CN104407209A - 一种配电变压器能效计量检测方法 - Google Patents

一种配电变压器能效计量检测方法 Download PDF

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CN104407209A CN201410601509.1A CN201410601509A CN104407209A CN 104407209 A CN104407209 A CN 104407209A CN 201410601509 A CN201410601509 A CN 201410601509A CN 104407209 A CN104407209 A CN 104407209A
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Abstract

本发明提供一种配电变压器能效计量检测方法,所述方法包括如下步骤:步骤S1,建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型;步骤S2,计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值;步骤S3,根据所述能源效率值,建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置,并用所述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。该方法能准确的测量出变压器在实际工况下的能源效率值,并且测量仪表引入的不确定度小,适应性强,实际应用价值高。

Description

一种配电变压器能效计量检测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种检测方法,具体讲涉及一种配电变压器在实际工况下配电变压器 能效计量检测方法。
背景技术
[0002] 电网中非线性负载引起的电力谐波加剧配电变压器的总损耗,导致其带负载能力 下降,电能的巨大浪费。而影响变压器总损耗因素众多,且部分因素存在模糊性和不确定 性,这就降低了能效状态评估的准确性。
[0003] 由于配电变压器的损耗受负载大小和类型的影响,不是一个固定值,长期以来,国 内外判断是否为高损耗配电变压器的方法一般通过空载试验和短路试验测量其铜耗和铁 耗大小,进而与国家制定的标准比较,这种评估变压器静态能效的方式忽略了实际电网中 非线性负载影响和负载不平衡等因素对变压器造成的损耗。
[0004] 因此需要提供一种实际工况下变压器能效计量的检测方法,以为变压器的降损节 能以及变压器的能效等级判定提供数据支撑。
发明内容
[0005] 为了克服现有技术中所存在的上述不足,本发明提供一种配电变压器在实际工况 下配电变压器能效计量检测方法。
[0006] 本发明提供的技术方案是:一种配电变压器能效计量检测方法,其改进之处在于: 所述方法包括如下步骤:
[0007] 步骤S1,建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型;
[0008] 步骤S2,计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值;
[0009] 步骤S3,根据所述能源效率值,建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置,并 用所述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。
[0010] 优选的,所述步骤Si的无功损耗二端口网络模型包括:配电变压器、虚拟电流源 和虚拟电压源;所述配电变压器包括两个输入和输出端口,所述两个输入端口之间并联所 述虚拟电流源,所述两个输出端口中的一个输出端与所述虚拟电压源的一端连接;所述两 个输出端口中的另一端输出端和所述虚拟电压源的另一端为所述无功损耗二端口网络模 型的输出端;所述虚拟电流源的两端为所述无功损耗二端口网络模型的输入端。 toon] 进一步,所述虚拟电流源电流为r = I1-I2A1,其中r为虚拟电流源的电流山为 配电变压器输入端口的电流;12为配电变压器输出端口的电流^为任意比例常数;I2A1为所述无功损耗二端口网络模型的输入电流;
[0012] 所述虚拟电压源电压为v# = V1A2-V2,其中v#为虚拟电压源两端的电压A为所 述配电变压器的两个输入端口之间的电压;v2为所述配电变压器的两个输出端口之间的电 压;K2为任意比例常数,K2 = K1 AA2为所述无功损耗二端口网络模型的输出电压;
[0013] 所述无功损耗二端口网络模型的输入电压等于所述配电变压器的两个输入端口 之间的电压等于V1;所述无功损耗二端口网络模型的输出电流等于所述配电变压器输出端 口的电流等于I2。
[0014] 进一步,步骤S2包括:根据下式(1)计算所述无功损耗二端口网络模型的输入功 率Pl :
[0015] Pl = V1XI2A1 (1);
[0016] 根据下式(2)计算所述无功损耗二端口网络模型的输出功率P2 :
