一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置及其校准方法

摘要

本发明提供了一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，包括直流、脉动谐波电流输出模块和外部被检输入模块，所述直流、脉动谐波电流输出模块将直流电流和直流叠加脉动谐波电流输出给内部取样电路和自校准标准电阻阵列；所述内部取样电路将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，并通过前端调理电路和被检输入通道送至AD采样测量器；该误差检测装置通过准确度高、长期稳定性好、感抗小的标准电阻阵列作为溯源标准，检定直流、直流叠加脉动谐波信号下直流互感器和直流放大器的准确度，在测试现场完成直流和脉动谐波信号测量的自校准。

权利要求

1.一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，其特征在于：包括直流、脉动谐波电流输出模块（1）和外部被检输入模块（9），所述直流、脉动谐波电流输出模块（1）将直流电流和直流叠加脉动谐波电流输出给内部取样电路（2）和自校准标准电阻阵列（3）；

所述内部取样电路（2）将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，并通过前端调理电路（4）和被检输入通道（5）送至AD采样测量器（6）；

所述自校准标准电阻阵列（3）将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，通过通道转换器（7）和标准输入通道（8）送至所述AD采样测量器（6）；

所述外部被检输入模块（9）将外部被检输入的信号通过所述通道转换器（7），转换为适合的AD采样范围，并通过所述标准输入通道（8）送至所述AD采样测量器（6）。

2.根据权利要求1所述的一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，其特征在于：所述AD采样测量器（6）与误差自校准模块（10）相连接，通过所述AD采样测量器（6）的数字信号，由所述误差自校准模块（10）计算出需要校正的误差数据，修正测量的数值，并写入flash模块（11）中保存。

3.根据权利要求2所述的一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，其特征在于：所述误差自校准模块（10）接收所述AD采样测量器（6）的采样数字信号，通过傅里叶变换算法，将直流信号和谐波信号分开，分别计算所述被检输入通道（5）和所述标准输入通道（8）谐波信号的角差、比差、直流的幅值误差和所述flash模块（11）内的原校准系数，计算修正后的新的校准系数，经过多折率校准，完成自校准。

4.根据权利要求3所述的一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，其特征在于：幅值误差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的幅值误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算模块，通过内置的所述误差补偿系数计算模块补偿计算好的幅值误差；

角差、比差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的角差、比差的误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算模块，通过内置的所述误差补偿系数计算模块补偿计算好的角差、比差。

5.根据权利要求4所述的一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，其特征在于：所述误差计算及限制判断模块和误差自校正系数计算模块相连接，所述误差自校正系数计算模块与原校准系数计算模块相连接；在自校模式下，所述误差自校正系数计算模块计算出的新校准系数写入所述flash模块（11）中保存。

说明书

一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置及其校准方法

技术领域

[0001] 本发明涉及直流输电技术领域，尤其涉及一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置及其校准方法。

