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一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法

阅读：495发布：2020-05-13

专利汇可以提供一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法，包括：校验电源装置，用于输出校验电压信号、第一电流幅值信息和第一电流相位信息；采集合并模块，与校验电源装置相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；协议转换模块，与所述采集合并模块相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号；校验模块，分别与所述校验电源装置和协议转换模块相连接，用于根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。本发明能在50Hz～2500Hz的频率范围内对全光纤电流互感器的性能进行准确的校验，校验精度高、操作简便，满足了实际工程需要。，下面是一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统，其特征在于，所述系统包括：
校验电源装置，包括：依次连接并组成一次电流回路的信号发生单元、功率放大单元和宽频升流器，以及分别串联接入所述一次电流回路的标准互感器单元和全光纤电流互感器，所述校验电源装置用于通过所述标准互感器单元输出校验电压信号；用于通过所述全光纤电流互感器输出第一电流幅值信息和第一电流相位信息；
采集合并模块，与所述校验电源装置相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；
协议转换模块，与所述采集合并模块相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号；
校验模块，分别与所述校验电源装置和协议转换模块相连接，用于根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号发生单元，用于发生频率可调的第一电压信号；所述功率放大单元，用于放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；所述宽频升流器，用于根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；所述全光纤电流互感器，用于根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；所述标准互感器单元，用于根据所述第一电流信号生成校验电压信号。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述校验模块包括：同步单元和处理单元，所述同步单元，用于生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步；
所述处理单元，用于根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息，并将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理单元，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：
根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述处理单元，包括：数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：存储模块和无线通讯模块；所述存储模块包括：至少一个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述无线通信模块包括：无线局域网通信设备和/或移动通信网络设备，所述无线局域网通信设备包括：蓝牙、ZigBee和Wi-Fi通讯中的至少一个；所述移动通信网络设备包括：2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和4G无线通信芯片中的至少一个。
7.一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法，其特征在于，所述方法包括：
获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出的第一电流幅值信息和第一电流相位信息；
采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；
将所述数字信号转换为TCP/IP信号；
根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出的第一电流幅值信息和第一电流相位信息，包括：
信号发生单元发生频率可调的第一电压信号；
功率放大单元放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；
宽频升流器根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；
全光纤电流互感器根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；
标准互感器单元根据所述第一电流信号生成校验电压信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：
生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步；
根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息；
将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；
将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值；以及
根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：
根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

说明书全文

一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力设备试验检测技术领域，并且更具体地，涉及一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法。

背景技术

[0002] 随着高压直流输电系统不断发展，大量电力电子装置及非线性负载接入电网，导致电网中出现大量高次谐波。因此，对直流电流互感器的宽频测量能力提出了更高的要求。对于50Hz～1200Hz的基波及谐波电流的测量，电子式直流电流测量装置的幅值误差不应超过0.75％，相角误差不应超过500μs。全光纤电流互感器是一种基于法拉第磁光效应的电子式电流互感器。与传统的电磁式电流互感器相比，具有测量准确度高、动态范围大、绝缘简单、电磁兼容性好、安装灵活等优势，可同时测量交、直流电流，在高压直流输电领域具有广阔的应用前景。

[0003] 由于磁光效应的传变带宽很高，通常认为全光纤电流互感器的宽频测量性能较好，但全光纤电流互感器普遍采用数字滤波器对闭环检测系统的输出进行滤波处理，这会对不同频率的信号造成不同程度的衰减和相位延迟，导致与信号频率相关的幅值误差和相角误差，影响互感器的宽频测量性能。现有技术中FOCT在50Hz～1200Hz范围内，测量误差不超过0.55％，带宽大于10kHz。目前对于全光纤直流互感器的宽频校验主要按照国标进行50Hz～1200Hz下的频率响应实验，缺乏对更高频率谐波下对全光纤互感器计量性能的校验能力。

发明内容

[0004] 本发明提出一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法，以解决如何对高频率谐波下全光纤电流互感器进行宽频校验的问题。