[0017] P2 = V1A2XI2 (2);
[0018] 由 K2= K1,可知 Pl = P2 ;
[0019] 根据Pl = P2,得到所述无功损耗二端口网络模型的输入功率等于其输出功率;所 述虚拟电压源和所述虚拟电流源提供的功率等于所述配电变压器消耗的功率;
[0020] 根据式(3)计算所述虚拟电流源提供的功率P' :
[0021] P' = (IrI2A1) XV1 (3);
[0022] 根据式(4)计算所述虚拟电压源提供的功率P":
[0023] P" = (V1A2-V2) XI2 (4);
[0024] 根据式(3)和式(4),用式(5)计算所述配电变压器的功率损耗Puss :
[0025] Ploss = P' +P" = (I1-I2A1) XV^(V1A2-V2) XI2 (5);
[0026] 根据式(6)计算所述无功损耗二端口网络模型中的配电变压器的能源效率值n :
Figure CN104407209AD00071
[0028] 优选的,所述步骤S3中的检测装置包括:电流检测部分,电压检测部分,智能宽带 传感器,宽带测试仪和上位机;
[0029] 所述电流检测部分和所述电压检测部分分别通过电流互感器和电压互感器与所 述智能宽带传感器连接;所述智能宽带传感器、所述宽带测试仪、所述上位机依次连接。
[0030] 进一步,所述电流检测部分通过电流互感器检测配电变压器在实际工况下的电流 参数;所述电压检测部分通过电压互感器检测配电变压器在实际工况下的电压参数;所述 智能宽带传感器测量所述电流互感器的输出电流和所述电压互感器的输出电压;所述宽带 测试仪根据所述输出电流和所述输出电压计算所述配电变压器在实际工况下的能源效率 值;所述上位机显示和存储所述能源效率值。
[0031] 进一步,所述配电变压器的输入侧接工频电压源,其输出侧接负载。
[0032] 进一步,所述电流检测部分包括电流互感器CT、CTl、CT2和CT3 ;所述电压检测部 分包括电压互感器VT、VTl和VT2 ;
[0033] 所述电压互感器VT2的一次绕组的一端分别与工频电压源的一端和所述电流互 感器CT2的一次绕组的一端连接,所述电压互感器VT2的一次绕组的另一端分别与所述工 频电压源的另一端、所述电流互感器CTl的一次绕组的一端、所述电压互感器VT -次绕组 的一端和所述电流互感器CT的二次绕组的一端连接;所述电流互感器CT2的一次绕组的另 一端分别与所述电压互感器VT的一次绕组的另一端和所述配电变压器的一次绕组的一端 连接,所述电流互感器CTl的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器一次绕组的另一端 和所述电流互感器CT的二次绕组的另一端连接;
[0034] 所述电流互感器CT的一次绕组的一端分别与所述配电变压器的二次绕组的一端 和所述电压互感器VT的二次绕组的一端连接,所述电流互感器CT的二次绕组的另一端与 所述电流互感器CT3的一次绕组的一端连接,所述电流互感器CT3的一次绕组的另一端与 负载连接,所述电压互感器VT的二次绕组的另一端与所述电压互感器VTl的一次绕组的一 端连接,所述电压互感器VTl的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器的二次绕组的另 一端和所述负载连接;
[0035] 所述电压互感器VT2的二次绕组的两端、所述电压互感器VTl的二次绕组的两端、 所述电流互感器CT1的二次绕组两端、所述电流互感器CT2的二次绕组两端、以及所述电流 互感器CT3的二次绕组两端分别与所述智能宽带传感器连接。
[0036] 进一步,所述电流互感器CT的变比为Kl : 1,所述电流互感器CT1的变比为1:1,所 述电流互感器CT2的变比为1:1 ;所述电流互感器CT3的变比为1 :1 ;所述电压互感器VT的 变比为K2 :1,所述电压互感器VTl的变比为1:1,所述电压互感器VT2的变比为1:1 ;其中 Kl和K2为任意比例常数,且Kl = K2 ;
[0037] 所述电流互感器CTl测量配电变压器在实际工况下的电流参数I1-I2/K1,其中Il 为所述配电变压器在实际工况下的输入电流,12为所述配电变压器在实际工况下的输出电 流;
[0038] 所述电流互感器CT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电流Il ;
[0039] 所述电流互感器CT3测量所述配电变压器在实际工况下的输出电流12 ;
[0040] 所述电压传感器VTl测量所述配电变压器在实际工况下的电压参数V1/K2-V2,其 中Vl为所述配电变压器在实际工况下的输入电压,V2为所述配电变压器在实际工况下的 输出电压;
[0041] 所述电压互感器VT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电压VI。
[0042] 进一步,所述智能宽带传感器包括电流传感器、电压传感器、信号调理电路、AD转 换器、微控制器、第一光纤通信接口和隔离电源;