背景技术

[0002] 换流站内直流互感器及其直流信号放大器是直流输电系统的重要的二次测量设备。为输电系统的控制、保护和测量提供关键的信息与数据。该设备的准确可靠运行直接关
系整个直流输电系统的安全稳定运行。而直流互感器和直流放大器准确可靠需要带标准量
值的直流互感器误差检测装置进行现场检测和误差校准。因此直流互感器误差检定装置是
检测直流互感器和直流放大器误差的关键设备，直流互感器误差检测装置需要到相关机构
检定校准之后，才能检定其他直流互感器的误差；但是换流站为了减少辐射对周围居民的
影响，一般建设在偏远地区，因此对于换流站内直流互感器和直流放大器检测，检测工作人
员必须携带直流互感器误差检测装置到现场对换流站内直流互感器和直流放大器进行检
测，互感器误差检定装置经过长途运输和山路的颠簸，其准确度难以严格保证；同时在测试
互感器时，一旦过流、过压、接线异常等异常情况发生时，可能对直流互感器误差检测装置
的准确度产生影响，无法严格保证其准确度，需要再次拿到检定机构进行检定校准，而此距
离校准机构远，无法短时间再次检定校准，因而导致检测人员连续几天多次往返换流站和
检测机构，造成人力和时间上的极大浪费；并且，现有技术在对直流互感器误差检测装置检
定时，往往通过直流源加直流标准互感器进行直流校准，交流源加交流标准互感器进行交
流校准，对于50Hz以上到1.2KHz的脉动谐波信号还需要另外的设备校准，虽然国外有高精
度宽范围交直流电流高精度分流器，但是价格昂贵，相关机构或者厂家不一定能购买，因此
现有技术的检定操作流程复杂，对检定人员的要求高，检定结果可能需要反复测试，造成人
力和时间上的极大浪费，此外换流站内直流互感器往往是在直流叠加脉动谐波信号工况下
运行，因此检定最好和实际情况一致，也需要在直流叠加脉动谐波信号下检测，而现有技术
对直流互感器和直流放大器误差检测装置缺乏相应检定手段。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置及其校准方法，能够提高直流互感器和直流放大器的准确度，同时体积小、
重量轻、操作简单。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

[0005] 本发明提供了一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，包括直流、脉动谐波电流输出模块和外部被检输入模块，

[0006] 所述直流、脉动谐波电流输出模块将直流电流和直流叠加脉动谐波电流输出给内部取样电路和自校准标准电阻阵列；

[0007] 所述内部取样电路将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，并通过前端调理电路和被检输入通道送至AD采样测量器；

[0008] 所述自校准标准电阻阵列将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，通过通道转换器和标准输入通道送至所述AD采样测量器；

[0009] 所述外部被检输入模块将标准电阻阵列和外部被检输入的信号通过所述通道转换器，转换为适合的AD采样范围，并通过所述标准输入通道送至所述AD采样测量器。

[0010] 进一步，所述AD采样测量器与误差自校准模块相连接，通过所述AD采样测量器的数字信号，由所述误差自校准模块计算出需要校正的误差数据，修正测量的数值，并写入
flash模块中保存。

[0011] 进一步，所述误差自校准模块接收所述AD采样测量器的采样数字信号，通过傅里叶变换算法，将直流信号和谐波信号分开，分别计算所述被检输入通道和所述标准输入通
道谐波信号的角差、比差、直流的幅值误差和所述flash模块内的原校准系数，计算修正后
的新的校准系数，经过多折率校准，完成自校准。

[0012] 进一步，幅值误差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的幅值误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算模块，通过内置的误差补偿系数计算模块
补偿计算好的幅值误差；

[0013] 所述角差、比差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的角差、比差的误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算模块，通过内置的所述误差补偿系数
计算模块补偿计算好的角差、比差。

[0014] 进一步，所述误差计算及限制判断模块和误差自校正系数计算模块相连接，所述误差自校正系数计算模块与原校准系数计算模块相连接；在自校模式下，所述误差自校正
系数计算模块计算出的新校准系数写入所述flash模块中保存。

[0015] 进一步，所述误差补偿系数的数表和误差补偿系数值相连接，所述误差补偿系数值与环境温度测量装置相连接；

[0016] 所述误差补偿系数值与误差补偿计算相连接，所述误差补偿计算和显示的测量误差值相连接，所述显示的测量误差值是经过误差补偿计算的最终误差值。

[0017] 本发明提供一种脉动谐波信号直流互感器误差检测的校准方法，误差自校准模块采用多折率校准原理，通过所述误差自校准模块的多次校准计算，确保校准的准确度；

[0018] 所述误差自校准模块根据不同设定段ΔXi，利用该设定段的Ki计算出每个测量值段ΔYi，并累加计算，其中n为测量值Y(t)对应的最后的Ki；

[0019]  (3‑1)