[0005] 为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统，其特征在于，所述系统包括：

[0006] 校验电源装置，包括：依次连接并组成一次电流回路的信号发生单元、功率放大单元和宽频升流器，以及分别串联接入所述一次电流回路的标准互感器单元和全光纤电流互感器，所述校验电源装置用于通过所述标准互感器单元输出校验电压信号；用于通过所述全光纤电流互感器输出第一电流幅值信息和第一电流相位信息；

[0007] 采集合并模块，与所述校验电源装置相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；

[0008] 协议转换模块，与所述采集合并模块相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号；

[0009] 校验模块，分别与所述校验电源装置和协议转换模块相连接，用于根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0010] 优选地，其中所述信号发生单元，用于发生频率可调的第一电压信号；所述功率放大单元，用于放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；所述宽频升流器，用于根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；所述全光纤电流互感器，用于根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；所述标准互感器单元，用于根据所述第一电流信号生成校验电压信号。

[0011] 优选地，其中所述校验模块，包括：同步单元和处理单元，

[0012] 所述同步单元，用于生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步；

[0013] 所述处理单元，用于根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息，并将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0014] 优选地，其中所述处理单元，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：

[0015] 根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0016] 优选地，其中所述处理单元，包括：数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

[0017] 优选地，其中所述系统还包括：存储模块和无线通讯模块；所述存储模块包括：至少一个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述无线通信模块包括：无线局域网通信设备和/或移动通信网络设备，所述无线局域网通信设备包括：蓝牙、ZigBee和Wi-Fi通讯中的至少一个；所述移动通信网络设备包括：2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和4G无线通信芯片中的至少一个。

[0018] 根据本发明的另一个方面，提供了一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法，其特征在于，所述方法包括：

[0019] 获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出的第一电流幅值信息和第一电流相位信息；

[0020] 采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；

[0021] 将所述数字信号转换为TCP/IP信号；

[0022] 根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0023] 优选地，其中所述获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出的第一电流幅值信息和第一电流相位信息，包括：

[0024] 信号发生单元发生频率可调的第一电压信号；

[0025] 功率放大单元放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；

[0026] 宽频升流器根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；

[0027] 全光纤电流互感器根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；

[0028] 标准互感器单元根据所述第一电流信号生成校验电压信号。

[0029] 优选地，其中所述根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：

[0030] 生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步；

[0031] 根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息；

[0032] 将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；

[0033] 将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值；以及

[0034] 根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0035] 优选地，其中所述根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：

[0036] 根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0037] 本发明提供了一种用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统及方法，包括：校验电源装置，用于输出校验电压信号、第一电流幅值信息和第一电流相位信息；采集合并模块，与所述校验电源装置相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号；协议转换模块，与所述采集合并模块相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号；校验模块，分别与所述校验电源装置和协议转换模块相连接，用于根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。本发明的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统能在50Hz～2500Hz的频率范围内对全光纤电流互感器的性能进行准确的校验，校验精度高、操作简便，满足了实际工程需要，另外还能够对不同电流互感器校验系统的校验电源装置的选择具有指导意义。
附图说明

[0038] 通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

[0039] 图1为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统100的结构示意图；

[0040] 图2为根据本发明实施方式的电流相位示意图；

[0041] 图3为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统的实例图；

[0042] 图4为根据本发明实施方式的对全光纤电流互感器校验系统的一次回路的阻抗进行测试的示意图；

[0043] 图5为根据本发明实施方式的获取的比差值的结果示意图；

[0044] 图6为根据本发明实施方式的获取的角差值的结果示意图；以及

[0045] 图7为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法700的流程图。

具体实施方式

[0046] 现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

[0047] 除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

[0048] 图1为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统100的结构示意图。如图1所示，本发明的实施方式提供的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统，能在50Hz～2500Hz的频率范围内对全光纤电流互感器的性能进行准确的校验，校验精度高、操作简便，满足了实际工程需要，另外还能够对不同电流互感器校验系统的校验电源装置的选择具有指导意义。本发明的实施方式提供的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统100，包括：校验电源装置101、采集合并模块102、协议转换模块103和校验模块104。