[0043] 所述电流传感器包括与所述电流互感器输出端相连的输入以及与所述信号调理 电路输入端相连的输出;所述电压传感器包括与所述电压互感器输出端相连的输入以及与 所述信号调理电路输入端相连的输出;所述信号调理电路包括分别与所述AD转换器输入 端连接的输出以及与所述微控制器输入端连接的输出,所述微控制器包括与所述AD转换 器输出端连接的输入以及与所述第一光纤通信接口连接的输出;
[0044] 所述隔离电源分别与所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器连接。
[0045] 进一步,所述电流传感器测量所述电流互感器的输出电流,并将其传输给信号调 理电路;所述电压传感器测量所述电压互感器的输出电压,并将其传输给信号调理电路; 所述信号调理电路对接收到的信号调理后分别传输给所述AD转换器和所述微控制器;所 述AD转换器对接收到的信号进行AD转换后传输给微控制器;所述微控制器接收所述信号 调理电路的输出信号,计算所述输出信号的周期后通过光纤通信接口传输给宽带测试仪; 所述微控制器接收所述AD转换器的输出信号,读取和修正所述输出信号后通过所述第一 光纤通信接口传输给宽带测试仪;
[0046] 所述隔离电源用于给所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器供电。
[0047] 进一步,所述电流传感器包括第一电流传感器、第二电流传感器和第三电流传感 器;所述电压传感器包括第一电压传感器和第二电压传感器;所述信号调理电路包括A、B、 C、D和E五个信号调理电路;
[0048] 所述第一电流传感器包括与电流互感器CTl的二次绕组相连的输入以及与所述 信号调理电路A的输入端相连的输出;所述第二电流传感器包括与电流互感器CT2的二次 绕组相连的输入以及与所述信号调理电路B的输入端相连的输出;所述第三电流传感器包 括与电流互感器CT3的二次绕组相连的输入以及与所述信号调理电路C的输入端相连的输 出;
[0049] 所述第一电压传感器包括与电压互感器VTl的二次绕组相连的输入以及与所述 信号调理电路D的输入端相连的输出;所述第二电压传感器包括与电压互感器VT2的二次 绕组相连的输入以及与所述信号调理电路E的输入端相连的输出;
[0050] 所述AD转换器包括分别与所述信号调理电路A、所述信号调理电路B、所述信号调 理电路C、所述信号调理电路D以及所述信号调理电路E连接的输入。
[0051] 进一步,所述信号调理电路包括缓冲放大器、增益控制器、次级运算放大器、二阶 Butterworth低通滤波器、相位补偿电容、输出缓冲器、基波范围低通滤波器和过零检测电 路;
[0052] 所述缓冲放大器、所述增益控制器、所述次级运算放大器、所述二阶Butterworth 低通滤波器以及所述输出缓冲器依次连接,所述相位补偿电容与所述二阶Butterworth低 通滤波器并联,所述缓冲放大器的另一端为与所述电流传感器输出端或所述电压传感器输 出端连接的输入,所述输出缓冲器器的另一端为与所述AD转换器连接的输出;
[0053] 所述基波范围低通滤波器包括与所述增益控制器输出端连接的输入以及与所述 过零检测电路输入端连接的输出;所述过零检测电路包括与所述微控制器输入接口相连的 输出。
[0054] 进一步,所述缓冲放大器对所述电压传感器或所述电流传感器输出信号进行阻抗 匹配及初级放大后输出给增益控制器,所述增益控制器在所述微控制器的控制下调整电路 放大系数,保持输出信号幅度恒定不变,并在所述微控制器的控制下分别输出信号给所述 次级运算放大器和所述基波范围低通滤波器;
[0055] 所述次级运算放大电路对信号进行固定倍数放大后向所述二阶Butterworth低 通滤波器输出,所述二阶Butterworth低通滤波器对信号中的高频部分进行衰减,低频部 分完好保留后向所述输出缓冲器输出,所述输出缓冲器对输出信号进行缓冲后向AD转换 器输出并米样;
[0056] 所述基波范围低通滤波器对信号中的基波范围以外的信号部分进行衰减,保留基 波范围内的信号输出给所述过零检测电路,所述过零检测电路对接收信号的过零时刻进行 记录后向微控制器的捕获中断口输出;
[0057] 所述相位补偿电容使信号调理电路输出达到相位一致。
[0058] 进一步,所述微控制器接收所述过零检测电路的输出信号,计算所述信号周期,并 向宽带测试仪输出,所述宽带测试仪根据所述信号周期计算频率并将所述频率作为能源效 率计算的基础频率;所述AD转换器将所述频率作为同步采样频率。
[0059] 进一步,所述宽带测试仪包括第二光纤通信接口,数字信号处理器DSP,现场可编 程逻辑门阵列FPGA、USB通信接口和LED显示屏;所述第二光纤通信接口、所述数字信号处 理器DSP、所述现场可编程逻辑门阵列FPGA和所述USB通信接口依次连接,所述LED显示屏 与所述数字信号处理器DSP连接;
[0060] 所述第二光纤通信接口与智能传感器的第一光纤通信接口相连;所述USB通信接 口与上位机连接。
