CN107561476A - 一种计算cvt等效电路的电路参数的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种计算CVT等效电路的电路参数的方法与装置，依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；在该频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，可以计算出不同频率值各自对应的传递系数；由于频率值的个数大于或等于电路参数的个数，因此，利用频域传递函数和传递系数构建方程组，便可以求解出等效电路中各元件参数的数值。通过该技术方案可以准确的计算出等效电路中各元件参数的数值。该技术方案适用于任何型号的CVT等效电路，具有较强的通用性，通过在实验室环境下对等效电路参数的测试，可以实现对现场谐波电压测试结果的校正计算。

Description

一种计算CVT等效电路的电路参数的方法与装置

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种计算CVT等效电路的电路参数的方法与装置。

背景技术

国产电容式电压互感器(CVT)在我国电力系统投运至今，在准确度、输出容量、铁磁谐振阻尼特性和瞬变响应特性等各项技术指标方面已达到或超过电磁式电压互感器的水平，并广泛应用在各电压等级。然而由于CVT产品本身的结构设计，决定了CVT对于基波的传变比是准确的，但对谐波传变特性定量规律不明，不宜进行谐波电压测量。现有的研究，大多都是建立CVT数学模型和频域传递函数，得到频率特性曲线，然后基于谐波传递系数对测量结果进行修正，以解决高压系统谐波测量结果失真问题，实现现场谐波校正。但是研究的前提是要能准确的获取CVT等效电路模型的各个电路参数。

可见，如何准确获取CVT等效电路模型的各个电路参数，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种计算CVT等效电路的电路参数的方法与装置，可以准确获取CVT等效电路模型的各个电路参数。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种计算CVT等效电路的电路参数的方法，包括：

依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；其中，所述频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；

依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数；其中，所述频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数；

利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。

可选的，所述依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数包括：

依据预先建立的CVT等效电路，确定出所述CVT等效电路中每个支路对应的阻抗表达式；

将每个支路对应的所述阻抗表达式，按照从输出端向输入端逐级推进的方式，计算出所述CVT等效电路对应的频域传递函数。

可选的，所述依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数包括：

分别对获取的输出端电压波形和输入端电压波形进行傅里叶分析处理，得到输出端的信号幅值和输入端的信号幅值；

计算所述输出端的信号幅值和所述输入端的信号幅值的比值，所述比值即为所述频率值对应的传递系数。

可选的，当所述频率值的个数大于所述电路参数的个数时，所述利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值包括：

利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出所述方程组的无穷组解；

利用最小二乘法，从所述无穷组解中选取出最优解，所述最优解即为各个所述电路参数的取值。

可选的，还包括：

在同一频率值下，多次采集输出端电压波形和输入端电压波形；

依据每次采集的所述输出端电压波形和所述输入端电压波形，计算出所述频率值对应的多个传递系数；

将多个所述传递系数取平均值，所述平均值即为所述频率值对应的传递系数。

本发明实施例还提供了一种计算CVT等效电路的电路参数的装置，包括频域传递函数计算单元、传递系数计算单元和电路参数计算单元，

所述频域传递函数计算单元，用于依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；其中，所述频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；

所述传递系数计算单元，用于依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数；其中，所述频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数；

所述电路参数计算单元，用于利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。

可选的，所述频域传递函数计算单元包括确定子单元、计算子单元，

所述确定子单元，用于依据预先建立的CVT等效电路，确定出所述CVT等效电路中每个支路对应的阻抗表达式；

所述计算子单元，用于将每个支路对应的所述阻抗表达式，按照从输出端向输入端逐级推进的方式，计算出所述CVT等效电路对应的频域传递函数。

可选的，所述传递系数计算单元包括分析子单元和计算子单元，

所述分析子单元，用于分别对获取的输出端电压波形和输入端电压波形进行傅里叶分析处理，得到输出端的信号幅值和输入端的信号幅值；

所述计算子单元，用于计算所述输出端的信号幅值和所述输入端的信号幅值的比值，所述比值即为所述频率值对应的传递系数。

可选的，当所述频率值的个数大于所述电路参数的个数时，所述电路参数计算单元包括求解子单元和选取子单元，

所述求解子单元，用于利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出所述方程组的无穷组解；

所述选取子单元，用于利用最小二乘法，从所述无穷组解中选取出最优解，所述最优解即为各个所述电路参数的取值。

可选的，还包括平均值单元，

所述传递系数计算单元还用于在同一频率值下，多次采集输出端电压波形和输入端电压波形；

所述平均值单元，用于依据每次采集的所述输出端电压波形和所述输入端电压波形，计算出所述频率值对应的多个传递系数；并将多个所述传递系数取平均值，所述平均值即为所述频率值对应的传递系数。