[0049] 优选地，所述校验电源装置101，包括：依次连接并组成一次电流回路的信号发生单元1011、功率放大单元1012和宽频升流器1013，以及分别串联接入所述一次电流回路的标准互感器单元1014和全光纤电流互感器1015，所述校验电源装置101用于通过所述标准互感器单元1014输出校验电压信号；用于通过所述全光纤电流互感器1015输出第一电流幅值信息和第一电流相位信息。

[0050] 优选地，其中所述信号发生单元1011，用于发生频率可调的第一电压信号；所述功率放大单元1012，用于放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；所述宽频升流器1013，用于根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；所述全光纤电流互感器1015，用于根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；所述标准互感器单元1014，用于根据所述第一电流信号生成校验电压信号。

[0051] 在本发明的实施方式中，信号发生单元为信号发生器，功率放大单元为功率放大器。被测信号由信号发生器经功率放大器和宽频升流器后放大提供，标准互感器单元与全光纤电流互感器串联接入被测电流回路，其中全光纤电流互感器输出FT3信号经采集单元通过光纤传输到合并单元，通过协议转换器转换为TCP/IP信号，输入直流电子互感器校验仪。标准电流互感器的二次输出通过1Ω的标准电阻转化为电压信号输入直流电子互感器校验仪。依托于LabVIEW平台的直流电子互感器校验仪发出同步时钟信号保证全光纤电流互感器和标准互感器的输出信号同步，并通过编程计算得到比差、角差等误差信号。为提高测量准确度，选取预设个数为10个周期输出的比差值、角差值的平均值作为最终结果。

[0052] 作为互感器的校验系统的电源装置，电源发生器对电源的稳定性、波形畸变率及噪声要求很高，普通采用电力电子技术实现大容量谐波电源具有容量大的优点，但是由于其输出信号噪声太大，难以实现高准确度量值传递，同时，谐波电流源还具有带载能力弱，电源与一次回路不隔离的缺点。因此，在本发明的实施方式中，大功率谐波电源发生器采用信号发生器、功率放大器与升流器结合的方案,其中，信号发生器为功率放大器提供低畸变、频率可调的信号级输入，功率放大器对信号进行功率放大，升流器对功率放大器的输出电流进行扩展提供给电流比例标准。升流器的另一个作用是提供功率放大器与一次回路的隔离，消除功率放大器输出的直流偏置。

[0053] 在本发明的实施方式中，信号发生单元，其配置成生成频率可调的第一电压信号；功率放大单元，其基于所述第一电压信号功率放大以输出第二电压信号；宽频升流器，其配置成基于所述第二电压信号生成电流信号；其中，信号发生单元、功率放大单元和宽频升流器形成电流回路。其中，第一电压信号为低压高频电压信号，第二电压信号为高压高频电压信号，校验电压信号为低压高频电压信号，第一电流信号为10A-120A的大电流高频电流信号。宽频升流器的一次绕组匝数为20匝，二次绕组匝数为单匝。

[0054] 本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统还包括：电源模块，用于为所述标准互感器单元提供电源支撑。

[0055] 所述信号发生单元1011为单相动态波形功率源，其输出的信号包括直流、方波、三角波、正弦波或叠加最高129次的谐波的单相交直流电压或电流。所述信号发生单元1011可以为信号发生器，信号发生单元生成的第一电压信号包括0.001-5KHz频率范围内的交流电压。

[0056] 所述标准互感器单元1014，包括：标准互感器以及与所述标准互感器的二次侧串联的标准电阻；所述标准电阻采用锰铜材料制成。

[0057] 在进行宽频校验时，数字信号为FT3信号；所述数字信号包括：第一电流幅值信息和第一电流相位信息。标准电阻的阻值为1Ω，标准电阻采用锰铜材料制成。需要注意的是，标准互感器的二次侧不能开路，外壳接地。

[0058] 本发明通过信号发生单元、功率放大单元和宽频升流器形成电流回路能够为校验系统提供稳定性高、输出信号基本无噪声，能够实现高准确度量值传递，带载能力高且电流回路与一次回路隔离等优点，宽频升流器还提供功率放大器与一次回路的隔离，消除功率放大器输出的直流偏置，该校验系统在50Hz-2500Hz频率范围内能满足对全光纤互感器频率响应测试准确度的要求。

