專利名稱：同步相量測量裝置的性能測試方法及測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于GPS衛(wèi)星同步、高頻錄波與時域波形分析相結(jié)合的試驗方法，用于測試同步相量測量裝置(PMU)裝置的測試精度。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的相角測量一般都是以一相電壓力基準的相對相角、PUM裝置測試以50Hz旋轉(zhuǎn)相量為坐標的絕對相角。由于絕對相角的意義的特殊性，絕對相角精度測試一般采用多臺裝置同點互校的方法。近年來有利用錄波器進行絕對相角精度測試的方法，但是存在以下幾個問題1.由于采用頻率低、同步精度差、錄波器存在相移等原因，使絕對相角測試精度低；2.沒有能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)絕對相角測試精度校核的方法，而動態(tài)測試功能恰恰是PMU裝置的主要優(yōu)勢和優(yōu)點；3.沒有能夠?qū)崿F(xiàn)多種方式下絕對相角測試校核的方法；于是就需要一種新的測試PMU性能的方法可以克服上述測試方法的各種缺點。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明提供一種針對同步相量測量裝置(PMU)同步動態(tài)測量絕對相角的特點，結(jié)合GPS衛(wèi)星同步、高頻錄波與時域波形分析的測試方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種同步相量測量裝置的性能測試方法，針對同步相量測量裝置同步動態(tài)測量絕對相角的特點，結(jié)合GPS衛(wèi)星同步、高頻錄波與時域波形分析，所述方法包括如下步驟a.交流信號源向同步相量測量裝置和錄波器同時輸入三相交流電壓和三相交流電流，一脈沖發(fā)生器同時模擬發(fā)電機功角的脈沖，再將標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號同時輸入給所述錄波器；b.所述同步相量測量裝置在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和模擬發(fā)電機的功角Φ0；c.所述錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形，利用PPS信號、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模擬發(fā)電機的功角標準值Φ0’，計算同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差；d.按指定的時間間隔測量1秒鐘內(nèi)同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差；e.所述交流信號源產(chǎn)生不同的交流信號重復進行上述步驟a-d的測試。
在本發(fā)明的同步相量測量裝置的性能測試方法中，所述步驟c中同步相量測量裝置絕對相角和交流信號源功角測試誤差計算如下Φua0’＝360°-360°×N/N0Φ0’＝360°×N1/N0-Φ其中，N是測試時刻a相電壓的采樣點至正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N0是a相電壓相鄰兩個正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N1是測試時刻a相電壓的采樣點至鍵相脈沖信號之間的采樣點數(shù)，Φ為交流信號源空載時測得到的功角。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述交流信號源包括三相電壓和三相電流，所述步驟e中產(chǎn)生不同的交流信號包括使用發(fā)電機產(chǎn)生頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號；所述交流信號源還包括一數(shù)字模擬系統(tǒng)，所述步驟e中產(chǎn)生不同的交流信號還包括產(chǎn)生單機—無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下的交流信號。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述錄波器為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
本發(fā)明的同步相量測量裝置的性能測試方法測量的絕對相角精度在0.1°以下。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種同步相量測量裝置的性能測試系統(tǒng)，包括GPS衛(wèi)星接收天線，接收GPS信號；標準GPS校驗時鐘，連接到GPS衛(wèi)星接收天線，產(chǎn)生標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號；錄波器，連接到標準GPS校驗時鐘接收PPS和PPM信號；交流信號源，產(chǎn)生交流信號，連接到錄波器；脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖，模擬發(fā)電機的鍵相脈沖信號；同步相量測量裝置，包括交流電壓和電流輸入口，連接到所述交流信號源接收交流信號輸入，還連接到錄波器接收PPS和PPM信號；開關(guān)量輸入口，連接到交流信號源接收開關(guān)量；鍵相信號輸入口，連接到脈沖發(fā)生器接收脈沖信號；GPS信號輸入口，連接到GPS衛(wèi)星接收天線接收GPS信號。
