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、R
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与电压VIN连接；电阻R
12
、R
11
的连接处分两路，一路通过电容CA
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接地，另一路与所述运算放大器的引脚6连接；电压VIN通过瞬态抑制二极管T1、TVS接地。4.根据权利要求1所述直流电压宽频数字量标准器，其特征在于，还包括光纤收发模块，所述光纤收发模块与所述主控模块通信连接。5.一种直流电压宽频数字量标准器的使用方法，通过权利要求1
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4任一所述直流电压宽频数字量标准器输出电压信号，其特征在于，所述AD转换模块为可变采样率的AD转换模块；采样时，控制A...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志武，黄天富，王春光，周志森，张颖，林彤尧，黄汉斌，伍翔，涂彦昭，苏志生，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司营销服务中心，
类型：发明
国别省市：