一种电流互感器校准系统及方法与流程

1.本发明涉及电流互感器校准领域，特别涉及一种电流互感器校准系统及方法。


背景技术：

2.按照计量法、各类管理标准的要求，需要对电流互感器这种强检计量器具依法开展周期性检定或校准。
3.互感器校验仪是用于检定或校准电流互感器的专用设备。传统互感器校验仪工作时，通过人工手动转动旋钮，观察交流指零仪指针，当指针趋近于零时，记录当前角差和比差。这种人工手动转动旋钮调零方式，虽然精度高，但是效率低，更不适合在带电条件下工作。现有方法难以保证具有高效率的前提下具有较高效率。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电流互感器校准系统，能够基于电流比较型互感器校验原理，采用程控精密分压和移相技术，通过软件算法自动调零完成自动校准。
5.本发明还提出一种上述电流互感器校准系统对应的方法。
6.根据本发明的第一方面实施例的电流互感器校准系统，包括：
7.取样电路，通过电流互感器对待检测设备的电流进行取样，获得取样电流；
8.精密分压单元，采用高精度数模转换器与微控制器单元连接，能够将取样得到的电流进行分压得到同向分量电流和正交分量电流；
9.移相单元，与所述精密分压单元相连，包括同相移相和正交移相，能够改变所述同向分量电流和所述正交分量电流的输出相角；
10.微控制器单元，通过控制所述移相单元和所述精密分压单元，调整同向分量电流和正交分量电流；
11.电压电流转换单元，能够将取样电流的输入电压量转换仪器可读的为电流量输出。
12.根据本发明实施例的电流互感器校准系统，至少具有如下有益效果：该系统基于电流比较型互感器校验原理，采用程控精密分压和移相技术，通过软件算法自动调零完成自动校准。将传统人工完成的校准过程自动化实现，提高了效率，降低了人力成本。
13.根据本发明的一些实施例，所述移相单元包括同向移相和正交移相，所述同向移相电路输出相位为0
°
或180
°
，程控切换；正交移相电路输出相位为90
°
或270
°
，程控切换。
14.根据本发明的一些实施例，所述精密分压单元的高精度数模转换器的位数大于12bit。
15.根据本发明的一些实施例，所述精密分压单元采用数模转换器的参考输入口作为信号输入，用数模转换器的数字输入口作为分压比例输入，输出值为分压后的电压值。
16.根据本发明的一些实施例，所述分压过程采用的分压公式为：
[0017][0018]
其中，uo为输出电压，ui为输入电压，di为输入数据，n为数模转换器的位数。
[0019]
根据本发明的第二方面实施例的
[0020]
电流互感器校准方法，其特征在于，包括：
[0021]
获取被检电流互感器的运行数据，得到取样电流；
[0022]
利用精密分压单元将所述取样电流进行分压，调整并记录同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件；
[0023]
改变电流的输出相角，重新对同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件。
[0024]
进一步地，所述校准条件为：
[0025][0026]
其中，为同向分量电流，为正交分量电流，为差电流。
[0027]
进一步地，根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述精密分压单元中的高精度数模转换器位数大于12bit。
[0028]
进一步地，所述精密分压单元采用数模转换器的参考输入口作为信号输入，用数模转换器的数字输入口作为分压比例输入，输出值为分压后的电压值。
[0029]
进一步地，其特征在于，所述分压过程采用的分压公式为：
[0030][0031]
其中，uo为输出电压，ui为输入电压，di为输入数据，n为数模转换器的位数。
[0032]
进一步地，所述方法的具体步骤包括：
[0033]
步骤1：将取样电流与待检测电流互感器接入同一节点，获取采样电流；
[0034]
步骤2：通过微控制器操作移相单元，使同向分量电流和正交分量电流输出相角为(0
°
,90
°
)；
[0035]
步骤3：通过微控制器控制精密分压单元，使得同向分量电流和正交分量电流输出幅值为满量程幅值，同步读取记录输出电压幅值；
[0036]
步骤4：令同向分量电流输出幅值减小，同步读取记录输出电压幅值，进入；
[0037]
步骤5：如果同向分量电流幅值大于0，则进入下一步；如果同向分量电流幅值等于0，则进入步骤7；
[0038]
步骤6：如果输出电压幅值相较之前幅值减小或不变，则令同向分量电流输出当前幅值，进入步骤4；如果输出电压幅值相较之前幅值增大，则令同向分量电流输出前一状态幅值，进入下一步。
[0039]
步骤7：令正交分量电流输出幅值减小，同步读取记录输出电压幅值，进入下一步；
[0040]
步骤8：如果正交分量电流幅值大于0，则进入下一步；如果正交分量电流幅值等于0，则进入步骤10；
[0041]
步骤9：如果输出电压幅值相较之前幅值减小或不变，则令正交分量电流输出当前幅值，进入步骤7；如果输出电压幅值相较之前幅值增大，则令正交分量电流输出前一状态幅值，进入下一步。
[0042]
步骤10：微控制器计算记录当前同相输出变换系数、正交输出变换系数和输出电压，进入下一步；
[0043]
步骤11：令同向分量电流和正交分量电流输出相角为(0
°
,270
°
)、(180
°
,270
°
)、(180
°
,90
°
)，分别重复步骤3-10，完成后，进入下一步；
[0044]
步骤12：比较找出4组数据最小输出电压，根据对应的输出变换系数、正交输出变换系数，计算出比差、角差，完成校准。
[0045]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0046]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0047]