[0059] 在本发明的实施方式中，全光纤电流互感器的电流的比差值fI按下式定义：

[0060]

[0061] 其中，KI为电流互感器的额定电流比；I1为一次电流有效幅值；I2为二次电流有效幅值。

[0062] 角差值δI定义为一次电流相量与二次电流相量的相位差，单位为“ˊ”。如图2所示，相量方向以理想电流互感器的相位差为零来决定，当二次电流相量超前一次电流相量时，相位差为正，反之为负。相量图中先作出二次电流在二次负荷上的压降为再加上二次电流在二次内阻的压降得到铁芯磁通超前的相位90°，励磁电流又超前磁滞角ψ，和相加就是与幅值的误差就是比值差，而－与相位之差δ就是相位差。超前相位时为正，滞后为负。

[0063] 优选地，所述采集合并模块102，与所述校验电源装置101相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号。

[0064] 在本发明的实施方式中，采集合并模块包括：采集单元和合并单元，采集单元连接所述全光纤电流互感器，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息(合并后即数字信号)；合并单元，与所述采集单元相连接，用于对所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息进行合并处理，以获取数字信号。

[0065] 优选地，所述协议转换模块103，与所述采集合并模块102相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号。

[0066] 优选地，所述校验模块104，分别与所述校验电源装置101和协议转换模块103相连接，用于根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0067] 优选地，其中所述校验模块104，包括：同步单元1041和处理单元1042。

[0068] 优选地，所述同步单元1041，用于生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步。

[0069] 优选地，所述处理单元1042，用于根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息，并将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0070] 优选地，其中所述处理单元1042，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：

[0071] 根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0072] 优选地，其中所述处理单元1042，包括：数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

[0073] 在本发明的实施方式中，处理单元为直流电子式互感器校验仪，利用该直流电子式互感器校验仪即可对采集的信号进行处理，从而实现对全光纤电流互感器的校验。

[0074] 优选地，其中所述系统还包括：存储模块和无线通讯模块。优选地，所述存储模块，包括：至少一个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述无线通信模块，包括：无线局域网通信设备和/或移动通信网络设备，所述无线局域网通信设备包括：蓝牙、ZigBee和Wi-Fi通讯中的至少一个；所述移动通信网络设备包括：2G无线通信芯片、3G无线通信芯片和4G无线通信芯片中的至少一个。

[0075] 图3为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统的实例图。如图3所示，在本发明的实施方式中，用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统包括：依次连接并组成一次电流回路的信号发生器、功率放大器和宽频升流器，以及分别串联接入所述一次电流回路的标准互感器和全光纤电流互感器，在标准互感器的二次侧串联有标准电阻，该标准电阻的阻值为1Ω，并且由锰铜材料制成；所述信号发生器，用于发生频率可调的第一电压信号；所述功率放大器，用于放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；所述宽频升流器，用于根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；所述全光纤电流互感器，用于根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；所述标准互感器，用于根据所述第一电流信号生成校验电压信号；以及利用电源为标准互感器供电。采集合并模块包括：与全光纤电流互感器相连接，用于采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号。协议转换模块为协议转换器，与所述采集合并模块相连接，用于将所述数字信号转换为TCP/IP信号。校验模块，包括：同步单元和处理单元，处理单元即直流电子式互感器校验仪。

[0076] 在进行宽频校验时，同步单元生成的同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步，然后直流电子式互感器校验仪则根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息，并将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值，根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0077] 全光纤电流互感器因其测量准确度高、动态范围大的优势已得到广泛应用，但实际运行情况中测量高次谐波时全光纤电流互感器的准确度太低，为了适应目前电力系统测量更高次谐波的要求。本发明的对全光纤电流互感器校验系统的一次回路阻抗进行了分析测试，对电源装置的设计进行了优化，优化后的校验系统能准确的校验50Hz～2500Hz频率范围内全光纤电流互感器的计量性能。

[0078] 宽频校验试验中当频率较高时回路感抗会增大，可能会影响系统的输出能力，使得宽频校验系统输出频率范围达不到2500Hz。为了理解本发明的校验系统的电流回路，本文对一次回路的阻抗进行了实测分析。

