CN104122524A - 一种降低电流互感器测量误差的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种降低电流互感器测量误差的方法及系统，其中，方法包括步骤：实时读取负载阻抗电压值、判断是否进入饱和状态、计算补偿电容值并控制晶闸管投切电容装置以及电容补偿后的测量误差反馈；系统包括：包括电压值读取模块、饱和判断模块、电容计算和控制模块以及反馈模块。本发明通过降低电流互感器饱和导致的测量误差，有效提高了电流互感器的测量精度。

Description

一种降低电流互感器测量误差的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种降低电流互感器测量误差的方法及系统，尤其是一种利用可控电容补偿技术动态补偿励磁支路励磁电流来降低电流互感器测量误差的方法及系统。

背景技术

电流互感器误差特性曲线是检验电流互感器输出结果准确与否的依据，直接关系着继电保护装置及测控装置等二次设备能否正常运行。实际工作中，电网每年的运行方式在发生变化，调度部门根据电网当年的实际运行情况，在每年年初下发当年各变电站内母线的短路容量，该容量的变化将直接影响到电流互感器的工作性能。国网公司颁布的《城市电网安全性评价(2011年版)》第3.3.6.3条中明确规定：“对已运行的母线、变压器差动保护电流互感器二次回路负载进行10％误差计算和分析，校核主设备各侧二次负载的平衡情况，并留有足够裕度”。

目前，各电力公司所辖不同电压等级变电站内电流互感器数量众多，且目前电子式互感器并没有得到大量应用，电磁式互感器仍是主流。当前电力公司仅利用设备通过大量的手工工作得到校验结果，一般校验10％或5％误差，而在设计参数受工作环境、老化等影响后，测量精度却不能够得到保证。传统采用并联互感器或者减小负载阻抗去降低测量误差的方法存在设计复杂、实现困难或者效果不理想等问题，提高测量精度降低误差一直是困扰电力行业的一项重要技术难题。

因此，有必要结合电力电子技术，通过实时检测动态参数实现快速控制技术，补偿励磁电流带来的误差，从而提高电流互感器测量精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有降低电流互感器测量误差采用并联互感器或者减小负载阻抗去降低测量误差的方法存在设计复杂、实现困难或者效果不理想等问题，且在对电流互感器测量校验时仍然通过人工完成，测量精度不能够得到保证。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降低电流互感器测量误差的方法，在电流互感器的二次回路中并联一个晶闸管投切电容装置，晶闸管投切电容装置投入的电容器值由与各个电容器相连的晶闸管控制，具体包括如下步骤：

步骤1，实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后进入步骤2；

步骤2，根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则进入步骤3，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并返回步骤1；

步骤3，根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后进入步骤4；

步骤4，实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则返回步骤2，若在规定范围内，则本次误差控制结束。

通过负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，从而实时地对测量误差进行电容补偿，因晶闸管投切电容装置的电流补偿了励磁回路电流，其流过二次回路的电流能够真实反映一次电流值，降低电流互感器的测量误差，达到提高测量精度的目的；通过实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，从而实时地对补偿结果进行反馈控制，直到满足规定的测量误差范围，使电流互感器具有较高的测量精度。

作为本发明的进一步改进方案，还包括步骤5，定时循环进入步骤1。采用定时循环，能够长时间确保电流互感器具有较高的测量精度。

作为本发明的进一步限定方案，步骤2中的饱和判据利用导数法获得输入电流和输出电流的变化率，若输出电流的变化率不按输入电流的变化率进行变化，而是变化率减小或基本不变，则判断电流互感器进入了饱和状态。

本发明还提供了一种降低电流互感器测量误差的系统，包括电压值读取模块、饱和判断模块、电容计算和控制模块以及反馈模块，

电压值读取模块，用于实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后启动饱和判断模块；

饱和判断模块，用于根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器二次侧的实际电流值，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则启动电容计算和控制模块，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并重新启动电压值读取模块；

电容计算和控制模块，用于根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后启动反馈模块；

反馈模块，用于实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器的二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则重新启动饱和判断模块，若在规定范围内，则本次误差控制结束。

采用电容计算和控制模块能够实时地对测量误差进行电容补偿，从而有效降低电流互感器的测量误差；采用反馈模块能够实时地对补偿结果进行反馈控制，直到满足规定的测量误差范围，使电流互感器具有较高的测量精度。