图1为本发明实施例的针对带电条件下电流互感器校准系统的原理框图；
[0048]
图2为图1示出的电流互感器校准系统的精密分压单元原理框图。
具体实施方式
[0049]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0050]
为了保证电力系统的稳定运行，对电流互感器进行定期检定和校准是不可缺少的一个步骤，但是现有方式中，主要分为传统方式和人工方式，传统方式精度较低，人工方式虽然解决了精度问题，但是效率又难以提高。无法满足大规模电力系统的定期检修需求。为了解决现有技术的局限性，本发明提出了一种电流互感器校准系统以及方法，能够在保证精度的前提下，快速自动调零，实现自动校准。
[0051]
实施例一、
[0052]
参照图1，本发明的实施例提供了一种电流互感器校准系统，该系统至少包括以下几个部分：取样电路、移相单元、精密分压单元、微控制器(mcu)单元和电压电流转换单元。
[0053]
取样电路，参照图1，ctn为标准电流互感器，ct
x
为被检电流互感器，z为被检电流互感器的负载阻抗，r为工作电流取样电阻，r0为差电流取样电阻，通过电流互感器对待检测设备的电流进行取样，获得取样电流精密分压单元，由高精度数模转换器(dac)和微控制器组成，能够将取样得到的电流进行分压得到同向分量电流和正交分量电流，该单元的精度直接影响系统的校准精度。
[0054]
参照图2，u1和u2为高精度dac，位数要求大于12bit，位数越高分压精度越高；u3为mcu，也可用mpu(微处理器)或dsp(数字信号处理器)。基本原理是：用dac的参考输入口做信号输入，用dac的数字输入口做分压比例输入，则输出值为分压后电压值，分压公式为：
[0055][0056]
其中，uo为输出电压，ui为输入电压，di为输入数据，n为dac位数。
[0057]
当采用16位dac时，即n＝16，公式(1)可以表达为：
[0058][0059]
由公式(2)可知，分压分辨率为1/65536，满足高精度分压的条件。根据实验经验来说，只要n≥12，都可以称之为高精度分压。
[0060]
移相单元，与精密分压单元相连，分为同向移相和正交移相，改变所述同向分量电流和所述正交分量电流的输出相角。通常，同向移相电路输出相位为0
°
或180
°
，程控切换；正交移相电路输出相位为90
°
或270
°
，程控切换。
[0061]
微控制器(mcu)单元，通过控制上述移相单元和精密分压单元，调整和的值，当满足公式(3)时，即mcu单元读取的输出电压值趋近于0时，实现自动调零，系统完成自动校准。
[0062][0063]
其中，为同向分量电流，为正交分量电流，为差电流。
[0064]
通过校准，得出比差、角差公式如下所示：
[0065][0066][0067]
其中，kf为同相输出变换系数，k
δ
为正交输出变换系数。
[0068]
电压电流转换单元，能够将取样电流的输入电压量转换为仪器可读的电流量输出。
[0069]
实施例二、
[0070]
基于上述实施例一提供的电流互感器校准系统，本发明提供了一种电流互感器校准方法：
[0071]
该方法包括步骤：
[0072]
步骤s100、获取被检电流互感器的运行数据，得到取样电流；
[0073]
步骤s200、利用精密分压单元将所述取样电流进行分压，调整并记录同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件；
[0074]
步骤s300、改变电流的输出相角，重新对同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件。
[0075]
具体的，依据上述实施例的装置，该方法的步骤可以适应性的修改为：
[0076]
步骤1：将取样电流与待检测电流互感器接入同一节点，获取采样电流。
[0077]
步骤2：mcu程控移相单元，令输出相角为(0
°
,90
°
)；
[0078]
步骤3：mcu程控精密分压单元，令输出幅值为满量程幅值，同步读取记录u0幅值；
[0079]
步骤4：令输出幅值减小，同步读取记录u0幅值；
[0080]
步骤5：如果幅值大于0，则进入下一步；如果幅值等于0，则进入步骤7；
[0081]
步骤6：如果u0幅值相较之前幅值减小或不变，则令输出当前幅值，进入步骤4；如果u0幅值相较之前幅值增大，则令输出前一状态幅值，进入下一步。
[0082]
步骤7：令输出幅值减小，同步读取记录u0幅值，进入下一步；
[0083]
步骤8：如果幅值大于0，则进入下一步；如果幅值等于0，则进入步骤10；
[0084]
步骤9：如果u0幅值相较之前幅值减小或不变，则令输出当前幅值，进入步骤7；如果u0幅值相较之前幅值增大，则令输出前一状态幅值，进入下一步。
[0085]
步骤10：mcu计算记录当前kf,k
δ
,u0数据，进入下一步；
[0086]
步骤11：令输出相角为(0
°
,270
°
)、(180
°
,270
°
)、(180
°
,90
°
)，分别重复步骤3-10，完成后，进入下一步；
[0087]
步骤12：比较找出4组数据最小u0，根据对应的kf,k
δ
，按照公式(2-3)计算出比差、角差，完成校准。
[0088]
进一步地，本发明提出的方法可以基于上述实施例提供的
[0089]
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
