CN107202970B - 一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置 - Google Patents

一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置,所述调整方法是指使交流分压器输出电压经过输入缓冲单元和电压衰减单元后,在正交分量处理单元以及同相分量处理单元生成与交流分压器输出电压正交的电压以及同相的电压,将正交电压和同相电压与经过输入缓冲单元的电压进行矢量相加得到调节后的输出电压;所述调整装置包含输入缓冲单元、电压衰减单元、正交分量处理单元以及同相分量处理单元,所述输入缓冲单元用以匹配阻抗以及电气隔离;所述正交分量处理单元以及同相分量处理单元用以生成与交流分压器输出电压正交的电压以及同相的电压,并将正交电压以及同相的电压与输入缓冲单元输出电压进行矢量相加,得到调整后的输出电压。

Description

一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置
技术领域
本发明涉及测量电变量技术领域,更具体地,涉及一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置。
背景技术
随着人们生活质量的日益提高,人们对供电的精准性和稳定性有了更高的要求,所需使用电压性能种类繁多,从几伏到几万伏,从直流到交流等。为了应对人们对各种电压性能的需求,可以使用交流分压器对电网的高压电按实际需求进行分压使用。而交流分压器因为内置阻抗元件的选择以及连接不同负载对分压阻抗的影响等问题,在实际输出分压电压时,存在分压比不准的问题。按照分压比精确度进行分类,可大致分为一般的交流分压器和高精度的交流分压器,一般的交流分压器普遍存在分压比不准的问题,例如负载对电压精度要求很高,现有分压比存在误差达不到电压精度要求;例如使用分压器测量分压电压的性能结果推算高压电性能,会因分压比误差导致得不到准确的性能参数。而高精度的分压器在分压比阻抗元件选择时匹配各阻抗元件温度系数和电压系数等,其分压比精确度较高,但其问题在于造价昂贵且随着使用时间的增加分压比精度会慢慢减弱。
发明内容
为了解决背景技术中所述一般的分压器分压比精度不高,而选择高精度分压器不仅价格昂贵、使用时间过长后也会存在分压比精度下降等问题,本发明提出了一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置,该方法及装置根据交流分压器输出电压与实际标准电压的差值对交流分压器进行补偿,进而提高交流分压器分压比的精确度。
所述一种用于对交流分压器输出的电压信号进行调整的方法,所述方法包含:
步骤1,获得输入缓冲电压输出电压U2,所述输入缓冲单元输出电压由交流分压器输出电压U1通过输入缓冲单元获得,U2通过电压衰减单元得到电压衰减单元输出电压U3,U2的幅值为U1幅值的k1倍,U3的幅值为U2的k2倍,其中k1为输入缓冲单元增益,k2为电压衰减单元增益,k1为正数,0<k2<1,U1、U2以及U3同相位;
步骤2,获得正交分量处理单元输出电压U4,所述正交分量处理单元输出电压U4由电压衰减单元输出电压U3通过正交分量处理单元获得,U4的幅值为U3幅值的k3倍,其中k3为正交分量处理单元增益,0<k3<1,U4与U2的相位相差正90度或负90度;
步骤3,获得同相分量处理单元输出电压U5,所述同相分量处理单元输出电压U5由电压衰减单元输出电压U3通过同相分量处理单元获得,U5的幅值为U3幅值的k4倍,其中k4为同相分量处理单元增益,0<k4<1,U5与U2同相位或相位相差180度;以及
步骤4,输入缓冲处理单元输出电压U2、正交分量处理单元输出电压U4以及同相分量处理单元输出电压U5共同通过调整装置输出端得到调整装置输出电压U6,U6的幅值和相位为U2、U4以及U5矢量相加所得;
其中,根据标准电压与分压器输出电压U1在以U1相位为0相位的正交分解中两个正交方向所得差值计算所述k1、k2、k3以及k4的取值。
进一步的,所述调整电路输出电压U6的幅值随分压器输出电压U1的变化而变化,U6对于U1的相位补偿量为:
Figure BDA0001287278490000031
其中,α为相位调整角度。
进一步的,所述标准电压是指使用标准电压互感器或标准电压分压器在分压器低压臂测得的电压值。
所述一种用于对交流分压器输出的电压信号进行调整的装置,所述装置包括:
输入缓冲单元:所述输入缓冲单元由电压跟随电路构成,用于连接分压器输出端,匹配分压器输出阻抗,减小电能损耗;输入缓冲单元的增益为k1;