其中，所述交流信號源輸出三相交流電壓和三相交流電流至錄波器和同步相量測量裝置，脈沖發(fā)生器輸出模擬發(fā)電機鍵相信號的脈沖、標準GPS校驗時鐘輸出PPS信號和PPM信號至錄波器；同步相量測量裝置在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和交流信號源的功角Φ0；錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形并利用PPS信號、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模擬發(fā)電機的功角標準值Φ0’，計算同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述同步相量測量裝置還包括網(wǎng)卡、RS485/232、以及連接顯示終端的顯示終端接口；所述交流信號源包括三相電壓信號和三相電流信號，可產(chǎn)生頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號；所述交流信號源還包括一數(shù)字模擬系統(tǒng)，可產(chǎn)生單機—無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下的交流信號；所述錄波器為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，該種同步相量測量裝置的性能測試方法及測試系統(tǒng)提高了PMU裝置測試的精度，解決了對裝置進行動態(tài)測試的要求，兼顧了頻率變化、系統(tǒng)振蕩、短路、疊加諧波等多種方式，還可以形成了系統(tǒng)的PMU裝置性能測試大綱。


本發(fā)明上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢將在下面結(jié)合附圖和實施例進一步描述，在附圖中相同的附圖標記始終表示相同的特征，其中，圖1是根據(jù)本發(fā)明的同步相量測量裝置的性能測試方法的一實施例的流程圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的同步相量測量裝置的性能測試系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一實施例的絕對相角標準值計算方法示意圖。
具體實施例方式
下面進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
首先參考圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的同步相量測量裝置的性能測試方法的一實施例的流程圖。本發(fā)明提供了一種PMU的性能測試方法，其中，針對PMU同步動態(tài)測量絕對相角的特點，結(jié)合GPS衛(wèi)星同步、高頻錄波與時域波形分析。本發(fā)明的方法包括如下的步驟a.利用交流信號源，例如，一發(fā)電機向PMU裝置和無相位改變環(huán)節(jié)的高采樣頻率錄波器同時輸入三相交流電壓和三相交流電流，用脈沖發(fā)生器同時輸入同頻率的脈沖，再將標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號同時輸入給錄波器；需要說明，本發(fā)明中使用的錄波器為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
b.用PUM裝置在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和發(fā)電機的功角Φ0；c.用錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS、PPM和脈沖波形，利用PPS、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和發(fā)電機的功角標準值Φ0’，計算PMU裝置絕對相角和發(fā)電機功角測試誤差；其中N是測試時刻a相電壓的采樣點至正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N0是a相電壓相鄰兩個正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N1是測試時刻a相電壓的采樣點至鍵相脈沖信號之間的采樣點數(shù)，Φua0’＝360°-360°×N/N0(正弦相量)Φ0’＝360°×N1/N0-Φ(正弦相量)其中Φ為發(fā)電機空載時測得到的功角；d.按指定的時間間隔測量1秒鐘內(nèi)PMU裝置絕對相角和發(fā)電機功角測試誤差；e.利用交流信號源，比如產(chǎn)生不同頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號、用交流信號源，比如數(shù)字模擬系統(tǒng)產(chǎn)生單機一無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下交流信號進行絕對相角誤差測試；此處需要說明，本發(fā)明中所指的交流信號源包括發(fā)電機和數(shù)字模擬系統(tǒng)，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，任何可以實現(xiàn)步驟e所述的功能，即產(chǎn)生不同的交流信號的其它裝置也應(yīng)當被視為在本發(fā)明所述的交流信號源的范圍之內(nèi)。
