CN103616652A - 一种电容分压器的误差测量方法、系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电容分压器的误差校验方法，通过测量其比差和角差实现对该电容分压器的误差校验，其特征在于，该方法具体步骤为：将被测高电压由标准电压互感器变为适于数据采集的第一低电压（U1）；将被测的电容分压器（4）所分出的电压转换为适合于数据采集的第二低电压（U2）；将所述第一低电压（U1）和第二低电压（U2）同时送入信号处理电路进行模拟和数字信号处理，获得比差和角差，即可完成误差校验。本发明还公开一种误差校验系统以及其在电子式互感器中的应用。本发明的方法和系统可以对电容分压器的比差和角差进行测量，具有可溯源性，测量结果可信度高。

Description

一种电容分压器的误差测量方法、系统及应用

技术领域

本发明属于高电压测量技术领域，具体涉及一种电容分压器的误差测量方法、系统及应用。

背景技术

随着电力需求的日益加大和科技的不断进步，电力系统电压等级越来越高，当前我国输电线路的电压等级已达到百万伏。电容分压器可单独作为一个设备用于高电压的测量，其原理是基于电容器串联分压，将高电压变成适合于测量的低电压。

另外，电容式电压互感器（即CVT）或电子式电压互感器中也具有电容分压器，作为其中的关键元件，电容分压器在CVT或电子式电压互感器发挥着重要作用。

由于实际电容器为非理想元件，电容分压器是存在测量误差的，也就是说其所分出的电压与被测高电压之间存在幅值误差和相位误差，即比差和角差。相应地，在CVT或电子式电压互感器中，由于电容分压器误差的存在，其对互感器的测量精度也具有重要影响。

但是，目前对于电容分压器的误差校验没有很好的测量方法。另外，对于CVT或电子式电压互感器，在进行误差校验时也一般是针对整体进行的，也即只校验CVT或电子式电压互感器的整体误差，而没有对其中电容分压器单独进行误差校验，这样显然是不利于提高CVT或电子式电压互感器的测量精度的。

因此，无论是对于单独的电容分压器，或是CVT和带电容分压器的电子式电压互感器，对电容分压器的误差进行校验，以有效地减小分压器的比差和角差，提高其测量精度，以及提高CVT和带电容分压器的电子式电压互感器的测量精度都是至关重要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容分压器的误差测量方法、系统及应用，通过测量电容分压器的比差和角差，实现对电容分压器的误差校验，从而提高电容分压器以及含电容分压器的CVT或基于电容分压器的电子式互感器的测量精度。

为实现上述发明目的，按照本发明的一个方面，提供一种电容分压器的误差校验方法，通过测量其比差和角差实现对该电容分压器的误差校验，其特征在于，该方法具体步骤为：

将被测高电压由第一标准电压互感器变为适于数据采集的第一低电压；

将被测的电容分压器所分出的电压转换为适合于数据采集的第二低电压；

将所述第一低电压和第二低电压同时送入信号处理电路进行模拟和数字信号处理，获得比差和角差，即可完成误差校验。

作为本发明的改进，所述第一低电压通过两级级联的第一标准电压互感器和第二标准电压互感器变换后获得。

作为本发明的改进，所述第一标准电压互感器1先将被测高电压变为100V或

的电压，然后再由所述第二标准电压互感器变为所述第一低电压。

作为本发明的改进，所述电容分压器所分出的电压转换通过第三标准电压互感器转换获得所述的第二低电压。

作为本发明的改进，所述适合于数据采集的第一低电压和第二低电压U2大小约为几伏。

作为本发明的改进，所述比差和角差的计算基于离散傅里叶变换得到。

作为本发明的改进，所述比差和角差通过过程计算得到：

首先将标准电压互感器和被测分压器的电压信号x(t)和v(t)经数据采集，形成离散信号分别为x[n]和v[n]，其中采用整周期采样，每周期均匀采样N点；

然后，对离散信号分别进行离散傅里叶变换，得到两信号的离散频谱，其中，X_k和V_k均为复数，k为谐波次数：

$X_k=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left[n\right]e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,N-1$

$V_k=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}v\left[n\right]e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,N-1$