[0079] 由于当频率较高时回路感抗会增大，可能会影响系统的输出能力，使得校验系统输出频率范围达不到2500Hz。因此，为了理解本发明的校验系统的电流回路，下面对一次回路的阻抗进行了实测分析。

[0080] 本发明实施方式的对全光纤电流互感器校验系统的校验电源装置的一次电流回路的阻抗进行测试的示意图如图3所示。在测试时，需要利用公式(1)和公式(2)计算矩形回路的理论电感，其中h为矩形回路的宽，W为矩形回路的长度，d为导线直径。利用公式(3)计算圆形回路的理论电感，其中D为回路等效直径，d为导线直径。理论计算的回路电感的数值如表1所示。

[0081]

[0082]

[0083]

[0084] 通过信号发生器对功率放大器输入不同频率的电压信号，相应的在一次电流回路中产生相应频率的电流。宽频升流器一次绕组匝数为20匝，二次绕组匝数为单匝。一根100A大电流导线构成了宽频升流器的二次绕组，其长度为5m，理论直流电阻为4.5mΩ，布置为一个直径约为1.6m的圆形。电阻R为一个高准确度宽频分流器(0.8V/100A)，其理论阻值为8mΩ，其杂散电容和电感在本试验中可忽略不计。U为宽频升流器二次输出电压，即一次电流回路电压，利用数字多用表测量其幅值。UR为电阻R的压降。将电压U、UR分别输入锁相放大器的参考输入端和单端输入，即可测得UR相对于U的相角差及其幅值，进而可计算一次电流回路的电流和电感。

[0085] 表1不同回路参数对应的回路理论电感

[0086]回路参数回路理论电感mH
圆形回路，D＝1.6m，d＝10mm 0.0052
矩形回路，W＝1.25m，h＝1.25m，d＝10mm 0.0048
矩形回路，W＝1.5m，h＝1m，d＝10mm 0.0047
矩形回路，W＝2m，h＝0.5m，d＝10mm 0.0043
矩形回路，W＝2.45m，h＝0.05m，d＝10mm 0.0023
矩形回路，W＝2.47m，h＝0.03m，d＝10mm 0.0018

[0087] 在对一次电流回路阻抗进行实测分析时，根据表2的试验数据，可计算回路电阻和电感如表3所示。由表3可见，在电流频率为2500Hz时，该回路的阻抗接近60mΩ，这是一个非常大的值，有可能影响校验系统的输出能力，使得宽频校验系统输出频率范围达不到2500Hz。为此将一次电流回路进行双绞处理，尽量减小回路面积，此时回路近似为矩形，重新进行以上试验，试验数据如表4所示，计算得回路电阻和电感如表5所示。由表5可见，回路电感减小了接近一半，在电流频率为2500Hz时，该回路的阻抗为33mΩ。从表3和表5可以看出，该回路阻抗在低频时主要取决于回路直流电阻的大小，在高频时则主要取决于回路感抗的大小。

[0088] 比较表1、表3和表5，回路电感理论值和实测值的最大误差约为20％，考虑到实际测量时的条件无法完全与理论假设相符，这个误差是可以接受的。表1的最后一行的回路参数即矩形回路宽度很小时大致等效于将回路导线双绞处理，即表5的情况，此时误差较小。由一次回路阻抗的实验测量可知，只要尽可能的减小一次电流回路的面积并进行导线双绞处理，全光纤电流互感器宽频校验系统的一次回路阻抗将达到最小值，因此，本发明的宽频校验系统就可以实现输出2500Hz一次电流的能力。

[0089] 在本发明的实施方式中，考虑到现有的电流发生器带载能力弱，输出频率范围小，输出信号噪声大，难以实现高准确度量值传递。因此，在本发明的实施方式中，校验系统选用信号发生器、功率放大器、宽频升流器的技术方案来提供大电流，组装而成的电流发生器系统带载能力强，输出频率范围大可达50Hz～2500Hz，可输出多种波形，适合于全光纤电流互感器宽频测量性能的校验系统。