电压衰减单元:所述电压衰减单元由电阻分压器以及电压跟随电路依次串接组成,用于降低电压幅值,所述电压衰减单元输入端连接输入缓冲单元输出端,所述电压衰减单元的输出端为电压衰减单元中包含的电压跟随电路的输出端,增益为k2,0<k2<1;
正交分量处理单元:所述正交分量处理单元由积分电路以及多盘感应分压器依次串联组成,用于生成与交流分压器输出电压相位相差正90度或负90度的微小电压,所述正交分量处理单元的输入端连接电压衰减单元输出端,所述正交分量处理单元的输出端与同相分量处理单元输出端以及输入缓冲单元输出端相连,得到装置输出端,所述正交分量处理单元的增益为k3,0<k2<1;
同相分量处理单元:所述同相分量处理单元由多盘感应分压器构成,用于生成与交流分压器输出电压同相位或相位相差180度的微小电压,所述同相分量处理单元的输入端连接电压衰减单元输出端,所述同相分量处理单元输出端与正交分量处理单元的输出端以及输入缓冲单元输出端相连,得到调整装置的输出端,所述正交分量处理单元的增益为k4,0<k4<1。
进一步的,所述电压衰减单元由电压互感器以及电压跟随电路依次串联组成。
进一步的,所述输入缓冲单元由电压跟随电路和自举电路组成,自举电路一端与电压跟随电路输出端相连,通过小电容反馈至电压输入端,用于提高输入阻抗。
本发明的有益效果为:本发明的技术方案,给出了一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法及装置,通过对分压器输出电压信号的同相分量和正交分量进行补偿,进而减小输出电压与标准电压的差值,提高分压比精确度;并可按需匹配输入及输出阻抗,降低电力损耗。
附图说明
通过参考下面的附图,可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式:
图1为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法的流程图;
图2为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整装置的结构示意图;以及
图3为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整装置的结构原理图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式,然而,本发明可以用许多不同的形式来实施,并且不局限于此处描述的实施例,提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明,并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中,相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明,此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外,可以理解的是,以通常使用的词典限定的术语,应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义,而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法的流程图;所述实施方式提出了一种用于交流分压器输出电压信号的调整方法,所述方法包含:
步骤101:根据标准电压与分压器输出电压U1在以U1相位为0相位的正交分解中两个正交方向所得差值计算所述k1、k2、k3以及k4的取值。
步骤102,获得输入缓冲电压输出电压U2,所述输入缓冲单元输出电压由交流分压器输出电压U1通过输入缓冲单元获得,U2通过电压衰减单元得到电压衰减单元输出电压U3,U2的幅值为U1幅值的k1倍,U3的幅值为U2的k2倍,其中k1为输入缓冲单元增益,k2为电压衰减单元增益,k1为正数,0<k2<1,U1、U2以及U3同相位;
步骤103,获得正交分量处理单元输出电压U4,所述正交分量处理单元输出电压U4由电压衰减单元输出电压U3通过正交分量处理单元获得,U4的幅值为U3幅值的k3倍,其中k3为正交分量处理单元增益,0<k3<1,U4与U2的相位相差正90度或负90度;
步骤104,获得同相分量处理单元输出电压U5,所述同相分量处理单元输出电压U5由电压衰减单元输出电压U3通过同相分量处理单元获得,U5的幅值为U3幅值的k4倍,其中k4为同相分量处理单元增益,0<k4<1,U5与U2同相位或相位相差180度;以及