[0020] 当n=1时候公式可以简化为：

[0021]         (3‑2)

[0022] 校准系数NKi，根据不同的设定点测量值Y(t)，设定点i>=2：

[0023]   (3‑3)

[0024] 假设上个Xi‑1校验准确，则有 ；把式 3‑3重写为：

[0025]   (3‑4)

[0026] 把式3‑1代入式3‑4，得：

[0027] （3‑5）

[0028] 由式(3‑5)可知 和所有的低于 的历史校准点有关，所以校准至少要进行两次以上，经过多次校准后 ；

[0029] 所述误差自校准模块，通过多次测量校准得到新的校准系数 ；

[0030] 其中， 为设定点标准通道测量值； 为设定点档位量程内的校准分段点值； 为设定点被检通道测量值； 为设定点原校准系数； 为设定点新计算校准
系数；为设定点。

[0031] 本发明的有益效果为：该误差检测装置通过准确度高、长期稳定性好、感抗小的标准电阻阵列作为溯源标准，检定直流、直流叠加脉动谐波信号下直流互感器和直流放大器
的准确度，在测试现场完成直流和脉动谐波信号测量的自校准。

[0032] 体积小，重量轻，操作简单，安全可靠，极大降低人力物力、时间成本，具有很强的经济性、实用性。

附图说明

[0033] 图1 为本发明一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置的系统图；

[0034] 图2为误差自校准模块采用多折率校准的原理图。

具体实施方式

[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定
本发明。

[0036] 请参阅图1，一种脉动谐波信号直流互感器误差检测装置，包括直流、脉动谐波电流输出模块1和外部被检输入模块9，

[0037] 所述直流、脉动谐波电流输出模块1将直流电流和直流叠加脉动谐波电流输出给内部取样电路2和自校准标准电阻阵列3；

[0038] 其中，自校准标准电阻阵列3需要实现直流和直流叠加谐波自校准，自校准标准电阻阵列3要求温漂小、准确度高、长期稳定性好、感抗小；要求温漂小，是因为误差检测装置
需要在现场工作，工作温度的范围在0～50℃，温度范围宽，温度漂移对准确度的影响较大，
因此选用高精度0.05ppm的精密铂电阻构成标准电阻阵列；准确度高，是因为标准电阻阵列
是整个系统自校准准确度的来源，自校准的准确度溯源依靠自校准标准电阻阵列；长期稳
定性好，是因为标准电阻阵列在校准完成以后，需要在较长一段时间内，保证其准确度；感
抗小，是因为要进行直流叠加脉动谐波信号的自校准，脉动谐波信号的频率高，要到
1.2KHz，要求标准电阻的感抗小，才能降低感抗对脉动谐波准确的影响，确保脉动谐波测量
溯源的准确度。

[0039] 所述内部取样电路2将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，并通过前端调理电路4和被检输入通道5送至AD采样测量器6；

[0040] 其中，AD采样测量器6的AD采样芯片采用TI的ADS1278，其具有24bit的分辨率，8路AD采样通道。

[0041] 所述自校准标准电阻阵列3将输入的所述直流电流和直流叠加脉动谐波电流转换为电压信号，通过通道转换器7和标准输入通道8送至所述AD采样测量器6；

[0042] 所述外部被检输入模块9将标准电阻阵列和外部被检输入的信号通过所述通道转换器7，转换为适合的AD采样范围，并通过所述标准输入通道8送至所述AD采样测量器6。

[0043] 所述AD采样测量器6与误差自校准模块10相连接，通过所述AD采样测量器6的数字信号，由所述误差自校准模块10计算出需要校正的误差数据，修正测量的数值，并写入
flash模块11中保存。

[0044] 所述误差自校准模块10接收所述AD采样测量器6的采样数字信号，通过傅里叶变换算法，将直流信号和谐波信号分开，分别计算所述被检输入通道5和所述标准输入通道8
谐波信号的角差、比差、直流的幅值误差和所述flash模块11内的原校准系数，计算修正后
的新的校准系数，经过多折率校准，完成自校准。

