CN104090162A - 不用电压互感器测量系统电压、电流角度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，其特征在于：在变电所采集母线电压，首先对系统需要采用电压角度的各接收点统一校时，保证整个系统（即采样点和接收点）的时间保持高度一致，同时对电压波形的过零点时刻记录时间，接收点收到此过零时刻后与本身采集的电流波形过零时刻比较，得出两者的时间差值就可以换算出电压电流之间的夹角，换算公式Φ=t*360o/T；电力系统发电机发出的电压、电流是按正弦变化的（我国的电力系统的标准频率f=50Hz，每秒变化50次），三相电流、电压在空间上、时间上是对称的，互差120度，按正弦变化一个周期是360o，每个周期；其解决了没有电压互感器或不能安装电压互感器的系统的功率测量、监控问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，属于在线监测、监控领域。
背景技术
在电力系统中，测量电流电压的相位角度是计量、监测、自动控制必须用到的技术，例如：功率测量监测、无功补偿控制、避雷器在线监测等都必需测量电流电压之间的角度才能计算。但目前的测量都要靠安装电压互感器才能测取电压。在放射型、短线路的配网中只为一种监测而安装大量的电压互感器是不现实的，而且有的地方条件不允许安装电压互感器，致使监测不能进行。所以不用电压互感器测量电流电压角度的技术有着极为重要的作用。特别是在避雷器在线监测中采用此技术，解决了没有电压互感器测量提取、计算电容性和电阻性电流，排除电压谐波影响，实现在线监测避雷器。国内有关避雷器监测研究及文献很多，但都是需用电压互感器测取电压来计算角度，中国电机工程学报第29卷 增刊2009年12月10日发表的《氧化锌避雷器阻性电流三相同时测量技术》文章编号: 0258一8013(2009)51一00 73一05 文献标志码: A 学科分类号: 470 .40，电力建设第29卷第4期《金属氧化锌避雷器（ＭＯＡ）的在线监测及故障诊断》中图分类号：TM862 文献标志码：Ａ文章编号：1000-7229（2008）04-0028-050。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，在电力系统中计量、监测、自动控制必须用到电压电流之间的相位角，其解决了没有电压互感器或不能安装电压互感器的系统的功率测量、监控问题。
本发明的技术方案是这样实现的；一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，其特征在于：在变电所采集母线电压，首先对系统需要采用电压角度的各接收点统一校时，保证整个系统（即采样点和接收点）的时间保持高度一致，同时对电压波形的过零点时刻记录时间，接收点收到此过零时刻后与本身采集的电流波形过零时刻比较，得出两者的时间差值就可以换算出电压电流之间的夹角，换算公式Φ= t *360o /T；电力系统发电机发出的电压、电流是按正弦变化的（我国的电力系统的标准频率f=50Hz，每秒变化50次），三相电流、电压在空间上、时间上是对称的，互差120度，按正弦变化一个周期是360o，每个周期 ；
由记录的时间标签序列，即电压电流的过零时刻，可以得出电压超前电流的时间t（如时刻4-时刻3），然后按换算公式Φ= t *360o /T计算电压电流之间的夹度；电压、电流按正弦变化的周期是20ms,每个周期变化360o，那么1ms就是18o，也就是：1ms=18o；1o=0.05555555555556=55.6us；
其具体的步骤如下：
1）在装有电压互感器的地方如配网的变电所、风电场的中心变电所采集电压，首先对整个系统通讯的点即各没有或不能装电压互感器的监测点统一校时，用过零检测的方法检测电压波形过零点的时间，检测到过零时刻后与系统校时时间修正，保证整个系统时间、电压过零检测时间严格一致，通过无线方式或GPRS的方式向系统各通讯点（接收点）发射；
2）接收点就是没有或不能安装电压互感器又需要检测的短线路、避雷器安装点、环网柜等，接收点可多个，即1-N个；接收点首先与发射点校时，保证接收点与发射点时间严格一致，检测电流波形的的过零时刻，与接收到的系统电压过灵时刻比较，经单片机处理器运算处理后，得出电压与电流过零时刻的时间差值，换算出电流与电压的角度，并得出电流是超前还是滞后；得出的电流电压角度送给控制器，根据监控的不同进行不同的进步处理，如果要用于氧化锌避雷器的检测，将超前电压90°的点容性电流除去，提取纯点组性电流，作为监测避雷器绝缘老化的漏泄电流监测的依据上报主控室监测报警报警；