由上述技术方案可以看出，依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；在该频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，可以计算出不同频率值各自对应的传递系数；由于频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数，也即传递系数的个数大于或等于待求解的电路参数的个数，因此，利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，便可以求解出各个所述电路参数的取值。通过该技术方案可以准确的计算出等效电路中各元件参数的数值。该技术方案适用于任何型号的CVT等效电路，具有较强的通用性，通过在实验室环境下对等效电路参数的测试，可以实现对现场谐波电压测试结果的校正计算。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种CVT等效电路的电路模型示意图；

图3为本发明实施例提供的一种计算频域传递函数的方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种计算传递系数的方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

接下来，详细介绍本发明实施例所提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的方法。图1为本发明实施例提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的方法的流程图，该方法包括：

S101：依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数。

在本发明实施例中，可以通过在CVT一次侧施加含有谐波的任意电压源信号，同时测量中间网络一次侧和二次侧的电压波形并进行傅里叶分析，中间网络即CVT等效电路。中间网络可以根据各个厂家设计的不同结构来建立，方法有很多种，对于测量来说主要是为了得到中间网络输入与输出之间的关系。

如图2所示，为采用阻尼器的电容式电压互感器电路图。

在本发明实施例中，对于阻尼器的类型不做限定，可以采用任意阻尼器。

CVT等效电路由电容式分压器(由高压电容和中压电容构成)、电磁单元(由补偿电抗器、中间变压器和阻尼器构成)和负载构成。首先对于同一电压等级的CVT建立一致的等效电路，其中U_p为一次侧电压，其对应的正负极为CVT等效电路的输入端；C₁、C₂为分压电容；L_s、R_s为补偿电抗器的电感和电阻；L_t1、R_t1为中间变压器一次侧绕组漏感和漏阻；L_m、R_m为中间变压器励磁支路电感和电阻；L_t2、R_t2为折算至一次侧的中间变压器二次侧绕组漏感和漏阻；L_z、R_z为阻尼器等效电感电阻和电容；L_b、R_b为折算至一次侧的负载电感和电阻；U_S'为折算至中间变压器一次侧的二次侧输出电压，其对应的正负极为CVT等效电路的输出端。

为使CVT等效电路足够完整，在本发明实施例中可以将CVT测量谐波电压产生畸变可能的影响因素考虑在内，包括分压电容的介质损耗及其等值电阻R₁和R₂、补偿电抗器对地等效杂散电容C_c、中间变压器一次侧对地等效杂散电容C_p1、一次侧与二次侧绕组间耦合电容C_p12，另外中间变压器变比为N。

依据建立的CVT等效电路，采用电工原理的方法，例如，逐级推导法、电压法等，用一个函数(输出波形的拉普拉斯变换与输入波形的拉普拉斯变换之比)来表示，称为频域传递函数。下面将以逐级推导法为例，对频域传递函数的具体推导过程展开介绍。如图3所示，该过程包括：

S301：依据预先建立的CVT等效电路，确定出所述CVT等效电路中每个支路对应的阻抗表达式。

根据图2所示的CVT等效电路，可知该电路的未知参数为以下的19个：C₁、R₁、C₂、R₂、L_s、R_s、L_t1、R_t1、L_m、R_m、L_t2、R_t2、L_z、R_z、L_b、R_b、C_c、C_p1和C_p12。

为了提升处理速度，降低频域传递函数推导过程的复杂度，在本发明实施例中，可以针对CVT等效电路中的每个支路，建立对应的阻抗表达式。结合图2所示的CVT等效电路，其包含的各个支路对应的阻抗表达式如下，

Z₁₀(s)＝sL_b+R_b。

S302：将每个支路对应的所述阻抗表达式，按照从输出端向输入端逐级推进的方式，计算出所述CVT等效电路对应的频域传递函数。

其中，对于Z₅、Z₆和Z₇采用Y-Δ等效变换，可得，

假定为CVT等效电路中由后向前(由输出端向输入端)所示各级端口对应的阻抗表达式，令：

Z_d6(s)＝Z₆₇(s)||Z₉(s)||Z₁₀(s)；

Z_d5(s)＝Z_d6(s)+Z₅₇(s)||Z₈(s)；

Z_d4(s)＝Z_d5(s)||Z₄(s)||Z₅₆(s)；

Z_d3(s)＝Z_d4(s)+Z₃(s)；

Z_d2(s)＝Z_d3(s)+Z₂(s)；

Z_d1(s)＝Z_d2(s)+Z₁(s)；

由以上逐级计算的各个端口的阻抗表达式，可得CVT等效电路对应的频域传递函数，其公式如下，

当s＝jw，其中，w为角频率，可得CVT的稳态频域传递函数。在本发明实施例中可以利用电工原理中非正弦周期信号分析的方法，即：通过叠加定理分析计算不同频率的电压传递特性，得到在不同频率下输出与输入之间的对应关系，频域传递函数的公式如下，

