[发明专利]一种基于TDC的电子式互感器校验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于TDC的电子式互感器校验系统及方法，属于智能电网仪器设备测试领域。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，电力系统的规模不断增大，变电站建设和改造速度随之加快，以现代化数字技术做支撑的数字化变电站成为发展趋势。大量电子式测量设备使用于数字化变电站，典型的例如电子式电流互感器（ECT）和电子式电压互感器（EVT）等。这些测量设备按照检定规程，需要定期检定或校验，以确保测量的准确性。根据电子式互感器现场校验规范，新投运的电子式互感器校验周期为1年，实际可能更短，每年有大量的电子式测量设备需要检定或校验。

国内外对电子式互感器校验的研究已经做了很多工作，开发出来的电子式互感器校验平台也有很多。电子式互感器校验系统根据A/D转换单元的区别，分为嵌入式A/D方案和采集卡方案。嵌入式A/D方案即使用A/D转换芯片实现模数转换，采集卡方案即使用采集卡（如NI公司的采集卡）实现模数转换。

嵌入式A/D方案的校验系统虽然优点很突出，例如其体积小、成本低，但其设计复杂度高，调试难度大，稳定性相对较差。目前市面上的校验系统多为嵌入式A/D方案，例如某科技公司的XL807电子式互感器校验仪。相比之下，使用采集卡方案虽然成本相对较高，但采集卡具有集成度高、精度高、性能稳定可靠等优点，结合当前的虚拟仪器技术，能快捷搭建高精度、高稳定性的电子式互感器校验平台。

众所周知，基于比对原理的校验，其重要内容之一就是标准路信号与被校路信号同步采样。如图1所示为模拟输出电子式电流互感器校验原理图，其标准路信号和被校路信号就通过内同步模块控制完成同步采样。然而，目前的主流采集卡均不能做到严格的同步触发采样，存在采样延时的问题。在论文《An accurate system for onsite calibration of electronic transformers with digital output》中，虽然提到的一种新型同步方式，克服了采集卡不能严格同步的缺点，但引起的另外一个问题是只能由校验系统发出同步信号对被校设备进行同步。基于采集卡的校验系统，在接收外部同步信号时，采样会存在采样延时，其相位测量必然存在误差，从而使得角差校验不准确。如图2所示，假设采集卡的采样时钟为4kHz，那么从接收到触发采样信号到开始采样的最大延时Δt为采样时钟的一个周期即250us。以50Hz工频为例，250us引起的角差约为270分。故使用采集卡构建的校验平台如果不对采样卡的采样延时误差做校正，会引起相位测量偏差，具体的采样时间延时1us对应相位滞后1.08分。在用于谐波准确度测试时，则这以影响更为明显。例如在10次谐波条件下，1us时间差对应10.8分角差，谐波次数越高，这种影响越大。

综上所述有必要针对使用非同步采集卡构建的校验系统，其存在相位测量误差这一问题，提出一种基于TDC的高精度电子式互感器校验系统。

发明内容

本发明提供了一种基于TDC的电子式互感器校验系统及方法，解决了使用非同步采集卡构建的校验系统存在相位测量误差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于TDC的电子式互感器校验系统，包括标准电磁式互感器、标准信号交换器、采集卡、同步时钟、TDC单元、计算机；所述标准信号交换器接收标准电磁式互感器输出的模拟电压或电流信号，并将模拟电压或电流信号转换为能被采集卡接收的模拟电压信号；所述同步时钟向采集卡、TDC单元和被校电子式互感器发送同步采样触发信号；所述采集卡接收模拟电压信号，接收同步时钟发出的同步采样触发信号，采集卡对标准模拟电压信号进行采样，转换为数字电压信号，并将采样结果发送给计算机；所述TDC单元接收同步时钟发出的同步采样触发信号，接收采集卡的采样时钟，根据采样时钟和同步采样触发信号测量采集卡触发采样到开始采样的延时时间，并将延时时间发送给计算机；所述计算机接收采集卡发送的采样数据、被校电子式互感器发送的采样数据以及TDC单元发送的延时时间，根据采集卡的采样数据和被校电子式互感器发送的采样数据计算出比差和角差，根据测量的延时时间对角差进行校正。

根据延时时间对角差校正的方法为，在原有的角差基础上减去由采样延时引起的最大角差具体的角差校正量计算方法为

其中，T为采样信号周期；Δt为TDC单元测量的采样延时时间。

所述TDC单元以接受到同步采样触发信号和紧跟着同步采样触发信号之后的第一个采样时钟作为控制计时的起止信号。

所述采集卡为24位采集卡。