[发明专利]一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法

说明书

本发明公开了一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法，本方法提出了一种基于数字微差法的模拟量适用于合并单元校验仪的溯源系统，通过构建具有叠加微差功能的0.02级标准合并单元，实现基于数字微差的溯源方法，本方法包含有一种基于Hilbert变换的相位微差算法，该算法在频率偏移、含有谐波等各种常见参比条件综合影响下，具有优于10^‑10分的移相精度，且不影响幅值，使用数字微差法能够为0.05级及以下精度等级的合并单元校验仪提供溯源，优点：该方法采用数字算法实现微差叠加，简化了硬件结构，稳定性好，不易受环境影响，算法精度高，具有较好的工程应用价值。

技术领域

本发明属于数字化电能表校验技术领域，具体涉及一种基于数字微差法的 模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法。

背景技术

目前，其模拟量输入合并单元校验仪原理为：

模拟量输入合并单元校验仪主要由标准功率源、同步时钟源、标准信号变 换器、同步A/D采样器和计算单元构成，其结构如图2所示，标准功率源在不 同测试点输出两路相同的模拟信号，一路送给被测合并单元，一路送给合并单 元校验仪。被测合并单元校验仪与标准A/D采样器同时接收同步秒脉冲信号 (PPS)进行同步采样，输入信号经过标准信号变换器变换后，被标准A/D采样 器同步采样为标准通道数字信号。被测通道数据为被测校验仪发出的符合 IEC61950-9-2的以太网报文，由基于虚拟仪器的计算机或DSP构成的计算单元 使用快速傅里叶算法(FFT)计算出标准通道电压幅值和被检通道电压幅值、标 准通道电压相位和被检通道电压相位。两路数字信号的比值误差与相位误差分 别为：和由其工作原理可知，合并单元校验仪 校验结果的误差主要来源于两部分，分别为硬件系统误差和软件(即算法)误 差。硬件系统误差主要包括标准信号变换器和A/D采样器带来的误差；算法误 差来源于各种加窗FFT算法对频谱泄漏和栅栏效应的抑制程度不同，其精度也 有所不同。

目前的合并单元校验仪溯源方法：

目前使用的合并单元校验仪溯源方法是在传统的互感器校验仪整检装置的 基础上组合标准A/D采样器和基于计算机的IEC61850-9-2协议转换以及报文发 送装置构成，可以称之为模拟微差法。互感器校验仪整检装置的工作回路能够 输出一路试验电压或电流向量，同时误差回路能够输出一路可调节幅值和相位 的标准误差电压或电流向量，以电压通道校准为例，原理如图3。

校准时，互感器校验仪整体检定装置输出一路试验电压给合并单元校验仪 的模拟量输入标准通道，另一路将在试验电压上叠加了误差电压信号的之后的 模拟量送给标准A/D采样器，并将采样值按照符合IEC61850-9-2协议格式组帧 并发送给被检校验仪。在极坐标下，被测合并单元校验仪计算得到的误差与两 路信号相差已知的标准比差与角差相比较就可以获得被测合并单元校验仪的误 差。

该溯源方法以传统互感器校验仪的直角坐标系测差法为基础，其测试方法 研究和产品研制都比较成熟。然而，合并单元校验仪与传统互感器校验仪在信 号输入和校验原理上已经有了极大的差异。合并单元校验仪被测输入通道为符 合IEC61850的数据帧，其采用极坐标下直接测量法，如果仍采用传统的直角坐 标系测差法整体检定装置，一定程度上将引入不小的理论误差。

此外，模拟微差源中的关键部分功率放大器工作时不可避免会产生较大的 耗散功率，影响其自身和周边器件的工作性能，造成输出电压电流的不稳定， 受温漂和时漂的影响，器件参数会发生变化，导致性能发生变化，微差量输出 精度难以保证。同时，采用高精度的模拟器件成本将大大提高。所以针对合并 单元校验仪的发展特点提出数字微差法。

发明内容

本发明的一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方法， 该方法采用数字算法实现微差叠加，简化了硬件结构，稳定性好，不易受环境 影响，算法精度高，具有较好的工程应用价值。

本发明的一种基于数字微差法的模拟量输入合并单元校验仪溯源的方 法，具体步骤如下：