步骤105,输入缓冲处理单元输出电压U2、正交分量处理单元输出电压U4以及同相分量处理单元输出电压U5共同通过调整装置输出端得到调整装置输出电压U6,U6的幅值和相位为U2、U4以及U5矢量相加所得;
进一步的,所述调整电路输出电压U6的幅值随分压器输出电压U1的变化而变化,U6对于U1的相位补偿量为:
Figure BDA0001287278490000061
其中,α为相位调整角度;
进一步的,所述标准电压是指使用标准电压互感器或标准电压分压器在分压器低压臂测得的电压值。
图2为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整装置的结构示意图;所述实施方式提到了一种用于交流分压器输出电压信号的调整装置,所述装置包含:
输入缓冲单元201:所述输入缓冲单元201由电压跟随电路构成,用于连接分压器输出端,匹配分压器输出阻抗,减小电能损耗;输入缓冲单元201的增益为k1;
电压衰减单元202:所述电压衰减单元202由电阻分压器以及电压跟随电路依次串接组成,用于降低电压幅值,所述电压衰减单元202输入端连接输入缓冲单元201输出端,所述电压衰减单元202的输出端为电压衰减单元202中包含的电压跟随电路的输出端,增益为k2,0<k2<1;
正交分量处理单元203:所述正交分量处理单元203由积分电路以及多盘感应分压器依次串联组成,用于生成与交流分压器输出电压相位相差正90度或负90度的微小电压,所述正交分量处理单元203的输入端连接电压衰减单元202输出端,所述正交分量处理单元203的输出端与同相分量处理单元204输出端以及输入缓冲单元201输出端相连,得到装置输出端,所述正交分量处理单元的增益为k3,0<k2<1;以及
同相分量处理单元204:所述同相分量处理单元204由多盘感应分压器构成,用于生成与交流分压器输出电压同相位或相位相差180度的微小电压,所述同相分量处理单元204的输入端连接电压衰减单元202输出端,所述同相分量处理单元204输出端与正交分量处理单元203的输出端以及输入缓冲单元201输出端相连,得到调整装置的输出端,所述正交分量处理单元的增益为k4,0<k4<1。
进一步的,所述电压衰减单元由电压互感器以及电压跟随电路依次串联组成;
进一步的,所述输入缓冲单元由电压跟随电路和自举电路组成,自举电路一端与电压跟随电路输出端相连,通过小电容反馈至电压输入端,用于提高输入阻抗。
图3为本发明具体实施方式的一种用于交流分压器输出电压信号的调整装置的结构原理图;所述实施方式提到了一种用于交流分压器输出电压信号调整的具体装置,所述装置包含:
输入缓冲单元301:所述输入缓冲单元301由采用LF356或OP07等常用运放的电压跟随电路构成,得到输出缓冲单元输出电压Ub;所述电压跟随电路的增益为1;所述输入缓冲单元301采用自举电路原理,通过0.1uF电容反馈至电压输入端,用以提高输入阻抗;
电压衰减单元302:所述电压衰减单元302由电阻分压器和电压跟随电路依次串联而成,分压电阻选取1k和99k,分压比为1:100,得到电压衰减单元输出电压Uc;所述电压跟随电路选用LF356或OP07等常用运放,电压跟随电路增益为1;
正交分量处理单元303:所述正交分量处理单元303由积分电路和多盘感应分压器T1依次串联组成,多盘感应分压器T1输入电压Ud与Uc相位相差90度;所述积分电路的输出端连接至多盘感应分压器T1的输入端,所述多盘感应分压器T1的输入端可以使用开关切换接入线路,实现输入电压正负方向的改变。所述多盘感应分压器T1有6级组成,最小可实现正交分量调整单元输出电压Uf的幅值达到多盘感应分压器T1输入电压Ud的1/1000000;
同相分量处理单元304:所述同相分量处理单元304由多盘感应分压器T2构成,所述多盘感应分压器T2的输入端可以使用开关切换接入线路,实现输入电压正负方向的改变。所述多盘感应分压器T2有6级组成,最小可实现正交分量调整单元输出电压Ug的幅值达到多盘感应分压器T2输入电压Ue幅值的1/1000000;
进一步的,将缓冲电路输出电压Ub连接至多盘感应分压器T2第一级的输出低端,所述多盘感应分压器T2的输出端连接至多盘感应分压器T1第一级输出低端,由多盘感应分压器T1的最后一级引出输出电压Uh为最终的调整装置的输出电压;所述调整装置输出电压Uh=Ub+Ug+Uf;
其中,本具体实施方式中所述各电压均为带有幅值及相位的矢量电压。

Claims (9)

1.一种用于对交流分压器输出的电压信号进行调整的方法,所述方法包含:
步骤1,获得输入缓冲电压输出电压U2,输入缓冲单元输出电压由交流分压器输出电压U1通过输入缓冲单元获得,U2通过电压衰减单元得到电压衰减单元输出电压U3,U2的幅值为U1幅值的k1倍,U3的幅值为U2的k2倍,其中k1为输入缓冲单元增益,k2为电压衰减单元增益,k1为正数,0<k2<1,U1、U2以及U3同相位;
步骤2,获得正交分量处理单元输出电压U4,所述正交分量处理单元输出电压U4由电压衰减单元输出电压U3通过正交分量处理单元获得,U4的幅值为U3幅值的k3倍,其中k3为正交分量处理单元增益,0<k3<1,U4与U2的相位相差正90度或负90度;
步骤3,获得同相分量处理单元输出电压U5,所述同相分量处理单元输出电压U5由电压衰减单元输出电压U3通过同相分量处理单元获得,U5的幅值为U3幅值的k4倍,其中k4为同相分量处理单元增益,0<k4<1,U5与U2同相位或相位相差180度;以及
步骤4,输入缓冲单元输出电压U2、正交分量处理单元输出电压U4以及同相分量处理单元输出电压U5共同通过调整装置输出端得到调整装置输出电压U6,U6的幅值和相位为U2、U4以及U5矢量相加所得;
其中,根据标准电压与分压器输出电压U1在以U1相位为0相位的正交分解中两个正交方向所得差值计算所述k1、k2、k3以及k4的取值;
所述标准电压是指使用标准电压互感器或标准电压分压器在分压器低压臂测得的电压值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述调整装置输出电压U6的幅值随分压器输出电压U1的变化而变化,U6对于U1的相位补偿量为:
Figure FDA0002225279390000021
其中,α为相位补偿量。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述输入缓冲单元增益k1的取值为1。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述交流分压器输出电压U1、输入缓冲单元输出电压U2、电压衰减单元输出电压U3、正交分量处理单元输出电压U4、同相分量处理单元输出电压U5以及调整装置输出电压U6均为矢量,带有幅值和相位属性。
5.一种用于对交流分压器输出的电压信号进行调整的装置,所述装置包括:
输入缓冲单元:所述输入缓冲单元由电压跟随电路构成,用于连接交流分压器输出端,匹配分压器输出阻抗,减小电能损耗;输入缓冲单元的增益为k1;
电压衰减单元:所述电压衰减单元由电阻分压器以及电压跟随电路依次串接组成,用于降低电压幅值,所述电压衰减单元输入端连接输入缓冲单元输出端,所述电压衰减单元的输出端为电压衰减单元中包含的电压跟随电路的输出端,增益为k2,0<k2<1;
正交分量处理单元:所述正交分量处理单元由积分电路以及多盘感应分压器依次串联组成,用于生成与交流分压器输出电压相位相差正90度或负90度的微小电压,所述正交分量处理单元的输入端连接电压衰减单元输出端,所述正交分量处理单元的输出端与同相分量处理单元输出端以及输入缓冲单元输出端相连,并连接至装置输出端,所述正交分量处理单元的增益为k3,0<k3<1;以及同相分量处理单元:所述同相分量处理单元由多盘感应分压器构成,用于生成与交流分压器输出电压同相位或相位相差180度的微小电压,所述同相分量处理单元的输入端连接电压衰减单元输出端,所述同相分量处理单元输出端与正交分量处理单元的输出端以及输入缓冲单元输出端相连,并连接至调整装置的输出端,所述正交分量处理单元的增益为k4,0<k4<1。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述电压衰减单元由电压互感器以及电压跟随电路依次串联组成。
7.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述输入缓冲单元由电压跟随电路和自举电路组成,自举电路一端与电压跟随电路输出端相连,通过小电容反馈至电压输入端,用于提高输入阻抗。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述多盘感应分压器由6级组成,实现对所述多盘感应分压器输入电压的1/1000000的电压输出。
9.根据权利要求5所述的装置,其特征在于:所述电压跟随电路使用LF356或OP07运算放大器搭建。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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