[0090] 表2一次电流回路阻抗测试试验

[0091]电流频率Hz 回路电压UV 电阻压降mV 相角差° 回路电流A
50 0.39994 215.7 4.8 27.0
100 0.2003 106.99 9.52 13.4
200 0.2001 102.66 18.6 13.0
400 0.44843 200.6 34.04 25.4
800 0.62755 201.34 53.39 26.0
1600 1.08737 203.3 69.42 26.9
2500 1.58038 196.62 76.3 26.4

[0092] 表3一次电流回路阻抗测试试验(续)

[0093]

[0094]

[0095] 表4双绞一次电流回路阻抗测试试验

[0096]电流频率Hz 回路电压V 电阻压降mV 相角差° 回路电流A
50 0.36609 202.8 2.67 25.4
100 0.36698 202.6 5.19 25.3
200 0.37792 205.9 10.05 25.8
400 0.38483 200.3 19.4 25.2
800 0.45698 205.6 34.73 26.1
1600 0.64123 205.0 53.3 26.5
2500 0.8930 205.9 63.56 26.9

[0097] 表5双绞一次电流回路阻抗测试试验(续)

[0098]电流频率Hz 回路电阻mΩ 回路感抗mΩ 回路电感mH 回路阻抗mΩ
50 14.42 0.67 0.0021 14.44
100 14.43 1.31 0.0021 14.49
200 14.44 2.56 0.0020 14.67
400 14.43 5.08 0.0020 15.30
800 14.41 9.99 0.0020 17.53
1600 14.47 19.42 0.0019 24.22
2500 14.76 29.69 0.0019 33.15

[0099] 功率放大器的选型与一次电流回路阻抗有关。由一次回路阻抗的实验测量可知，只要尽可能的减小一次电流回路的面积并进行导线双绞处理，全光纤电流互感器宽频校验系统的一次回路阻抗将达到最小值33.15mΩ。

[0100] 为充分利用功放的电流输出能力，升流器的一次匝数设计为8匝，当二次侧电流为100A时，升流器二次回路电压为回路电流与回路阻抗的乘积，在2500Hz时，二次回路电压为
3.3V，此时一次回路电压为26.4V，电流为12.5A，可选用5kW的功率放大器。

[0101] 目前800kV直流输电系统和±500kV柔性直流输电系统额定电流为3000A左右，依照标准中电流的10％来校验，当待测电流为300A时，取导线截面积为180mm2，由式(1)，(2)可算得回路电感L＝1.37×10-3mH。升流器二次回路阻抗如式(4)所计算：

[0102]

[0103] 电流频率为2500Hz，考虑误差取一次电流回路阻抗为25mΩ，当升流器输出300A时，升流器二次单匝输出电压为7.5V，则升流器的一次绕组电压为60V，一次绕组电流为37.5A。即功率放大器的输出电压为60V，输出电流为37.5A，此时可选用5kW的功率放大器。

[0104] 目前1100kV直流输电系统额定电流为5000-6000A之间，依照标准中电流的10％来校验，当待测电流为600A时，取此时导线截面积为400mm2，由式(1)，(3)可算得回路电感L＝9.62×10-4mH。升流器二次回路阻抗如式(4)所计算：Z＝15.385mΩ。

[0105] 电流频率为2500Hz，考虑误差取一次电流回路阻抗为20mΩ，当升流器输出600A时，升流器二次单匝输出电压为12V，则升流器的一次绕组电压为96V，一次绕组电流为75A。即功率放大器的输出电压为96V，输出电流为75A，此时可选用两台5kW功率放大器并联的方式或者选择功率为10kW的功率放大器。

[0106] 在本发明的实施方式中，本校验系统的功率放大器采用AE Techron公司的7796功率放大器，它可提供最高达400Vrms的输出电压，20Hz-20kHz范围内输出信号的THD(谐波失真率)小于0.0015％。它可以采用电压或电流模式工作，可输出超过5000W的功率范围。它具有极低的噪声和快速的压摆率，可以安全地驱动各种电阻性电感负载。