3）从电压或电流变送器TV、TA将系统电压电流变换成2.5V交流电压接入输入端，电压经过电阻分压和滤波，通过LM339构成的过零比较电路得到与电网输入相电压信号同步的方波信号；
电压比较器的基本原理是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一个电压大，在输出端输出比较结果。当放大器工作在开环状态时，由于开环放大倍数极高，而因输入端之间只有微小电压，运算器进入非线性工作区域，是输出电压饱和，即当Usr< Uj时，Usc = +Uom; 当Usr > Uj时，Usc = -Uom; 当基准电压等于零时，称为过零比较器，电阻R8、Rw1、R11组成分压电路，由Rw1调整参考零电位，经输入电压Usr与零电位比较。
本发明的积极效果是解决了没有电压互感器或不能装设电压互感器的情况下，测量电流电压角度的问题，使在线监测能够在没有电压互感器或不能装设电压互感器的情况下得以实现。
附图说明
图1为三相电压、电流向量图。
图2为电压、电流按正弦变化波形。
图3为单相电压、电流向量图。
图4为母线侧电压时刻与角度对应原理。
图5为母线侧电压时间检测原理框图。
图6为线路侧电压时间检测及角度换算处理原理框图。
图7为过零检测电路。
图8为过零检测电路波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述：一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，其特征在于具体的步骤如下：在变电所采集母线电压，首先对系统需要采用电压角度的各接收点统一校时，保证整个系统（即采样点和接收点）的时间保持高度一致，同时对电压波形的过零点时刻记录时间，接收点收到此过零时刻后与本身采集的电流波形过零时刻比较，得出的时间差值就可以换算出之间的角度，换算公式为Φ= t *360o /T。
电力系统发电机发出的电压、电流是按正变化的（我国的电力系统的标准频率f=50HZ，每秒变化50次），三相电流、电压之间在空间上、时间上相差120度如图1所示，按正弦变化一个周期是360o，每个周期如图2所示。
以单相电压电流为例，系统的电压是超前电流的（以超前30o为例），电压电流的向量如图3所示，正弦波形如图4所示，由记录的时间标签序列，即电压电流的过零时刻，可以得出电压超前电流的时间t（如时刻4-时刻3），然后按换算公式Φ= t *360o /T计算电压电流之间的夹度。电压、电流按正弦变化的周期是20ms,每个周期变化360o，那么1ms就是18o，也就是：1ms=18o；1o=0.05555555555556=55.6us。
2）如图5所示发射点原理：在装有电压互感器的地方如配网的变电所、风电场的中心变电所采集电压，首先对整个系统通讯的点即各没有或不能装电压互感器的监测点统一校时，用过零检测的方法检测电压波形过零点的时间如图7所示，检测到过零时刻后与系统校时时间修正，保证整个系统时间、电压过零检测时间严格一致，通过无线方式或GPRS的方式向系统各通讯点（接收点）发射。
2）如图6所示接受点原理：接收点就是没有或不能安装电压互感器又需要检测的短线路、避雷器安装点、环网柜等，接收点可多个，如图6中的1-N个。接收点首先与发射点校时，保证接收点与发射点时间严格一致，检测电流波形的过零时刻，与接收到的系统电压过零时刻比较，经单片机处理器运算处理后，完成同步与建立时间标签序列），得出电压与电流过零时刻的时间差值，换算出电流与电压的角度，即Φ= t*360 o /T，若Φ<0,电流是超前的，反之电流滞后。得出的电流电压角度送给控制器，根据监控的不同进行不同的进步处理。如果要用于氧化锌避雷器的检测，将超前电压90°的点容性电流除去，提取纯点组性电流，作为监测避雷器绝缘老化的漏泄电流监测的依据上报主控室监测报警报警。
3）从电压或电流变送器TV、TA将系统电压电流变换成2.5V交流电压接入输入端，电压经过电阻分压和滤波，通过LM339构成的过零比较电路得到与电网输入相电压信号同步的方波信号。