[0061] 进一步,所述数字信号处理器DSP在所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的同步逻辑 控制下通过所述第二光纤通信接口接收所述智能传感器输出的电流参数I1-I2/K1、II、12 和电压参数V1/K2-V2、VI,并采用如下式(7)计算所述配电变压器的能源效率值n',并将 计算数据通过USB通信接口发送到上位机,进行实时波形显示和谐波分析,所述LED显示屏 显示当前计算的能源效率值n' ;
Figure CN104407209AD00101
[0063] 与最接近的技术方案相比,本发明具有如下显著进步:
[0064] 本发明提供的技术方案采用电流互感器CTl检测配电变压器一、二次电流的差值 信号,采用电压互感器VTl测量配电变压器一、二次电压的差值信号,可以测量出谐波存在 情况下的变压器的总有功功率损耗值;
[0065] 本发明提供的技术方案能准确测量出配电变压器在实际工况下的能源效率值,测 量仪表引入的不确定度小,适应性强,实际应用价值高,可以用作重要的节能数据参考依 据,此外还可以应用于配电变压器精确能效计量分析、计算以及能效等级等的判断。
附图说明
[0066] 图1为配电变压器的无功损耗二端口网络模型;
[0067] 图2本发明提供的配电变压器在实际工况下的能效计量检测装置的结构原理图;
[0068] 图3为图2中智能宽带传感器和宽带测试仪的结构原理图;
[0069] 图4为图3中信号调理电路的结构原理图。
具体实施方式:
[0070] 为了更好地理解本发明,下面结合说明书附图和具体实施例对本发明的内容做进 一步地说明:
[0071] 本发明提供的能效检测方法包括三个步骤:
[0072] 步骤S1,建立配电变压器的无功损耗二端口网络模型;
[0073] 如图1所示:所述无功损耗二端口网络模型包括配电变压器、虚拟电流源和虚拟 电压源;
[0074] 所述虚拟电流源的电流大小为r = I1-I2A1,其中r为虚拟电流源的电流山为配 电变压器输入端口的电流;I2为配电变压器输出端口的电流^为任意比例常数;I2A1为 所述无功损耗二端口网络模型的输入电流;
[0075] 所述虚拟电压源的电压为V# = V1A2-V2,其中V#为虚拟电压源两端的电压;V 1为 所述配电变压器的两个输入端口之间的电压;v2为所述配电变压器的两个输出端口之间的 电压;K2为任意比例常数,K2 = K1 AA2为所述无功损耗二端口网络模型的输出电压;
[0076] 所述无功损耗二端口网络模型的输入电压等于所述配电变压器的两个输入端口 之间的电压等于V1 ;所述无功损耗二端口网络模型的输出电流等于所述配电变压器输出端 口的电流等于I2。
[0077] 步骤S2 :计算所述无功损耗二端口网络模型中的配电变压器的能源效率值;
[0078] 包括:根据公式(1)计算所述无功损耗二端口网络模型的输入功率Pl :
[0079] Pl = V1XI2A1 (1);
[0080] 根据公式(2)计算所述无功损耗二端口网络模型的输出功率P2 :
[0081] P2 = V1A2XI2 (2);
[0082] 由 K2 = K1,可知 Pl = P2 ;
[0083] 根据Pl = P2,得到所述无功损耗二端口网络模型的输入功率等于其输出功率;所 述虚拟电压源和所述虚拟电流源提供的功率等于所述配电变压器消耗的功率;
[0084] 根据公式(3)计算所述虚拟电流源提供的功率P' :
[0085] P1 = (I1-I2A1)XV1 (3);
[0086] 根据公式(4)计算所述虚拟电压源提供的功率P":
[0087] P" = (V1A2-V2) XI2 (4);
[0088] 根据公式(3)和公式(4),采用公式(5)计算所述配电变压器的功率损耗Puss :
[0089] Ploss = P' +P;/ = (I1-I2A1) XV^(V1A2-V2) XI2 (5);
[0090] 根据公式(6)计算所述配电变压器在实际工况下的能源效率值n :
Figure CN104407209AD00111
[0092] 步骤S3 :根据能源效率值n,建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置,并 用所述检测装置检测配电变压器在实际工况下的能源效率值;
[0093] 如图2所示:所述配电变压器在实际工况下的输入侧接工频电压源,其输出侧接 负载。所述负载包括线性负载或非线性负载;当负载为线性的阻性负载时,此时配电变压器 的二次侧电流不含谐波,配电变压器的有功损耗只有基波有功损耗;当负载为非线性的负 载时,此时配电变压器的二次侧电流就含有谐波,配电变压器的有功损耗就包括基波有功 损耗和谐波有功损耗;
[0094] 本发明采用电流互感器和电压互感器分别测量配电变压器在实际工况下的电流 参数和电压参数;电流互感器的型号为HL23/10,精度可以达到0. 02%,变比的范围很宽; 电压互感器的型号为HJB-6. 10G0. 2,精度可以达到0. 002%,额定一次电压为10kV,二次电 压为100V。
[0095] 图2中:电流互感器CT的变比为Kl :1,电流互感器CTl的变比为1:1,电流互感器 CT2的变比为1:1 ;电流互感器CT3的变比为1 :1 ;电压互感器VT的变比为K2 :1,电压互感 器VTl的变比为1:1,电压互感器VT2的变比为1:1 ;其中Kl和K2为任意比例常数,且Kl =K2 ;