作为本发明的进一步改进方案，还包括定时循环模块，用于定时循环启动电压值读取模块。采用定时循环模块能够长时间确保电流互感器具有较高的测量精度。

本发明的有益效果在于：(1)通过负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，从而实时地对测量误差进行电容补偿，因晶闸管投切电容装置的电流补偿了励磁回路电流，其流过二次回路的电流能够真实反映一次电流值，降低电流互感器的测量误差，达到提高测量精度的目的；(2)通过实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，从而实时地对补偿结果进行反馈控制，直到满足规定的测量误差范围，使电流互感器具有较高的测量精度。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统结构示意图；

图3含励磁支路的电流互感器等效模型；

图4为本发明添加了电容补偿支路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种降低电流互感器测量误差的方法包括如下步骤：

步骤1，实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后进入步骤2；

步骤2，根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，电流互感器的饱和状态判断是利用导数法的饱和判据：

|ΔI(t)-ΔI(t-Δt)|＞K    (1)

其中，|ΔI(t)-ΔI(t-Δt)|为电流互感器二次侧电流的二阶导数，Δt为采样间隔，K为常数，可根据要求的不同灵敏度设置相应的值，一般为额定电流的1.5～3.5倍，若进入饱和状态，则进入步骤3，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并返回步骤1；

步骤3，根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，如图3含励磁支路的电流互感器等效模型所示，当没有进行电容补偿时，由分流、分压原理可得：

I＇₁＝I_M+I₂    (2)

$Z_L+Z_2=\frac{E_2}{I_2}---\left(3\right)$

式(2)和(3)中，I′₁为一次侧折合到二次侧的电流，I₂分别为电流互感器的一次侧和二次测的实际电流值，I_M为励磁电流，即需要补偿的电流，Z_L为二次侧负载阻抗，Z₂为二次线圈阻抗，E₂为二次侧感应电动势，定义电流互感器的测量误差f_e为：

$f_e=\frac{I_1^{\′}-I_2}{I_1^{\′}}\×100\%=(1-\frac{I_2}{I_1^{\′}})\×100\%---\left(4\right)$

若电流互感器的规定误差值要满足在0～10％范围内，则需设定测量误差f_e＝10％，再由式(4)得：

$I_1^{\′}=\frac{I_2}{1-f_e}---\left(5\right)$

定义电流倍数m为：

$m=\frac{I_1}{I_{1N}}=\frac{I_1}{K_{\mathrm{iN}}{I}_{2N}}=\frac{k_i{I}_1^{\′}}{K_{\mathrm{iN}}{I}_{2N}}---\left(6\right)$

式中，I_1N和I_2N分别为一次侧和二次侧的额定电流，I₁为电流互感器一次测的实际电流值，为电流互感器实际变比，再由式(2)、(5)和(6)得：

$m=\frac{K_i{I}_M}{K_{\mathrm{iN}}{I}_{2N}{f}_e}---\left(7\right)$

由于二次线圈阻抗Z₂值较小，所以可令U₂＝E₂，于是由式(2)、(3)和(5)得：

$Z_L+Z_2=\frac{E_2}{I_2}=\frac{U_2{f}_e}{\left({1-f}_e\right)I_M}---\left(8\right)$

式中，U₂为负载阻抗电压值，再由式(7)和(8)得：

$m=\frac{K_i{U}_2}{K_{\mathrm{iN}}{I}_{2N}\left({1-f}_e\right)(Z_L+Z_2)}---\left(9\right)$

再根据欧姆定律有：

Z_X·I_X＝U₂    (10)

式中，Z_X为补偿电容的容抗，再由(10)式得：

$Z_X=\frac{1}{2\mathrm{\πf}{C}_X}=\frac{U_2}{I_C}=\frac{U_2}{I_M}---\left(11\right)$

式中，f为工作电压频率，C_X为补偿电容值，I_C为补偿电容的补偿电流，再由式(7)和(11)得：

$C_X=\frac{I_M}{2\mathrm{\π}{\mathrm{fU}}_2}=\frac{{\mathrm{mK}}_{\mathrm{iN}}{I}_{2N}{f}_e}{2\mathrm{\π}{\mathrm{fK}}_i{U}_2}---\left(12\right)$

