本发明涉及故障定位硬件在环仿真系统设计技术领域，特别涉及一种基于宽频电磁暂态传感器的故障定位硬件在环仿真系统设计方法。
背景技术：
一直以来，传统的故障定位方法主要依靠在母线侧进行波形测量和比对，或者完全根据算法进行故障定位分析，然而在复杂的配电网中，这类方法很难做到精确的故障定位。在母线端通过检测和分析故障波形、信号和阻抗的方式进行定位一直是研究的热点，并取得了不小的研究成果。
通过计算故障回路阻抗值确定测量点到故障点的距离，虽然原理简单、投资少，但受路径阻抗、负荷电流、系统运行等方式的影响，只适用于结构简单的线路，无法解决复杂配电网的故障定位。
注入法因其精准的定位能力，曾一度得到了高度关注通过注入装置信号调节进行定位，结果精确，不受网络结构的影响，但需要昂贵的信号注入设备，投资较大，并且定位方法需在配电网离线下才能进行定位，影响了配电网的供电可靠性。
行波法和时域反演算法测距是配电网故障定位的热点，均需要利用传感器获取暂态信号，其传感部分仍存在一些问题：
(i)常规的电压互感器和电流互感器的截止频率较低，很难满足传变暂态行波信号的要求，尤其是电压互感器。
(ii)采用额外的罗氏线圈安装于线路，虽可以有较宽的频带，但安装或维护需要停电或者带电作业。
以上方法的应用测试还有一个缺陷，即通常需要在实际线路进行测试或者将已有线路停电，成本较高，安全风险较高。
技术实现要素：
为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供了一种利用rtds实时数字仿真器搭建配电网线路物理模型，将仿真模型中的故障信号通过rtds专有模块gtao完成信号输出，克服实际线路试验需要停电，或者新架设线路带来的巨额成本问题，以及两者都将面临的设备和人生安全风险问题。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用数字式功率放大器可解决虚拟信号外送过程中，无法达到实际线路信号所具有的功率和能量的问题，可广泛应用于各种电气设备的仿真信号输出放大。
本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种硬件在环仿真技术，利用了宽频电磁暂态传感器带宽高、测量范围广、灵敏度高等优点，硬件在环仿真能够实现仿真模型与实际物理设备之间的互动。弥补纯虚拟仿真的缺陷，提高故障定位的可信度。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，包括以下步骤：
步骤1、模型试验
在rtds实时数字仿真器中建立配电网线路模型进行故障设计，采用gtao程序板卡在模型界面引出需要放大和测量的故障信号，利用铜芯线在rtds的rack硬件板卡输出三相数字信号；
步骤2、仿真实验
步骤2.1、rtds的rack硬件程序输出的模拟电压信号接入到数字式功率放大器中，接入三相电压信号输入端或者三相电流输入端；
步骤2.2、由步骤2.1所述功率放大器前面板输出端通过铜芯线引出经过功率放大器处理得到的模拟电压/电流信号，此时确保高功率按键处于断开状态，暂停按键处于按下状态，然后将电压/电流信号输出到测试设备上；
步骤3、将功率放大器输出信号通过铜芯线穿过宽频电磁暂态传感器孔中；
步骤4、将传感器信号输出端子通过bnc同轴电缆引出测量信号，测量信号通过同轴电缆传输到数字示波器上。
进一步地，所述的步骤1中，只输出±5v限值的数字电压信号。
进一步地，所述的步骤2中，输出信号中：电压幅值为120vrms或电流幅值有效值为60arms。
进一步地，所述的步骤3中，数字式功率放大器输出信号的方法是：利用三根型号相同的铜芯线接到数字式功率放大器的输出端，测量时如果只有一个传感器，则可穿过任意一相铜芯线，则其余两相可以不测量，对三相线路穿过传感器后，线路直接返回数字式功率放大器前面板“in”或者“un”处。
进一步地，所述的步骤4中，信号的展示和保存方法是：数字示波器保存bmp位图或者导出csv格式的excel文件到u盘中，再将u盘数据导出到另一台工控机或者个人电脑上，再利用故障定位算法进行估计测算。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、采用rtds实时数字仿真器搭建线路物理模型，无需实际线路或者重新搭建试验线路，避免停电安装设备、设置真实故障，导致成本增加、供电用户受到影响，搭建线路还需要大量建设成本；
2、采用数字功率放大器可以将虚拟仿真信号转换成与实际线路信号，能量降低，但可以满足大幅值、短时高功率的要求；
3、采用宽频电磁暂态传感器测量输出信号，可以模拟测量设备进行实际线路检测的场景，传感器是国外进口的pearson公司出品的4997型号电流传感器，具有体积小巧、携带方便、灵敏度高、测量范围广、测量带宽范围大等优点。
附图说明
图1是本发明整体的硬件在环仿真设计图；
图2是本发明为测试应用而在rtds搭建的简单的配网线路；
图3是本发明在rtds中设置的d/a转换设置模块；
图中：1-搭建模型，设置gtao信号的计算机2-工控机3-以太网/光纤4-rack，processor(a，b，c)5-数字式功率放大器6-示波器7-bnc电缆8-电磁暂态传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
本发明的整体的硬件在环仿真设计图如图1所示，本发明的一种基于宽频电磁暂态传感器的故障定位硬件在环仿真系统设计方法，包括以下步骤：
步骤1、模型试验步骤：在rtds实时数字仿真器中建立配电网线路模型进行故障设计，采用gtao程序板卡在模型界面引出需要放大和测量的故障信号，利用铜芯线在rtds的rack硬件板卡输出三相数字信号(特点是只能输出±5v限值的数字电压信号)；
步骤2仿真实验