[0096] 所述电流互感器CTl测量配电变压器在实际工况下的电流参数I1-I2/K1,并将测 得的电流参数I1-I2/K1输出给智能宽带传感器;其中Il为所述配电变压器在实际工况下 的输入电流,12为所述配电变压器在实际工况下的输出电流,所述电流参数I1-I2/K1与无 功损耗二端口网络模型中虚拟电流源的电流相对应;
[0097] 所述电流互感器CT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电流II,并将测得 的电流Il输出给智能宽带传感器;
[0098] 所述电流互感器CT3测量所述配电变压器在实际工况下的输出电流12,并将测得 的电流12输出给智能宽带传感器;
[0099] 所述电压传感器VTl测量所述配电变压器在实际工况下的电压参数V1/K2-V2,并 将测得的电压参数V1/K2-V2输出给智能宽带传感器;其中Vl为所述配电变压器在实际工 况下的输入电压,V2为所述配电变压器在实际工况下的输出电压,所述电压参数V1/K2-V2 与无功损耗二端口网络模型中的虚拟电压源的电压相对应;
[0100] 所述电压互感器VT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电压VI,并将测得 的电压参数Vl输出给智能宽带传感器;
[0101] 智能宽带传感器将采集到的相应的电压和电流参数输出给宽带测试仪,通过宽带 测试仪计算配电变压器在实际工况下的能源效率值,并通过上位机对该能源效率值进行实 时波形显示和谐波分析。
[0102] 如图3所示:所述智能宽带传感器包括电流传感器、电压传感器、信号调理电路、 AD转换器MAXl 1045、微控制器MSP430F1X,第一光纤通信接口和隔离电源;
[0103] 电流传感器包括三个,三个电流传感器分别测量所述电流互感器CT1、所述电流互 感器CT2、所述电流互感器CT3的二次绕组输出电流,电流传感器采用Rogowski线圈,精度 可以高于0. 1%,电流变比的范围很宽;
[0104] 电压传感器包括两个,两个电压传感器分别测量所述电压互感器VTl和所述电压 互感器VT2的二次绕组输出电压,电压传感器采用高精度电阻分压的方案。
[0105] 信号调理电路:信号调理电路包括五个结构相同的信号调理电路,信号调理电路 的结构如图4所示:包括缓冲放大器,增益控制器、次级运算放大器、二阶Butterworth低通 滤波器、相位补偿电容、输出缓冲器、基波范围低通滤波器和过零检测电路。
[0106] 传感器信号输入到缓冲放大器,完成阻抗匹配及初级放大后输出到增益控制器; 增益控制器可在微控制器的控制下调整电路放大系数来保持输出的信号幅度恒定或基本 不变,并在在微控制器的控制下输出信号分别给次级运算放大器和基波范围低通滤波器; 次级运算放大电路为固定增益宽带放大器,次级运算放大电路主要对信号进行固定倍数的 放大,其输出送低通滤波器,为了对高频的信号进行更好的衰减和滤除,因此低通滤波器设 计为二阶Butterworth低通滤波器,该二阶Butterworth低通滤波器对信号中的高频部分 进行衰减,低频部分信号能够完好保留,为使电压电流的信号调理电路输出达到相位一致, 外加可变的相位补偿电容;二阶Butterworth低通滤波器输出经输出缓冲器实现微控制器 与AD转换器的速度能达到一致,最后输出缓冲器中的数据输出送AD转换器的输入进行采 样。
[0107] 基波范围低通滤波器只容许基波范围附近的信号通过,其他的信号部分被衰减, 保留的基波范围内的信号经过过零检测电路,对该信号的过零时刻进行记录,其输出送MCU 的捕获中断口,MCU根据两次信号过零脉冲计算出信号周期。该周期被送到宽带测试仪用 于计算频率,并以此频率作为测量系统同步采样和各参量计算的基础频率。
[0108] AD转换器:
[0109] 为保证测量精度的要求和测量后运算的要求,选用16位6通道同时采样ADC芯片 MAXl 1045。AD转换器与微控制器通过并口连接,采样/转换起始由微控制器MSP430F1X控 制,所有采集都是同步的。
[0110] 微控制器:
[0111] 智能宽带传感器中的微控制器完成智能传感器的增益设置、AD转换器的控制和数 据处理、与宽带测试仪的高速数据通信等功能。微控制器选用采用TI公司的MSP430F1X芯 片完成。
[0112] 增益控制有两种方式,或者由微控制器根据被测试信号的测量幅值自动调整,或 者通过宽带测试仪人工设置,两种方式的选择在宽带测试仪中完成。
[0113] AD转换器的控制和数据处理:
[0114] 微控制器和AD转换器通过微控制器的并口连接,在一次转换完成后,AD转换器向 微控制器发送中断请求,微控制器读取转换结果,经与测量通道相关的误差修正后,数据进 行与传感器相关的线性度修正处理,获得被测试信号的准确值。同时获取的电压/电流信 号进行高速数据通信数据帧形成,通过串行口向测试仪发送。
[0115] 第一光纤通信接口 :在高压测量系统中,从安全性和数据通信速度及可靠性的角 度考虑,选用光纤作为通信接口的物理媒介。智能传感器与测试仪间有3根通信光纤,其中 两个作为全双工串行口使用,另外一根为测试仪向两台传感器发送的同步信号使用。