f.根據(jù)PUM裝置性能測試大綱進行其他測試。根據(jù)本發(fā)明的測試思路，可以建立一套完整的PMU的性能測試大綱并可根據(jù)該測試大綱進行測試。
采用上述方法測量的絕對相角精度在0.1°以下。
本發(fā)明還提供了一種同步相量測量裝置的性能測試系統(tǒng)，參考圖2所示，包括
GPS衛(wèi)星接收天線202，接收GPS信號；標準GPS校驗時鐘204，連接到GPS衛(wèi)星接收天線202，產(chǎn)生標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號；錄波器206，連接到標準GPS校驗時鐘204接收PPS和PPM信號；交流信號源208，產(chǎn)生交流信號，連接到錄波器206；脈沖發(fā)生器210，產(chǎn)生脈沖，模擬發(fā)電機鍵相信號；同步相量測量裝置300，包括交流電壓和電流輸入口302，連接到交流信號源208接收交流信號輸入，還連接到錄波器206接收PPS和PPM信號；開關(guān)量輸入口304，連接到交流信號源208接收開關(guān)量；鍵相信號輸入口306，連接到脈沖發(fā)生器210接收脈沖信號；GPS信號輸入口308，連接到GPS衛(wèi)星接收天線202接收GPS信號。
該系統(tǒng)的工作原理如下交流信號源208輸出三相交流電壓和三相交流電流至錄波器208和同步相量測量裝置300，脈沖發(fā)生器210輸出模擬發(fā)電機鍵相信號的脈沖、標準GPS校驗時鐘204輸出PPS信號和PPM信號至錄波器206；同步相量測量裝置300在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和模擬發(fā)電機208的功角Φ0；錄波器206同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形并利用PPS信號、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模擬發(fā)電機208的功角標準值Φ0’，計算同步相量測量裝置300絕對相角和模擬發(fā)電機208功角測試誤差。
如圖2所示的，該實施例中的同步相量測量裝置300還包括網(wǎng)卡310、RS485/232 312、以及連接顯示終端212的顯示終端接口314。
圖2所示的實施例中的交流信號源208包括三相交流電壓和三相交流電流，可產(chǎn)生頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號；還包括一數(shù)字模擬系統(tǒng)，可產(chǎn)生單機—無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下的交流信號；
錄波器206為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
試驗表明，采用上述方法測量的絕對相角精度在0.1°以下。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，該種同步相量測量裝置的性能測試方法及測試系統(tǒng)提高了PMU裝置測試的精度，解決了對裝置進行動態(tài)測試的要求，兼顧了頻率變化、系統(tǒng)振蕩、短路、疊加諧波等多種方式，還可以形成了系統(tǒng)的PMU裝置性能測試大綱。
雖然本發(fā)明的技術(shù)方案已經(jīng)結(jié)合較佳的實施例說明于上，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，對于上述的實施例的各種修改或改變是可以預(yù)見的，這不應(yīng)當被視為超出了本發(fā)明的保護范圍，因此，本發(fā)明的保護范圍不限于上述具體描述的實施例，而應(yīng)該是符合此處所揭示的創(chuàng)新性特征的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種同步相量測量裝置的性能測試方法，其特征在于，針對同步相量測量裝置同步動態(tài)測量絕對相角的特點，結(jié)合GPS衛(wèi)星同步、高頻錄波與時域波形分析，所述方法包括如下步驟a.交流信號源向同步相量測量裝置和錄波器同時輸入三相交流電壓和三相交流電流，一脈沖發(fā)生器同時輸入模擬發(fā)電機健相信號的脈沖，再將標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號同時輸入給所述錄波器；b.所述同步相量測量裝置在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和所述交流信號源的功角Φ0；c.所述錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形，利用PPS信號、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模擬發(fā)電機功角標準值Φ0’，計算同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差；d.按指定的時間間隔測量1秒鐘內(nèi)同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差；e.所述交流信號源產(chǎn)生不同的交流信號重復進行上述步驟a-d的測試。