步骤2.1、rtds的rack硬件程序输出的模拟电压信号接入到数字式功率放大器中，接入三相电压信号输入端或者三相电流输入端，一般在功率放大器后面板上，配备有电源接口和输入端子排；
步骤2.2、由步骤2.1所述功率放大器前面板输出端通过铜芯线引出经过功率放大器处理得到的模拟电压/电流信号，此时确保高功率按键处于断开状态，暂停按键处于按下状态。然后将电压/电流信号输出到测试设备上，输出信号中：电压幅值在120vrms(有效值)或者电流幅值有效值在60arms。
步骤3、将功率放大器输出信号通过铜芯线穿过宽频电磁暂态传感器孔中，一般传感器对铜芯线位置不敏感，无须对传感器中铜芯线进行固定。数字式功率放大器输出信号的方法是，利用三根型号相同的铜芯线接到数字式功率放大器的输出端，测量时如果只有一个传感器，则可穿过任意一相铜芯线，其余两相可以不测量，对三相线路穿过宽频电磁暂态传感器后，线路直接返回数字式功率放大器前面板“in”或者“un”处。
步骤4、将宽频电磁暂态传感器信号输出端子通过bnc同轴电缆引出测量信号，测量信号将通过同轴电缆传输到数字示波器上。信号的展示和保存方法是，数字示波器可以保存bmp位图或者导出csv格式的excel文件到u盘中，再将u盘数据导出到另一台工控机或者个人电脑上，再利用故障定位算法进行估计测算。
具体实施例：
步骤1，如附图2所示，在rtds实时数字仿真器中搭建好配电网故障仿真模型，按照附图3的模块将需要输出的信号，此处实例选定为故障处a、b、c三相电流信号，与所用的电流传感器对应，通过d/a转换，信号将输出到rtds的rack硬件板卡，具体由gtao程序板卡进行计算转换，并通过processor信号端子输出，需要说明的是，此处输出信号为±5v限值的数字电压信号，并且输出一路接地线信号。
步骤2，将processor信号端子信号，即默认为a、b、c三相电流信号通过铜芯线引出到数字功率放大器的后面板，三相需要分别对应，接地线直接接到“in”。
步骤3，从功率放大器前面板输出端通过铜芯线引出放大后的信号，并将需要测量的某一相信号(此处选择a相)穿过电流传感器，之后再将三相信号引回到前面板的“in”端。
步骤4，将穿过a相铜芯线的电流传感器的输出信号。通过同轴电缆连接到数字示波器上，此时可以从示波器上直接观察到信号波形或者保存bmp位图，又或者将信号保存成csv格式文件储存到u盘中，在读到计算机上进行运算。
需要注意的事项：
(1)硬件在环仿真系统实验开始时应首先打开仿真模型进行仿真运算，此时数字功率放大器可以打开电源开关，但要保证暂停键是处于按下状态(数字功率放大器处于暂停输出)、高功率模式按键处于弹起状态(禁止运行高功率输出模式)。
(2)实验开始前要首先通过万用表测量processor信号端子的信号是否属于正常的电压输出，即±5v限值的数字电压信号。
(3)在设置故障信号前关闭暂停按键(数字功率放大器开始输出)，完成分实验并且短时不输出时，仍要按下数字功率放大器的暂停键，全过程完成后首先关闭功率放大器，再停止仿真器运行。
见图1，在本实施例中，应用基于宽频电磁暂态传感器的故障定位硬件在环仿真系统设计方法的装置包括：包括用于建立仿真模型、进行仿真运算以及输出虚拟的故障信号的rtds实时数字仿真器1、铜芯线若干用以传输虚拟信号以及经数字仿真功率放大器5的输出信号、pearson电流传感器8用以测量功率放大器5输出信号，数字示波器6用以接收经过同轴电缆7传输出来的传感器8测量到的故障信号。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
1.一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、模型试验
在rtds实时数字仿真器中建立配电网线路模型进行故障设计，采用gtao程序板卡在模型界面引出需要放大和测量的故障信号，利用铜芯线在rtds的rack硬件板卡输出三相数字信号；
步骤2、仿真实验
步骤2.1、rtds的rack硬件程序输出的模拟电压信号接入到数字式功率放大器中，接入三相电压信号输入端或者三相电流输入端；
步骤2.2、由步骤2.1所述功率放大器前面板输出端通过铜芯线引出经过功率放大器处理得到的模拟电压/电流信号，此时确保高功率按键处于断开状态，暂停按键处于按下状态，然后将电压/电流信号输出到测试设备上；
步骤3、将功率放大器输出信号通过铜芯线穿过宽频电磁暂态传感器孔中；
步骤4、将传感器信号输出端子通过bnc同轴电缆引出测量信号，测量信号通过同轴电缆传输到数字示波器上。
2.根据权利要求1所述的一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，其特征在于，所述的步骤1中，只输出±5v限值的数字电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，其特征在于，所述的步骤2中，输出信号中：电压幅值为120vrms或电流幅值有效值为60arms。
4.根据权利要求1所述的一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，其特征在于，所述的步骤3中，数字式功率放大器输出信号的方法是：利用三根型号相同的铜芯线接到数字式功率放大器的输出端，测量时如果只有一个传感器，则可穿过任意一相铜芯线，则其余两相可以不测量，对三相线路穿过传感器后，线路直接返回数字式功率放大器前面板“in”或者处“un”。
5.根据权利要求1所述的一种故障定位硬件在环仿真系统设计方法，其特征在于，所述的步骤4中，信号的展示和保存方法是：数字示波器保存bmp位图或者导出csv格式的excel文件到u盘中，再将u盘数据导出到另一台工控机或者个人电脑上，再利用故障定位算法进行估计测算。
技术总结