一種基於iec61850標準的電流互感器校驗儀的製作方法

2023-05-19 21:11:26

專利名稱：一種基於iec 61850標準的電流互感器校驗儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電流互感器校驗儀，特別是一種採用同步採樣、時間一致性 好和IEC 61850標準輸出的電流互感器校驗儀裝置。
背景技術：
電子式電流互感器在現場長期工作過程中，其性能指標由於環境因素的影響而改 變，因此，必須研製電子式電流互感器校驗儀裝置，對現場的電子式電流互感器進行定期校 驗，以修正其測量參數，保障其長期穩定的工作。目前，傳統的採用模擬電橋的方法來得到電流互感器的比差和相差的電流互感器 校驗儀不能用於校驗數字式電流互感器。其次，現有的數字式電流互感器校驗儀在校驗過 程中，存在數據傳輸延時以及器件固有延時，為簡化設計，通常忽略同步之後的額外時間延 遲，導致校驗結果不準。此外，現有數字式電流互感器校驗儀的數據輸入輸出格式均由廠家 自行定義，設備之間兼容性較差。

實用新型內容本實用新型的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供了一種時間一致性好、 通用性強的採用基於IEC 61850標準的電流互感器校驗儀。本實用新型的技術解決方案是一種基於IEC 61850標準的電流互感器校驗儀， 包括電阻、A/D轉換器、同步單元、處理單元和IEC61850標準收發單元；IEC61850標準收發 單元接收變電站主時鐘輸出的IEEE1588同步報文，並將所述IEEE1588同步報文直接送至 同步單元，變電站主時鐘輸出的Ipps同步信號或者IRIG-B同步信號直接輸入至同步單元； 當有且僅有一種同步信號有效時，同步單元同步本地時鐘並向處理單元輸出同步信息；處 理單元根據所述同步信息產生同步採樣脈衝和A/D採樣脈衝，待測電流互感器的電流經同 步採樣脈衝採樣後送至處理單元，標準電流互感器的電流經電阻轉換為電壓後由A/D轉換 器按照A/D採樣脈衝進行採樣並送至處理單元；處理單元從採樣電壓中獲取標準電流互感 器的電流，並將標準電流互感器的電流及對應的採樣時間Tm以及待測電流互感器的電流及 對應的採樣時間Ts共同發送至IEC61850標準收發單元；IEC61850標準收發單元將接收到 的數據按照IEC 61850-9-1標準或者IEC 61850-9-2標準進行組幀後輸出至外部。所述的採樣時間Ts大於採樣時間Tm。所述的採樣時間 Ts = Timestamp/Entrytime-tb，其中 Timestamp/Entrytime 為處 理單元接收到待測電流互感器電流採樣值的本地時間，tb為待測電流互感器傳輸電流採樣 值所需的時間。所述的採樣時間Tm = Timestamp/Entrytime-ts-tb+tm, tm為標準互感器輸出的採 樣時間、ts為待測電流互感器的採樣時間，Timestamp/Entrytime為處理單元接收到待測電 流互感器電流採樣值的本地時間，tb為待測電流互感器傳輸電流採樣值所需的時間。所述的電阻的阻值為0. 5歐姆，精度為0. 1%，溫度穩定性為10ppm/K。[0010]所述的A/D轉換器的線形度為0. 05%，重複性為0. 05%，輸出數據位數16bit。本實用新型與現有技術相比的優點是(1)本校驗儀兼容數位化變電站常用的三種同步對時方式，對lpps、IRIG-B輸入信號採用數字同步濾波以及似然性檢測技術提高信號抗幹擾能力；(2)本校驗儀採用先同步成功再開始工作的方式，對標準電流互感器和待測電流 互感器進行同步採樣並準確計算標準電流互感器和待測電流互感器的採樣時間，時間一致 性好；(3)所有傳輸數據均採用數位化變電站所應用的相關標準規定的標準數據結構， 其中待測電流互感器輸入的SAV值遵循IEC 60044-8 2002 (GB/T20840. 8 2007)標準數 據結構，輸出數據遵循 IEC 61850-9-1 2003 (DL/T860. 91)或 IEC 61850-9-2 2004 (DL/T 860. 92)標準數據結構，通用性強。