2.如權(quán)利要求1所述的同步相量測量裝置的性能測試方法，其特征在于，所述步驟c中同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差計算如下Φua0’＝360°-360°×N/N0Φ0’＝360°×N1/N0-Φ其中，N是測試時刻a相電壓的采樣點至正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N0是a相電壓相鄰兩個正弦過零點之間的采樣點數(shù)，N1是測試時刻a相電壓的采樣點至鍵相脈沖信號之間的采樣點數(shù)，Φ為交流信號源空載時測得到的功角。
3.如權(quán)利要求1所述的同步相量測量裝置的性能測試方法，其特征在于，所述交流信號源包括交流電壓和交流電流，所述步驟e中產(chǎn)生不同的交流信號包括使用發(fā)電機產(chǎn)生頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號；所述交流信號源還包括一數(shù)字模擬系統(tǒng)，所述步驟e中產(chǎn)生不同的交流信號還包括產(chǎn)生單機-無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下的交流信號。
4.如權(quán)利要求1所述的同步相量測量裝置的性能測試方法，其特征在于，所述錄波器為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
5.如權(quán)利要求1所述的同步相量測量裝置的性能測試方法，其特征在于，采用所述方法測量的絕對相角精度在0.1°以下。
6.一種同步相量測量裝置的性能測試系統(tǒng)，其特征在于，包括GPS衛(wèi)星接收天線，接收GPS信號；標準GPS校驗時鐘，連接到GPS衛(wèi)星接收天線，產(chǎn)生標準GPS校驗時鐘的秒脈沖(PPS)信號和分脈沖(PPM)信號；錄波器，連接到標準GPS校驗時鐘接收PPS和PPM信號；交流信號源，產(chǎn)生交流信號，連接到錄波器；脈沖發(fā)生器，產(chǎn)生脈沖，模擬發(fā)電機鍵相脈沖信號；同步相量測量裝置，包括交流電壓和電流輸入口，連接到所述交流信號源接收交流信號輸入，還連接到錄波器接收PPS和PPM信號；開關(guān)量輸入口，連接到交流信號源接收開關(guān)量；鍵相信號輸入口，連接到脈沖發(fā)生器接收脈沖信號；GPS信號輸入口，連接到GPS衛(wèi)星接收天線接收GPS信號。其中，所述交流信號源輸出三相交流電壓和三相交流電流至錄波器和同步相量測量裝置，脈沖發(fā)生器模擬發(fā)電機鍵相信號的脈沖、標準GPS校驗時鐘輸出PPS信號和PPM信號至錄波器；同步相量測量裝置在T0時刻測量三相電壓絕對相角Φua0、Φub0、Φuc0，三相電流絕對相角Φia0、Φib0、Φic0和交流信號源的功角Φ0；錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形并利用PPS信號、PPM信號確定T0時刻，通過波形分析得到三相電壓絕對相角標準值Φua0’、Φub0’、Φuc0’，三相電流絕對相角標準值Φia0’、Φib0’、Φic0’，和模擬發(fā)電機的功角標準值Φ0’，計算同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差。
7.如權(quán)利要求6所述的同步相量測量裝置的性能測試系統(tǒng)，其特征在于，所述同步相量測量裝置還包括網(wǎng)卡、RS485/232、以及連接顯示終端的顯示終端接口；所述交流信號源包括三相電壓信號和三相電流信號，可產(chǎn)生頻率交流信號，頻率均勻變化過程的交流信號、疊加諧波信號；所述交流信號源還包括一數(shù)字模擬系統(tǒng)，可產(chǎn)生單機-無窮大系統(tǒng)振蕩方式、單相短路方式下的交流信號；所述錄波器為采用無相位改變環(huán)節(jié)的高頻錄波器，各通道之間的同步精度在1uS以下，采樣頻率在100kHz以上，對各種頻率的動態(tài)測試數(shù)據(jù)精度進行校核。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種同步相量測量裝置的性能測試方法，由交流信號源輸出三相交流電壓和三相交流電流至錄波器和同步相量測量裝置，脈沖發(fā)生器輸出模擬發(fā)電機鍵相信號的脈沖、標準GPS校驗時鐘輸出PPS信號和PPM信號至錄波器；同步相量測量裝置測量動態(tài)三相電壓、三相電流的絕對相角和模擬發(fā)電機的功角；錄波器同時記錄三相電壓、電流、PPS信號、PPM信號和所述脈沖波形并確定T0時刻，通過時域波形分析得到動態(tài)三相電壓絕對相角標準值、三相電流絕對相角標準值和模擬發(fā)電機功角標準值，計算同步相量測量裝置絕對相角和模擬發(fā)電機功角測試誤差。本發(fā)明的測試方法提高了PMU裝置測試的精度，解決了對裝置進行動態(tài)測試的要求，兼顧了頻率變化、系統(tǒng)振蕩、短路、疊加諧波等多種方式，形成了系統(tǒng)的PMU裝置應(yīng)用性能測試大綱。
文檔編號G01R25/00GK1904623SQ20051002814
公開日2007年1月31日 申請日期2005年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月25日
發(fā)明者岑宗浩, 潘永剛, 陳懷 申請人:華東電力試驗研究院