[0045] 所述幅值误差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的幅值误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算模块，通过内置的所述误差补偿系数计算模块
补偿计算好的幅值误差；

[0046] 所述角差、比差计算模块和误差计算及限制判断模块连接，如果计算的角差、比差的误差在预置的误差限值内，启用误差补偿系数计算，通过内置的所述误差补偿系数计算
模块补偿计算好的角差、比差。

[0047] 所述误差计算及限制判断模块和误差自校正系数计算模块相连接，所述误差自校正系数计算模块与原校准系数计算模块相连接；在自校模式下，所述误差自校正系数计算
模块计算出的新校准系数写入所述flash模块11中保存。

[0048] 所述误差补偿系数的数表和误差补偿系数值相连接，所述误差补偿系数值与环境温度测量装置相连接；

[0049] 误差补偿系数的数表的建立，在恒定的环境温度下，自误差检测装置的直流、脉动谐波电流输出至自校准标准电阻阵列3和内部取样电路2，此时，AD采样测量器6采集标准输
入通道8和被检输入通道5的值，送至误差自校准模块10，误差自校准模块10计算出相应的
直流幅值误差和谐波信号角差、比差，此时的误差即为误差补偿系数值，也即是误差自校准
模块10的系统误差，至此完成一次误差补偿系数计算，经过多次反复计算取平均值，得到最
终该恒定温度下的误差补偿系数值，完成一个环境温度点的误差补偿系数值计算；

[0050] 误差自校准模块10采用0到50℃每度一个温度补偿值的方法建立温度补偿系数表，需要按照上述方法每隔1℃测量相应的温度补偿系数值，且标准电阻阵列采用0.05ppm/
℃的标准电阻构成，保证标准电阻阵列的准确度，从而保证误差补偿系数值的准确性，完成
温度补偿系数表的建立。

[0051] 所述误差补偿系数值与误差补偿计算相连接，所述误差补偿计算和显示的测量误差值相连接，所述显示的测量误差值是经过误差补偿计算的最终误差值。

[0052] 请参阅图2，一种脉动谐波信号直流互感器误差检测的校准方法，误差自校准模块采用多折率校准原理，通过所述误差自校准模块的多次校准计算，确保校准的准确度；

[0053] 所述误差自校准模块10根据不同设定段ΔXi，利用该设定段的Ki计算出每个测量值段ΔYi，并累加计算，其中n为测量值Y(t)对应的最后的Ki；

[0054]  (3‑1)

[0055] 当n=1时候公式可以简化为：

[0056]         (3‑2)

[0057] 校准系数NKi，根据不同的设定点测量值Y(t)，设定点i>=2：

[0058]   (3‑3)

[0059] 假设上个Xi‑1校验准确，则有 ；把式 3‑3重写为：

[0060]   (3‑4)

[0061] 把式3‑1代入式3‑4，得：

[0062] （3‑5）

[0063] 由式(3‑5)可知 和所有的低于 的历史校准点有关，所以校准至少要进行两次以上，经过多次校准后 ；

[0064] 所述误差自校准模块，通过多次测量校准得到新的校准系数 ；

[0065] 其中， 为设定点标准通道测量值； 为设定点档位量程内的校准分段点值； 为设定点被检通道测量值； 为设定点原校准系数； 为设定点新计算校准
系数；为设定点。

[0066] 由式(3‑5)可知 和所有的低于 的历史校准点有关，所以校准至少要进行两次以上，经过多次校准后  ；

[0067] 所述误差自校准模块10，通过多次测量校准得到新的校准系数 。此校准系数即是误差自校准模块通过自校准计算后的新系数，新系数在自校准完成后，写入到flash进
行保存，完成自校准。

[0068] 以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，
在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范
围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。