[0107] 在本发明的实施方式中，信号发生器采用星龙科技公司的XL-221单相动态波形功率源，它可以输出单相交直流电压和电流，可输出直流、方波、三角波、正弦波、以及叠加最高129次的谐波，还具有自定义波形，各种类型的波形拼接输出等功能。它可用于需要复杂波形信号输出的场合，如互感器检测、谐波分析等。当输出交流信号时，可输出0.001-5KHz频率范围内的交流电压，稳定度和精度均可达到万分之五以内，可作为标准交流电压源。

[0108] 宽频升流器用于校验电流互感器时，作为供给电流互感器一次电流的电源或其它50Hz单相电流电源设备。可输出电流：10A～120A，允许额定电流下长期工作，允许过载1.5倍工作30分钟。

[0109] 在本发明的实施方式中，选用有源宽带电流互感器作为标准电流互感器，其频率范围为50Hz～2500Hz，准确级为0.002级，比被测全光纤电流互感器样机的准确度(0.2级)低2个数量级，可满足校验要求，达到校验效果。

[0110] 在本发明的实施方式中，数据采集单元硬件选用NI公司生产的NI PXIe-1062Q机箱，NI PXIe-1062Q 8槽机箱是为各种测试和测量应用程序设计，其高带宽背板可提供每插槽高达1GB/s的专用带宽以满足高效运转需要。同时其采样精度高，抗干扰能力强，工作时噪声低。

[0111] 将全光纤电流互感器接入校验系统，设定输入电流为100A(10％额定电流)，测量其在50Hz-2500Hz频率范围内的比差值和角差值的测量结果分别如图5和图6所示。

[0112] 由测量结果可知，在50Hz-2500Hz范围内，全光纤电流互感器样机的比差最大值为0.52％，角差最大值为54μs，满足国家标准《GB/T26216.1-2010高压直流输电系统直流电流测量装置第1部分：电子式直流电流测量装置》中规定：对于50-1200Hz的基波及谐波电流的测量，电子式直流电流测量装置的幅值误差不应超过0.75％，相角误差不应超过500μs。在
50-2500Hz范围内，该校验系统能满足对全光纤互感器频率响应测试准确度的要求。

[0113] 图7为根据本发明实施方式的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法700的流程图。如图7所示，本发明的实施方式提供的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法700从步骤701开始，在步骤701获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出第一电流幅值信息和第一电流相位信息。

[0114] 优选地，其中所述获取标准互感器单元输出的校验电压信号，以及全光纤电流互感器输出的第一电流幅值信息和第一电流相位信息，包括：信号发生单元发生频率可调的第一电压信号；功率放大单元放大所述第一电压信号，以获取第二电压信号；宽频升流器根据所述第二电压信号生成相应的第一电流信号；全光纤电流互感器根据所述第一电流信号生成所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息；标准互感器单元根据所述第一电流信号生成校验电压信号。

[0115] 在步骤702，采集所述第一电流幅值信息和第一电流相位信息并进行合并处理，以获取数字信号。

[0116] 在步骤703，将所述数字信号转换为TCP/IP信号。

[0117] 在步骤704，根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0118] 优选地，其中所述根据所述校验电压信号和TCP/IP信号分别获取不同频率范围内电流的比差值和角差值，以对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：

[0119] 生成同步时钟信号使所述标准互感器单元和所述全光纤电流互感器输出的信号同步；

[0120] 根据所述TCP/IP信号获取第一电流幅值信息和第一电流相位信息，根据所述校验电压信号获取第二电流幅值信息和第二电流相位信息；

[0121] 将所述第一电流幅值信息和第二电流幅值信息进行比较，以获取不同频率范围内电流的比差值；

[0122] 将所述第一电流相位信息和第二电流相位信息进行比较，以获取不同频率范围内的电流的角差值；以及

[0123] 根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0124] 优选地，其中所述根据所述比差值和角差值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验，包括：根据预设个数的周期内输出的电流的比差值和/或角差值的平均值对所述全光纤电流互感器进行宽频校验。

[0125] 本发明的实施例的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的方法700与本发明的另一个实施例的用于对全光纤电流互感器进行宽频校验的系统100相对应，在此不再赘述。

[0126] 已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

[0127] 通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

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