最后，上述两复数模的相对大小即为比差，相角之差即为相差。

按照本发明的另一方面，提供一种电容分压器的误差校验系统，该系统包括：

相互级联的第一标准电压互感器和第二标准互感器，其用于将被测高电压转换为获得适于数据采集的第一低电压；

第三标准电压互感器，其与所述待测电子式电压互感器中的电容分压器电连接，用于将该电容分压器电分得的电压转换为适于数据采集的第二低电压；

信号调理电路和数据采集和数字信号处理，所述第一低电压和第二低电压同时输入其中，经信号调理和运算后获得分压器的比差和角差，即可进行误差校验。

作为本发明的改进，所述第一低电压通过两级级联的第一标准电压互感器和第二标准电压互感器变换后获得。

作为本发明的改进，所述第一标准电压互感器先将被测高电压变为100V或的电压，然后再由所述第二标准电压互感器变为所述第一低电压。

作为本发明的改进，所述电容分压器所分出的电压转换通过第三标准电压互感器转换获得所述的第二低电压。

作为本发明的改进，所述适合于数据采集的第一低电压和第二低电压大小约为几伏。

作为本发明的改进，所述比差和角差的计算基于离散傅里叶变换得到。

按照本发明的再一方面，提供一种提高电子式互感器测量精度的方法，其通过采用上述方法对所述电子式电压互感器中的电容分压器进行误差校验，从而提高电子式电压互感器的测量精度。

按照本发明的又一方面，提供一种提高电子式互感器测量精度的系统，其通过采用上述系统对所述电子式电压互感器中的电容分压器进行误差校验，从而提高电子式电压互感器的测量精度。

本发明中，标准电压转换装置可以为标准电磁式电压互感器或标准感应分压器，作为标准，其精度应高出被试电容分压器两个精度等级以上。

总体而言，本发明的测量方法和系统相对于现有技术，具有结构简单，自动化程度高，校验精度高，误差可溯源的特点，具体如下：

（1）通过本发明的误差测量系统可以实现对电容分压器的比差和角差进行测量，由于参考信号来自标准电磁式电压互感器或标准感应分压器，而他们是可溯源的，因此测量结果可信度高。

（2）本系统不仅可对分压器进行单独误差测量，还可对整个CVT或带电容分压器的电子式互感器进行误差测量；

（3）系统结构简单，操作简便，自动化程度高。

附图说明

图1为本发明实施例的系统结构示意图；

图中，1-标准电压互感器，2-标准电压互感器，3-标准电压互感器，4-电容分压器，5-模拟信号调理电路，6-数字信号处理系统，7-比差、角差显示单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

无论是带电容分压器的电磁式电压互感器（CVT）还是带电容分压器的电子式电压互感器，电容分压器都是系统的重要组成部分，分压器在进行电压转换时存在误差，即比差和角差。产生误差的原因主要有：（1）构成电容分压器的电容为非理想的纯电抗元件，即电容器存在电阻；（2）分压器的分压比随温度等因素变化。因此，无论是CVT还是带电容分压器的电子式电压互感器都存在由电容分压器电压转换带来的比差和角差，这样会导致整个测量系统存在较大误差。

本发明能对电容分压器的误差进行测量和校验。

本实施例的测量系统包括：标准电压互感器1，标准电压互感器2，标准电压互感器3，电容分压器4，模拟信号调理电路5，数字信号处理系统6，和比差、角差显示单元7组成。基本结构如图1所示。

通过标准电压互感器1和2两级级联获得适合于数据采集的几伏的参考电压信号，通过标准电压互感器3获得电容分压器的输出电压信号，两信号同时输入信号调理电路3，经数据采集和数字信号处理4计算出比差和角差。

具体工作过程为：标准电压互感器1将被测高电压变为100V或

电压，然后再由标准电压互感器2变为适合于数据采集、约为几伏的低电压U1；标准电压互感器3将分压器所分出的电压转换为适合于数据采集、约为几伏的低电压U2。信号U1和U2被同时送入信号处理电路进行模拟和数字信号处理，最后算出分压器的比差和角差。