由于I_1N/I_2N≈I₁/I₂，则可近似处理k_iN＝K_i，再通过式(9)计算出m值，于是可进一步求出C_X的值，在求出补偿电容值C_X后，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，使晶闸管投切电容装置输出的补偿电容大小等于C_X，在控制完成后进入步骤4；

步骤4，实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，将由式(9)计算出的m值回代至式(7)计算出I_M，再将I_M回代至式(6)求出I₁，再根据式(4)求出电容补偿后的测量误差f_e，并判断电流互感器在电容补偿后的测量误差f_e是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则返回步骤2，若在规定范围内，则本次测量误差控制结束。

为了进一步使电流互感器维持较高的测量精度，本发明还包括步骤5，定时循环进入步骤1进行再次误差测量。

如图2所示，本发明的降低电流互感器测量误差的系统包括：电压值读取模块、饱和判断模块、电容计算和控制模块以及反馈模块，其中，电压值读取模块，用于实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后启动饱和判断模块和定时循环模块；

饱和判断模块，用于根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则启动电容计算和控制模块，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并重新启动电压值读取模块；

电容计算和控制模块，用于根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后启动反馈模块；

反馈模块，用于实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则重新启动饱和判断模块，若在规定范围内，则本次误差控制结束；

定时循环模块，用于定时循环启动电压值读取模块。

本系统在工作时，首先由电压值读取模块实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后启动饱、判断模块和定时循环模块；再由饱和判断模块根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则启动电容计算和控制模块，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并重新启动电压值读取模块；当电容计算和控制模块启动时，可根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后启动反馈模块；当反馈模块启动时，可实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器的二次回路电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则重新启动饱和判断模块，若在规定范围内，则本次误差控制结束。为了能够使电流互感器维持在比较稳定的误差状态，可通过定时循环模块定时循环启动电压值读取模块，进行循环检测控制。

Claims (5)

1.一种降低电流互感器测量误差的方法，其特征在于：在电流互感器的二次回路中并联一个晶闸管投切电容装置，所述晶闸管投切电容装置投入的电容器值由与各个电容器相连的晶闸管控制，具体包括如下步骤：

步骤1，实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后进入步骤2；

步骤2，根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则进入步骤3，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并返回步骤1；

步骤3，根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后进入步骤4；

步骤4，实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则返回步骤2，若在规定范围内，则本次误差控制结束。

2.根据权利要求1所述的降低电流互感器测量误差的方法，其特征在于：还包括步骤5，定时循环进入步骤1。

3.根据权利要求1或2所述的降低电流互感器测量误差的方法，其特征在于：所述步骤2中的饱和判据利用导数法获得输入电流和输出电流的变化率，若输出电流的变化率不按输入电流的变化率进行变化，而是变化率减小或基本不变，则判断电流互感器进入了饱和状态。

4.一种降低电流互感器测量误差的系统，其特征在于：包括电压值读取模块、饱和判断模块、电容计算和控制模块以及反馈模块，

所述电压值读取模块，用于实时读取从电流互感器二次侧采集的负载阻抗电压值，在读取完成后启动饱和判断模块；

所述饱和判断模块，用于根据采集的负载阻抗电压值计算电流互感器的二次侧回路电流，再利用电流互感器的饱和判据判断电流互感器是否进入饱和状态，若进入饱和状态，则启动电容计算和控制模块，若未进入饱和状态，则向晶闸管投切电容装置发送闭锁晶闸管控制信号，并重新启动电压值读取模块；

所述电容计算和控制模块，用于根据读取的负载阻抗电压值以及电流互感器的规定误差值计算出晶闸管投切电容装置需要投入的补偿电容值，再向晶闸管投切电容装置的相应晶闸管发送开启晶闸管控制信号，并控制相应晶闸管的导通角大小，在控制完成后启动反馈模块；

所述反馈模块，用于实时读取晶闸管投切电容装置进行电容补偿后电流互感器的二次侧的实际电流值，计算电流互感器在进行电容补偿后的测量误差，并判断电流互感器的测量误差是否在规定的误差范围内，若超出规定范围，则重新启动饱和判断模块，若在规定范围内，则本次误差控制结束。

5.根据权利要求4所述的降低电流互感器测量误差的系统，其特征在于：还包括定时循环模块，用于定时循环启动电压值读取模块。