[0090]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0091]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0092]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0093]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优
选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0094]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种电流互感器校准系统，其特征在于，包括：取样电路，通过电流互感器对待检测设备的电流进行取样，获得取样电流；精密分压单元，采用高精度数模转换器与微控制器单元连接，能够将取样得到的电流进行分压得到同向分量电流和正交分量电流；移相单元，与所述精密分压单元相连，包括同相移相和正交移相，能够改变所述同向分量电流和所述正交分量电流的输出相角；微控制器单元，通过控制所述移相单元和所述精密分压单元，调整同向分量电流和正交分量电流；电压电流转换单元，能够将取样电流的输入电压量转换为仪器可读的电流量输出。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述移相单元包括同向移相和正交移相，所述同向移相电路输出相位为0
°
或180
°
，程控切换；正交移相电路输出相位为90
°
或270
°
，程控切换。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述精密分压单元的高精度数模转换器的位数大于12bit。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述精密分压单元采用数模转换器的参考输入口作为信号输入，用数模转换器的数字输入口作为分压比例输入，输出值为分压后的电压值。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述分压过程采用的分压公式为：其中，u
o
为输出电压，u
i
为输入电压，d
i
为输入数据，n为数模转换器的位数。6.一种电流互感器校准方法，其特征在于，包括：获取被检电流互感器的运行数据，得到取样电流；利用精密分压单元将所述取样电流进行分压，调整并记录同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件；改变电流的输出相角，重新对同向分量电流、正交分量电流使其满足校准条件。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述校准条件为：其中，为同向分量电流，为正交分量电流，为差电流。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述精密分压单元中的高精度数模转换器位数大于12bit。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述精密分压单元采用数模转换器的参考输入口作为信号输入，用数模转换器的数字输入口作为分压比例输入，输出值为分压后的电压值。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述分压过程采用的分压公式为：其中，u
o
为输出电压，u
i
为输入电压，d
i
为输入数据，n为数模转换器的位数。11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法的具体步骤包括：
步骤1：将取样电流与待检测电流互感器接入同一节点，获取采样电流；步骤2：通过微控制器操作移相单元，使同向分量电流和正交分量电流输出相角为(0
°
,90
°
)；步骤3：通过微控制器控制精密分压单元，使得同向分量电流和正交分量电流输出幅值为满量程幅值，同步读取记录输出电压幅值；步骤4：令同向分量电流输出幅值减小，同步读取记录输出电压幅值，进入；步骤5：如果同向分量电流幅值大于0，则进入下一步；如果同向分量电流幅值等于0，则进入步骤7；步骤6：如果输出电压幅值相较之前幅值减小或不变，则令同向分量电流输出当前幅值，进入步骤4；如果输出电压幅值相较之前幅值增大，则令同向分量电流输出前一状态幅值，进入下一步。步骤7：令正交分量电流输出幅值减小，同步读取记录输出电压幅值，进入下一步；步骤8：如果正交分量电流幅值大于0，则进入下一步；如果正交分量电流幅值等于0，则进入步骤10；步骤9：如果输出电压幅值相较之前幅值减小或不变，则令正交分量电流输出当前幅值，进入步骤7；如果输出电压幅值相较之前幅值增大，则令正交分量电流输出前一状态幅值，进入下一步。步骤10：微控制器计算记录当前同相输出变换系数、正交输出变换系数和输出电压，进入下一步；步骤11：令同向分量电流和正交分量电流输出相角为(0
°
,270
°
)、(180
°
,270
°
)、(180
°
,90
°
)，分别重复步骤3-10，完成后，进入下一步；步骤12：比较找出4组数据最小输出电压，根据对应的输出变换系数、正交输出变换系数，计算出比差、角差，完成校准。

技术总结
本发明公开了一种电流互感器校准系统，并公开了电流互感器校准系统的对应方法，其中电流互感器校准系统基于电流比较型互感器校验原理，采用程控精密分压和移相技术，通过软件算法自动调零完成自动校准，提高了高精度互感器校准条件下的工作效率，降低了人力成本。降低了人力成本。降低了人力成本。


技术研发人员：张军 王斌武 汪泉 赵乾丞 陈卓 方田 祁欣 周峰 雷民 殷小东 余也凤 刘俊杰 易姝慧 刘俭 王健
受保护的技术使用者：国家电网有限公司 国网上海市电力公司
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/12