[发明专利]一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学电压互感器，尤其涉及一种用于基于Pockels效应的光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置。

背景技术

动态性能研究是光学电压互感器研究的一项重要内容，国家标准IEC 60044-8对光学电压互感器的动态性能做了明确要求：在高压测量中要求电压互感器应该至少具有几KHz的频率响应特性和几毫秒的响应时间，用于某些用途例如行波保护继电器，需要的测量频率高达数百kHz。根据现有文献资料显示，目前国内外已有的基于Pockels效应的光学电压互感器实验样机带宽最高为40kHz，目前国内外已有的基于Pockels效应的光学电压互感器产品带宽最高为10kHz，与国家标准的要求还存在一定的差距。因此，研究和改善光学电压互感器的动态性能具有重要的科学价值和实用意义。

频率特性以及阶跃响应上升时间、调节时间和超调量均是衡量光学电压互感器动态性能的重要指标，然而对光学电压互感器进行频率特性测试却比较困难，因为这不仅需要外接设备提供频率可调的高频交流电压信号作为正弦激励信号，而且需要配套的设备来高速采集互感器的输出响应信号并分析处理。现有技术中通过信号发生器和变压器实现高频交流电压信号，再通过锁相放大器和示波器实现频率特性测试，这给频率特性测试及研究工作带来很大困难，不利于光学电压互感器动态性能的研究。

另一方面，光学电压互感器系统闭环状态监测和系统中内部模块高频动态模型的建立是研究和改善系统动态性能的依据。而现有技术中光学电压互感器系统闭环控制过程都在FPGA中进行，并且闭环状态变量以微秒级快速变化，很难实时监测系统闭环状态。现有技术中对光学电压互感器系统内部模块的模型建立往往通过理论推导的方式，很难逼近真实信号检测单元的动态模型，不利于光学电压互感器动态性能研究工作的开展。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于光学电压互感器动态性能研究的测试方法及装置。所述装置无需任何外加设备，利用自身硬件就能够提供频率可调的正弦激励信号，实现光学电压互感器系统的频率特性测试，以及提供阶跃输入信号实现闭环阶跃响应性能测试。并且所述用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置具有高速数据采集、存储和处理的能力，速度可达纳秒量级，能够实时提取及监测光学电压互感器系统的闭环状态变量。并且，本发明还提供了一种建立光学电压互感器系统内部各功能模块的高频动态模型的方法。可见，本发明提供的技术方案为光学电压互感器动态性能的提高提供了一种有利的辅助研究平台。

本发明提供的用于光学电压互感器动态性能研究的测试装置，利用含有FPGA的板卡NI7813R取代原有光学电压互感器闭环检测电路中FPGA，并且闭环检测电路的AD、DA转换器与板卡NI7813R之间的FPGA设置了隔离装置连接通讯，板卡NI7813R上FPGA通过PCI总线连接计算机；所述的板卡NI7813R包含一块FPGA和40M时基；所述NI7813R上的FPGA包含160条数字输入/输出线DIO，还包括信号检测单元、信号发生单元Ⅰ、信号发生单元Ⅱ和信号求和单元；所述的信号检测单元用于接收A/D转换器的输出信号，还用于将AD数据解调、闭环控制、产生互感器输出模块的输出信号以及产生阶梯波和方波信号，并与信号发生单元I或信号发生单元II产生的信号一起，在信号求和单元进行相加，最后通过DIO和隔离装置，进入D/A转换器；所述的信号检测单元包括接收模块Ⅰ、接收模块Ⅱ、解调模块、闭环控制算法模块、互感器输出模块、阶梯波发生模块、方波发生模块；所述的信号检测单元中各功能模块的输出数据以及所述的信号发生单元Ⅰ、信号发生单元Ⅱ产生的信号都时间同步传送给计算机；所述计算机包括操作界面、信号采集模块和数据处理模块，所述的操作界面用于功能测试的选择以及对信号发生单元Ⅰ和信号发生单元Ⅱ中参数赋值；所述信号采集模块用于实时显示和存储信号检测单元中各功能模块的输出数据以及所述的信号发生单元Ⅰ、信号发生单元Ⅱ产生的信号；数据处理模块用于对信号采集模块中的数据进行处理，得到光学电压互感器系统频率特性曲线、阶跃响应曲线以及光学电压互感器内部模块的频率特性曲线及高频动态模型。