[0116] 隔离电源:智能传感器中使用的隔离电源与电网电源是隔离的,通过隔离变压器 完成。
[0117] 如图3所示:所述宽带测试仪包括:第二光纤通信接口,主处理器,通讯控制器和 USB通信接口;
[0118] 宽带测试仪中采用TI公司32位的数字信号处理器DSP作为主处理器,采用FPGA 作为实时通讯控制器,数字信号处理器DSP在FPGA的同步逻辑控制下与智能宽带传感器进 行通讯。并设置了大容量高速缓存,保证采用的实时性。
[0119] 宽带测试仪的基本工作流程为:与之连接的智能传感器通过光纤与数字信号处理 器DSP的串行口连接,在串行口接收到一个完整的数据帧后,数字信号处理器DSP采用公
Figure CN104407209AD00131
的能源效率值V,并在LED上显示当前测量值。同时测量数据通过USB通信接口发送到上 位机,进行实时波形显示和谐波分析。
[0120] 计量检测装置为高电压、大电流操作环境,线路较长,采用光纤线路进行数字信号 传输,有效减少了模拟信号传输过程中的信号衰减和复杂电磁干扰。
[0121] 以上仅为本发明的实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则 之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (17)

1. 一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤: 步骤S1,建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型; 步骤S2,计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值; 步骤S3,根据所述能源效率值,建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置,并用所 述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。
2. 如权利要求1所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述步骤S1的无功损耗二端口网络模型包括:配电变压器、虚拟电流源和虚拟电压 源;所述配电变压器包括两个输入和输出端口,所述两个输入端口之间并联所述虚拟电流 源,所述两个输出端口中的一个输出端与所述虚拟电压源的一端连接;所述两个输出端口 中的另一端输出端和所述虚拟电压源的另一端为所述无功损耗二端口网络模型的输出端; 所述虚拟电流源的两端为所述无功损耗二端口网络模型的输入端。
3. 如权利要求2所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述虚拟电流源电流为r=ii-L/Ki,其中r为虚拟电流源的电流山为配电变压器 输入端口的电流;12为配电变压器输出端口的电流屯为任意比例常数;12/1为所述无功 损耗二端口网络模型的输入电流; 所述虚拟电压源电压为V# = ,其中V#为虚拟电压源两端的电压;%为所述配 电变压器的两个输入端口之间的电压;V2为所述配电变压器的两个输出端口之间的电压;K2为任意比例常数,K2 = & 为所述无功损耗二端口网络模型的输出电压; 所述无功损耗二端口网络模型的输入电压等于所述配电变压器的两个输入端口之间 的电压等于% ;所述无功损耗二端口网络模型的输出电流等于所述配电变压器输出端口的 电流等于12。
4. 如权利要求3所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 步骤S2包括:根据下式(1)计算所述无功损耗二端口网络模型的输入功率P1 : PI=ViXI^ (1); 根据下式(2)计算所述无功损耗二端口网络模型的输出功率P2 : P2 = (2); 由K2 = &,可知PI=P2 ; 根据PI=P2,得到所述无功损耗二端口网络模型的输入功率等于其输出功率;所述虚 拟电压源和所述虚拟电流源提供的功率等于所述配电变压器消耗的功率; 根据式(3)计算所述虚拟电流源提供的功率P' : P' = (Ii-L/igXV! (3); 根据式(4)计算所述虚拟电压源提供的功率P": P" = (V/l-%)XI2 (4); 根据式(3)和式(4),用式(5)计算所述配电变压器的功率损耗I%ss : PL〇ss =P,+P" =(IrVDxv(Vk2-v2)X12 (5); 根据式(6)计算所述无功损耗二端口网络模型中的配电变压器的能源效率值n:
Figure CN104407209AC00021
5. 如权利要求1所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述步骤S3中的检测装置包括:电流检测部分,电压检测部分,智能宽带传感器,宽带 测试仪和上位机; 所述电流检测部分和所述电压检测部分分别通过电流互感器和电压互感器与所述智 能宽带传感器连接;所述智能宽带传感器、所述宽带测试仪、所述上位机依次连接。
6. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述电流检测部分通过电流互感器检测配电变压器在实际工况下的电流参数;所述电 压检测部分通过电压互感器检测配电变压器在实际工况下的电压参数;所述智能宽带传感 器测量所述电流互感器的输出电流和所述电压互感器的输出电压;所述宽带测试仪根据所 述输出电流和所述输出电压计算所述配电变压器在实际工况下的能源效率值;所述上位机 显示和存储所述能源效率值。
7. 如权利要求6所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述配电变压器的输入侧接工频电压源,其输出侧接负载。
8. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述电流检测部分包括电流互感器CT、CT1、CT2和CT3 ;所述电压检测部分包括电压互 感器VT、VT1 和VT2 ; 所述电压互感器VT2的一次绕组的一端分别与工频电压源的一端和所述电流互感器CT2的一次绕组的一端连接,所述电压互感器VT2的一次绕组的另一端分别与所述工频电 压源的另一端、所述电流互感器CT1的一次绕组的一端、所述电压互感器VT-次绕组的一 端和所述电流互感器CT的二次绕组的一端连接;所述电流互感器CT2的一次绕组的另一 端分别与所述电压互感器VT的一次绕组的另一端和所述配电变压器的一次绕组的一端连 接,所述电流互感器CT1的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器一次绕组的另一端和 所述电流互感器CT的二次绕组的另一端连接; 所述电流互感器CT的一次绕组的一端分别与所述配电变压器的二次绕组的一端和所 述电压互感器VT的二次绕组的一端连接,所述电流互感器CT的二次绕组的另一端与所述 电流互感器CT3的一次绕组的一端连接,所述电流互感器CT3的一次绕组的另一端与负载 连接,所述电压互感器VT的二次绕组的另一端与所述电压互感器VT1的一次绕组的一端连 接,所述电压互感器VT1的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器的二次绕组的另一端 和所述负载连接; 所述电压互感器VT2的二次绕组的两端、所述电压互感器VT1的二次绕组的两端、所述 电流互感器CT1的二次绕组两端、所述电流互感器CT2的二次绕组两端、以及所述电流互感 器CT3的二次绕组两端分别与所述智能宽带传感器连接。
9. 如权利要求8所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述电流互感器CT的变比为K1 :1,所述电流互感器CT1的变比为1:1,所述电流互感 器CT2的变比为1:1 ;所述电流互感器CT3的变比为1 :1 ;所述电压互感器VT的变比为K2 : 1,所述电压互感器VT1的变比为1:1,所述电压互感器VT2的变比为1:1 ;其中K1和K2为 任意比例常数,且Kl=K2 ; 所述电流互感器CT1测量配电变压器在实际工况下的电流参数I1-I2/K1,其中II为所 述配电变压器在实际工况下的输入电流,12为所述配电变压器在实际工况下的输出电流; 所述电流互感器CT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电流II; 所述电流互感器CT3测量所述配电变压器在实际工况下的输出电流12 ; 所述电压传感器VT1测量所述配电变压器在实际工况下的电压参数V1/K2-V2,其中VI为所述配电变压器在实际工况下的输入电压,V2为所述配电变压器在实际工况下的输出电 压; 所述电压互感器VT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电压VI。
10. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述智能宽带传感器包括电流传感器、电压传感器、信号调理电路、AD转换器、微控制 器、第一光纤通信接口和隔离电源; 所述电流传感器包括与所述电流互感器输出端相连的输入以及与所述信号调理电路 输入端相连的输出;所述电压传感器包括与所述电压互感器输出端相连的输入以及与所述 信号调理电路输入端相连的输出;所述信号调理电路包括分别与所述AD转换器输入端连 接的输出以及与所述微控制器输入端连接的输出,所述微控制器包括与所述AD转换器输 出端连接的输入以及与所述第一光纤通信接口连接的输出; 所述隔离电源分别与所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器连接。
11. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述电流传感器测量所述电流互感器的输出电流,并将其传输给信号调理电路;所述 电压传感器测量所述电压互感器的输出电压,并将其传输给信号调理电路;所述信号调理 电路对接收到的信号调理后分别传输给所述AD转换器和所述微控制器;所述AD转换器对 接收到的信号进行AD转换后传输给微控制器;所述微控制器接收所述信号调理电路的输 出信号,计算所述输出信号的周期后通过光纤通信接口传输给宽带测试仪;所述微控制器 接收所述AD转换器的输出信号,读取和修正所述输出信号后通过所述第一光纤通信接口 传输给宽带测试仪; 所述隔离电源用于给所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器供电。
12. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述电流传感器包括第一电流传感器、第二电流传感器和第三电流传感器;所述电压 传感器包括第一电压传感器和第二电压传感器;所述信号调理电路包括A、B、C、D和E五个 信号调理电路; 所述第一电流传感器包括与电流互感器CT1的二次绕组相连的输入以及与所述信号 调理电路A的输入端相连的输出;所述第二电流传感器包括与电流互感器CT2的二次绕组 相连的输入以及与所述信号调理电路B的输入端相连的输出;所述第三电流传感器包括与 电流互感器CT3的二次绕组相连的输入以及与所述信号调理电路C的输入端相连的输出; 所述第一电压传感器包括与电压互感器VT1的二次绕组相连的输入以及与所述信号 调理电路D的输入端相连的输出;所述第二电压传感器包括与电压互感器VT2的二次绕组 相连的输入以及与所述信号调理电路E的输入端相连的输出; 所述AD转换器包括分别与所述信号调理电路A、所述信号调理电路B、所述信号调理电 路C、所述信号调理电路D以及所述信号调理电路E连接的输入。
13. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述信号调理电路包括缓冲放大器、增益控制器、次级运算放大器、二阶Butterworth 低通滤波器、相位补偿电容、输出缓冲器、基波范围低通滤波器和过零检测电路; 所述缓冲放大器、所述增益控制器、所述次级运算放大器、所述二阶Butterworth低通 滤波器以及所述输出缓冲器依次连接,所述相位补偿电容与所述二阶Butterworth低通滤 波器并联,所述缓冲放大器的另一端为与所述电流传感器输出端或所述电压传感器输出端 连接的输入,所述输出缓冲器器的另一端为与所述AD转换器连接的输出; 所述基波范围低通滤波器包括与所述增益控制器输出端连接的输入以及与所述过零 检测电路输入端连接的输出;所述过零检测电路包括与所述微控制器输入接口相连的输 出。
14. 如权利要求13所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述缓冲放大器对所述电压传感器或所述电流传感器输出信号进行阻抗匹配及初级 放大后输出给增益控制器,所述增益控制器在所述微控制器的控制下调整电路放大系数, 保持输出信号幅度恒定不变,并在所述微控制器的控制下分别输出信号给所述次级运算放 大器和所述基波范围低通滤波器; 所述次级运算放大电路对信号进行固定倍数放大后向所述二阶Butterworth低通滤 波器输出,所述二阶Butterworth低通滤波器对信号中的高频部分进行衰减,低频部分完 好保留后向所述输出缓冲器输出,所述输出缓冲器对输出信号进行缓冲后向AD转换器输 出并采样; 所述基波范围低通滤波器对信号中的基波范围以外的信号部分进行衰减,保留基波范 围内的信号输出给所述过零检测电路,所述过零检测电路对接收信号的过零时刻进行记录 后向微控制器的捕获中断口输出; 所述相位补偿电容使信号调理电路输出达到相位一致。
15. 如权利要求14所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述微控制器接收所述过零检测电路的输出信号,计算所述信号周期,并向宽带测试 仪输出,所述宽带测试仪根据所述信号周期计算频率并将所述频率作为能源效率计算的基 础频率;所述AD转换器将所述频率作为同步采样频率。
16. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述宽带测试仪包括第二光纤通信接口,数字信号处理器DSP,现场可编程逻辑门阵列FPGA、USB通信接口和LED显示屏;所述第二光纤通信接口、所述数字信号处理器DSP、所述 现场可编程逻辑门阵列FPGA和所述USB通信接口依次连接,所述LED显示屏与所述数字信 号处理器DSP连接; 所述第二光纤通信接口与智能传感器的第一光纤通信接口相连;所述USB通信接口与 上位机连接。
17. 如权利要求16所述的一种配电变压器能效计量检测方法,其特征在于: 所述数字信号处理器DSP在所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的同步逻辑控制下通过 所述第二光纤通信接口接收所述智能传感器输出的电流参数I1-I2/K1、II、12和电压参数 V1/K2-V2、VI,并采用如下式(7)计算所述配电变压器的能源效率值n',并将计算数据通 过USB通信接口发送到上位机,进行实时波形显示和谐波分析,所述LED显示屏显示当前计 算的能源效率值n' ;
Figure CN104407209AC00051
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