圖1為本實用新型的結構原理圖；圖2是本實用新型的處理單元結構示意圖；圖3為本實用新型的IEC 61850標準收發單元結構示意圖；圖4為本實用新型的IEEE 1588同步報文收發方式示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型由高精度電阻1、A/D轉換器2、同步單元3、處理單元4、 IEC61850標準輸出單元5構成。標準電流互感器6的輸出端與高精度電阻1的一端連接， 高精度電阻1的另一端與A/D轉換器2連接，A/D轉換器2與處理單元3連接，待測電流互 感器7與處理單元4連接，處理單元4與IEC61850標準輸出單元5連接，IEC61850標準輸 出單元5與同步單元3連接、同步單元3與處理單元4連接。同步單元3兼容現有的lpps、IRIG-B和IEEE1588三種同步方式，同步單元採用 FPGA實現，在FPGA內部，對lppS、IRIG_B輸入信號進行數字同步濾波以及似然性檢測。同 步單元3等待變電站主時鐘輸入的Ipps或IRIG-B同步信號，或者經由IEC61850標準輸出 單元5接收變電站主時鐘輸入的IEEE1588的同步報文。若且唯若一種同步信號有效時，同 步單元3使能處理單元4，並將同步後的本地時鐘信息一併發送給處理單元4。處理單元4 依據同步單元3發送的同步後的本地時鐘信息產生待測電流互感器同步採樣脈衝和A/D採 樣脈衝，使待測電流互感器7和A/D轉換器2按照同步狀態進行工作。A/D轉換器2依照處 理單元4發送的A/D採樣脈衝，對高精度電阻1的電壓值進行採樣，並等待處理單元4進行 讀取，處理單元4讀取到A/D轉換器2的採樣值後，根據高精度電阻1的阻值即可換算出進 入高精度電阻1的電流值，即標準電流互感器6輸出的電流值。待測電流互感器7依據處 理單元4發送的待測電流互感器同步採樣脈衝進行採樣工作，並將採樣值發送到處理單元 4。處理單元4接收完成後，將相對應的A/D轉換器2的採樣值和對應的採樣時間進行整合 後，一併發送給IEC 61850標準收發單元5。IEC 61850標準收發單元5將接收到的數據按 照 IEC 61850-9-1 :2003(DL/T 860. 91)或 IEC 61850-9-2 :2004 (DL/T 860. 92)標準進行 組幀，並經由100BASE-TX或100BASE-FX接口進行發送。[0021]本實用新型系統整體是基於同步完成後開始工作，即本地時鐘已完成同步，A/D採 樣脈衝和待測電流互感器同步採樣脈衝均為處理單元4基於同步信息所產生的，這樣在採 樣起始前即經過同步信息同步，避免了在非同步系統採樣完成後再進行同步所引入的延時 誤差，提高了有關數據的可對比性，和採樣數據所對應時間的準確性。A/D轉換器2的採樣值和待測電流互感器7發送的電流採樣值(SAV)之間的相位 延時取決於標準互感器的採樣時間tm、待測互感器的採樣時間ts、以及待測互感器傳輸電 流採樣值所需的時間tb = Nbit/baudrate，其中Nbit為SAV值傳輸幀的總位數，bandrate為 SAV值傳輸時所使用的波特率，處理單元4從產生採樣脈衝到接收到所對應的SAV值的時 間大於讀取相應A/D採樣值的時間，在IEC61850標準收發單元組幀的過程中使用的是接 收到SAV值時的時標Timestamp/Entrytime。SAV值對應的本地時間為Ts = Timestamp/ Entrytime-tb, A/D 採樣值對應的本地時間為 Tm = Timestamp/Entrytime-ts_tb+tm。高精度電阻1的阻值為0. 5歐姆，精度0. 1%，溫度穩定性10ppm/K。A/D轉換器2 的線形度0. 05 %，重複性0.05%，輸出數據位數16bit。以保證標準互感器數據的採集精度 和長期穩定性。同步單元3採用FPGA實現，在FPGA內部，對lppS、IRIG_B輸入信號進行數字同步 濾波以及似然性檢測，FPGA選用ALTERA公司的EP2C8Q208I8N。處理單元的結構如圖2所示，基於FPGA設計的數據讀取器41、SAV脈衝發生器42、 串行接收器43、A/D脈衝發生器44、同步信息處理模塊45、整合模塊46。