电压比较器的基本原理是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一个电压大，在输出端输出比较结果。当放大器工作在开环状态时，由于开环放大倍数极高，而因输入端之间只有微小电压，运算器进入非线性工作区域，是输出电压饱和，即当Usr< Uj时，Usc = +Uom; 当Usr > Uj时，Usc = -Uom; 当基准电压等于零时，称为过零比较器，电阻R8、Rw1、R11组成分压电路，由Rw1调整参考零电位，经输入电压Usr与零电位比较。电路图、波形图如图7、图8。
图5所示为变电所发射点原理框图，在装有电压互感器的地方（如配网的、风电场的中心变电所）采集电压，首先对整个系统通讯的点（即各没有或不能装电压互感器的监测点）统一校时，用图7所示的过零检测电路，检测电压波形过零点的时间，检测到过零时刻后与系统校时时间修正，保证整个系统时间、电压过零检测时间严格一致，通过无线方式或GPRS的方式向系统各通讯点（接收点）发射。
图6为没有或不能安装电压互感器又需要检测的接受点原理：接收点首先与发射点校时，保证接收点与发射点时间严格一致，用图7所示的过零检测电路，检测电压波形过零点的时间检测电流波形的的过零时刻，与接收到的系统电压过灵时刻比较，经单片机处理器运算处理后，得出电压与电流过零时刻的时间差值，换算出电流与电压的角度，并得出电1流是超前还是滞后。得出的电流电压角度送给控制器，根据监控的不同进行不同的进步处理。如果要用于氧化锌避雷器的检测，将超前电压90°的点容性电流除去，提取纯点组性电流，作为监测避雷器绝缘老化的漏泄电流监测的依据上报主控室监测报警。
Claims (1)
1.一种不用电压互感器测量电压、电流角度的方法，其特征在于：在变电所采集母线电压，首先对系统需要采用电压角度的各接收点统一校时，保证整个系统（即采样点和接收点）的时间保持高度一致，同时对电压波形的过零点时刻记录时间，接收点收到此过零时刻后与本身采集的电流波形过零时刻比较，得出两者的时间差值就可以换算出电压电流之间的夹角，换算公式Φ= t *360o /T；电力系统发电机发出的电压、电流是按正弦变化的（我国的电力系统的标准频率f=50Hz，每秒变化50次），三相电流、电压在空间上、时间上是对称的，互差120度，按正弦变化一个周期是360o，每个周期 ；
由记录的时间标签序列，即电压电流的过零时刻，可以得出电压超前电流的时间t（如时刻4-时刻3），然后按换算公式Φ= t *360o /T计算电压电流之间的夹度；电压、电流按正弦变化的周期是20ms,每个周期变化360o，那么1ms就是18o，也就是：1ms=18o；1o=0.05555555555556=55.6us；
其具体的步骤如下：
1）在装有电压互感器的地方如配网的变电所、风电场的中心变电所采集电压，首先对整个系统通讯的点即各没有或不能装电压互感器的监测点统一校时，用过零检测的方法检测电压波形过零点的时间，检测到过零时刻后与系统校时时间修正，保证整个系统时间、电压过零检测时间严格一致，通过无线方式或GPRS的方式向系统各通讯点（接收点）发射；
2）接收点就是没有或不能安装电压互感器又需要检测的短线路、避雷器安装点、环网柜等，接收点可多个，即1-N个；接收点首先与发射点校时，保证接收点与发射点时间严格一致，检测电流波形的的过零时刻，与接收到的系统电压过灵时刻比较，经单片机处理器运算处理后，得出电压与电流过零时刻的时间差值，换算出电流与电压的角度，并得出电流是超前还是滞后；得出的电流电压角度送给控制器，根据监控的不同进行不同的进步处理，如果要用于氧化锌避雷器的检测，将超前电压90°的点容性电流除去，提取纯点组性电流，作为监测避雷器绝缘老化的漏泄电流监测的依据上报主控室监测报警报警；
3）从电压或电流变送器TV、TA将系统电压电流变换成2.5V交流电压接入输入端，电压经过电阻分压和滤波，通过LM339构成的过零比较电路得到与电网输入相电压信号同步的方波信号；
电压比较器的基本原理是对输入端的两个电压进行比较，判断出哪一个电压大，在输出端输出比较结果；当放大器工作在开环状态时，由于开环放大倍数极高，而因输入端之间只有微小电压，运算器进入非线性工作区域，是输出电压饱和，即当Usr< Uj时，Usc = +Uom; 当Usr > Uj时，Usc = -Uom; 当基准电压等于零时，称为过零比较器，电阻R8、Rw1、R11组成分压电路，由Rw1调整参考零电位，经输入电压Usr与零电位比较。
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