比差和角差的计算通常是基于离散傅里叶变换得到。本实施例中具体描述如下：设定标准电压互感器和被测分压器的电压信号分别为x(t)和v(t)，经数据采集之后的离散信号分别为x[n]和v[n]，采用整周期采样，每周期均匀采样N点，则可得两信号的离散傅里叶变换：

$X_k=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}x\left[n\right]e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,N-1$

$V_k=\underset{n=1}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}v\left[n\right]e^{-j\frac{2\mathrm{\π}}{N}\mathrm{nk}},k=\mathrm{0,1,2},\·\·\·,N-1$

其中，X_k和V_k均为复数，k为谐波次数。两复数模的相对大小为比差，相角之差为相差。

上述运算的实现由DSP完成。DSP为数字信号处理器，特别适合于数字信号处理，如计算离散傅里叶变换。

标准电压互感器的输出电压多为100V或

而如此高的电压是是不能直接输入给信号处理电路的，故中间必须再增加一级高精度的电压变换，将电压降至几伏。该电压变换可由标准电压互感器或电阻分压器完成。

本发明的电容分压器误差测量系统解决了电容分压器的误差测量问题，操作简单，测量精度高，误差可溯源。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电容分压器的误差校验方法，通过测量其比差和角差实现对该电容分压器的误差校验，其特征在于，该方法具体步骤为： 

将被测高电压由标准电压互感器变为适于数据采集的第一低电压（U1）； 

将被测的电容分压器（4）所分出的电压转换为适合于数据采集的第二低电压（U2）； 

将所述第一低电压（U1）和第二低电压（U2）同时送入信号处理电路进行模拟和数字信号处理，获得比差和角差，即可完成误差校验。 

2.根据权利要求1所述的一种电容分压器的误差校验方法，其特征在于，所述第一低电压（U1）通过两级级联的第一标准电压互感器（1）和第二标准电压互感器（2）变换后获得。 

3.根据权利要求2所述的一种电容分压器的误差校验方法，其特征在于，所述第一标准电压互感器（1）先将被测高电压变为100V或

的电压，然后再由所述第二标准电压互感器（2）变为所述第一低电压（U1）。 

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种电容分压器的误差校验方法，其特征在于，所述电容分压器（4）所分出的电压转换通过第三标准电压互感器（3）转换获得所述的第二低电压（U2）。 

5.根据权利要求4所述的一种电容分压器的误差校验方法，其特征在于，所述适合于数据采集的第一低电压和第二低电压（U2）大小约为几伏。 

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种电容分压器的误差校验方法，其特征在于，所述比差和角差通过如下过程计算得到： 

首先将标准电压互感器和被测分压器的电压信号x(t)和v(t)经数据采集，形成离散信号分别为x[n]和v[n]，其中采用整周期采样，每周期均匀采样N点； 

然后，对离散信号分别进行离散傅里叶变换，得到两信号的离散频谱，其中，X_k和V_k均为复数，k为谐波次数： 

最后，上述两复数模的相对大小即为比差，相角之差即为相差。 

7.一种电容分压器的误差校验系统，通过测量比差和角差实现对该电容分压器的误差校验，其特征在于，该系统包括： 

相互级联的第一标准电压互感器（1）和第二标准互感器（2），其用于将被测高电压转换为获得适于数据采集的第一低电压（U1）； 

第三标准电压互感器（3），其与所述待测电子式电压互感器中的电容分压器（4）电连接，用于将该电容分压器电分得的电压转换为适于数据采集的第二低电压（U2）； 

信号调理电路（5）和数据采集和数字信号处理（6），所述第一低电压（U1）和第二低电压（U2）同时输入其中，经信号调理和运算后获得分压器的比差和角差，即可进行误差校验。 

作为本发明的改进，所述第一低电压U1通过两级级联的第一标准电压互感器1和第二标准电压互感器2变换后获得。 

8.一种提高电子式电压互感器测量精度的方法，其通过采用上述权利 要求1-6中任一项所述的方法对所述电子式电压互感器中的电容分压器进行误差校验，从而提高电子式电压互感器的测量精度。 

9.一种提高电子式电压互感器测量精度的系统，其通过采用上述权利要求系统7的系统对所述电子式电压互感器中的电容分压器进行误差校验，从而提高电子式电压互感器的测量精度。 

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