系統啟動後，同步 信息處理模塊45等待同步單元3發送的同步成功信號、及同步後的本地時鐘信息，當收到 同步信息處理模塊45的相關信息後，同步本地時鐘，使能SAV脈衝發生器42和A/D脈衝發 生器44，串行接收器43接收待測互感器7發送的SAV值，加入時標(Timestamp/Entrytime) 後發送給整合模塊46，數據讀取器41讀取A/D轉換器2的採樣值，並發送給整合模塊46， 整合模塊46在接收到相關數據後進行數據拼接整合，發送給IEC61850標準收發單元5。圖3為本實用新型的IEC 61850標準收發單元結構示意圖，包括DSP51、網絡控制 器52、基於FPGA設計的同步協調模塊53。系統使能前，網絡控制器52監聽網絡上是否有 IEEE 1588標準所規定的網絡時鐘同步報文，當接收到同步報文後，由同步協調模塊53驅 動網絡控制器52完成IEEE 1588網絡時鐘同步的相關報文發送及接收，同步過程如圖4所 示。圖4中，變電站主時鐘以廣播方式發布同步報文SYNC，等SYNC報文發出後，主時鐘發送 準確記錄SYNC報文發送時間的Follow-Up報文，從時鐘通過記錄報文接收的準確時間計算 主時鐘和從時鐘之間的時間偏移量；從時鐘通過向主時鐘發送延遲請求報文Delay-Req， 並接收主時鐘的延遲響應報文Delay-Resp，計算出網絡延時，以此實現主從時鐘同步。完成IEEE 1588標準同步後，同步協調模塊53將相關同步信息發送給同步單元 3，由同步單元完成相關同步設定。系統使能後，DSP51接收到處理單元4發送的帶有時標 的整合數據後，將依據 IEC 61850-9-1 2003 (DL/T860. 91)或 IEC 61850-9-2 :2004(DL/T 860. 92)標準進行組幀。本實用新型說明書中未作詳細描述的內容屬本領域技術人員的公知技術。
權利要求一種基於IEC 61850標準的電流互感器校驗儀，其特徵在於包括電阻(1)、A/D轉換器(2)、同步單元(3)、處理單元(4)和IEC61850標準收發單元(5)；IEC61850標準收發單元(5)接收變電站主時鐘輸出的IEEE1588同步報文，並將所述IEEE1588同步報文直接送至同步單元(3)，變電站主時鐘輸出的1pps同步信號或者IRIG B同步信號直接輸入至同步單元(3)；當有且僅有一種同步信號有效時，同步單元(3)同步本地時鐘並向處理單元(4)輸出同步信息；處理單元(4)根據所述同步信息產生同步採樣脈衝和A/D採樣脈衝，待測電流互感器(7)的電流經同步採樣脈衝採樣後送至處理單元(4)，標準電流互感器(6)的電流經電阻(1)轉換為電壓後由A/D轉換器(2)按照A/D採樣脈衝進行採樣並送至處理單元(4)；處理單元(4)從採樣電壓中獲取標準電流互感器(6)的電流，並將標準電流互感器(6)的電流及對應的採樣時間Tm以及待測電流互感器(7)的電流及對應的採樣時間Ts共同發送至IEC61850標準收發單元(5)；IEC61850標準收發單元(5)將接收到的數據按照IEC 61850 9 1標準或者IEC 61850 9 2標準進行組幀後輸出至外部。
2.根據權利要求1所述的一種基於IEC61850標準的電流互感器校驗儀，其特徵在於 所述的電阻(1)的阻值為0. 5歐姆，精度為0. 1%，溫度穩定性為10ppm/K。
3.根據權利要求1所述的一種基於IEC61850標準的電流互感器校驗儀，其特徵在於 所述的A/D轉換器(2)的線形度為0.05%，重複性為0.05%，輸出數據位數16bit。
專利摘要一種基於IEC 61850標準的電流互感器校驗儀，由高精度電阻、高精度A/D、同步單元、處理單元、IEC61850標準收發單元組成。同步單元確認外部輸入的同步信號1pps或IRIG-B或IEEE 1588有且僅有一路有效後，依據經過同步的本地時鐘，產生待測互感器同步採樣脈衝和高精度A/D同步採樣脈衝，標準互感器的電流經高精度電阻轉換為電壓值後供高精度A/D進行採樣。處理單元同步讀取待測互感器發送的電流採樣數據和高精度A/D的採樣數據並將數據交由IEC61850標準輸出單元完成同步數據的裝幀及發送，在裝幀過程中加入相應的時標。本實用新型具有時間一致性好，通用性強的特點。
文檔編號G01R35/02GK201740861SQ20092024677
公開日2011年2月9日 申請日期2009年11月2日 優先權日2009年11月2日
發明者任楠楠, 劉東偉, 孫徵宇, 張志鑫, 李永兵, 王利清 申請人:南瑞航天(北京)電氣控制技術有限公司