其中，R_x表示CVT等效电路中包含的各个待求解的电阻参数值，C_x表示CVT等效电路中包含的各个待求解的电容参数值，L_x表示CVT等效电路中包含的各个待求解的电感参数值。

对任意一个固定频率值，该频域传递函数将只与CVT等效电路的网络结构和电路的等效电阻、电容、电感值的大小有关，也就是说，这时的输入输出比具有唯一性，是一一对应关系，有鉴于此，就可以对CVT等效电路内部的各个未知参数进行分析计算。

上述计算出的G(s)是CVT等效电路关于时域的未知参数的方程，其中未知参数为n个。

当在实验室环境中进行上述研究时，分压电容C₁、C₂和负载L_b、R_b为可知的参数，相应的，图2所示的CVT等效电路中的未知参数可以简化为15个。需要说明的是，在实际应用中，也可以将分压电容C₁、C₂和负载L_b、R_b均当做是未知参数，将计算出的取值和实际取值进行比较，从而检验参数的正确性，删除不满足要求的方程解。

S102：依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数。

在本发明实施例中，为了计算出CVT等效电路中包含的各个待求解的电路参数，需要设置频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数。其中，频率值用于表示激励信号频率。

由步骤S101中计算出的频域传递函数的公式可知，该频域传递函数受角频率w的影响，故此，在本发明实施例中，可以通过不断的调整CVT等效电路的频率值，来获取不同频率值对应的传递系数，从而求解出频域传递函数中的未知参数。

下面将对计算传递系数的具体过程展开介绍，如图4所示，该过程包括：

S401：分别对获取的输出端电压波形和输入端电压波形进行傅里叶分析处理，得到输出端的信号幅值和输入端的信号幅值。

在具体实现中，可以通过对CVT等效电路进行谐波传递特性试验，来得到CVT的传递系数。

在该过程中首先需要建立一个含有基波和各次谐波的电压源信号，将该电压源信号分别施加到图2所示的输入端和输出端。例如，可选取半波桥式整流电路接入CVT等效电路的输入端和输出端。

当CVT等效电路的频率值发生变化时，其输出端电压波形和输入端电压波形也会随之发生变化。

每调整一次频率值，对应的可以采集一次输出端电压波形和输入端电压波形。在具体实现中，可以利用波形记录仪来获取输出端和输入端的电压波形。

S402：计算所述输出端的信号幅值和所述输入端的信号幅值的比值，所述比值即为所述频率值对应的传递系数。

通过对电压波形进行傅里叶分析处理，可以得到该波形对应的信号幅值。

将同一频率值下的输出端的信号幅值和输入端的信号幅值相除，可以得到该频率值对应的传递系数。

以m个频率值为例，可以由信号的幅频特性得到m个频率值下CVT的传递变比，m个传递系数的表达式如下：

在本发明实施例中，除了依据信号幅值计算传递系数外，也可以采用输入信号与输出信号的相位差，根据频域传递函数建立方程。相应的，在S401中可以获得输入信号和输出信号的初相位值，以及它们之间的相位差。

S103：利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。

在上述S101中可以计算出频域传递函数，在上述S102中可以计算出不同频率值对应的传递系数。在本发明实施例中可以通过构建方程组的方式，求解出频域传递函数中的未知参数。

当CVT等效电路中未知参数的个数为n时，可以选取m个频率值各自对应的传递系数，其中m≥n。参照如下公式，联立方程组即可得到未知参数的具体值。

其中，i＝1,2，…，m。

当m＝n时，可得到对应的唯一解。当获取的参数时，可得到如下的无穷组解，在本发明实施例中可以利用最小二乘法，从无穷组解中选取出最优解，即直接根据最小二乘原理构造目标函数，然后求出导数等于0，解方程组得出最优解。该最优解中包含了各个待求解的电路参数的具体取值。

由上述技术方案可以看出，依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；在该频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，可以计算出不同频率值各自对应的传递系数；由于频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数，也即传递系数的个数大于或等于待求解的电路参数的个数，因此，利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，便可以求解出各个所述电路参数的取值。通过该技术方案可以准确的计算出等效电路中各元件参数的数值。该技术方案适用于任何型号的CVT等效电路，具有较强的通用性，通过在实验室环境下对等效电路参数的测试，可以实现对现场谐波电压测试结果的校正计算。

此外，在CVT等效电路稳态时，为了避免由于电网运行环境变化引起的内部参数波动，可对数据进行二次优化使数据更为精确。具体的，可以在同一频率值下，多次采集输出端电压波形和输入端电压波形；依据每次采集的所述输出端电压波形和所述输入端电压波形，计算出所述频率值对应的多个传递系数；将多个所述传递系数取平均值，所述平均值即为所述频率值对应的传递系数。

对于数据的优化方式可以有两种，一种方式可以是在调整电压源信号电压值的大小，选取多个电压值作为输入，从而可以获取多个输出端电压波形和多个输入端电压波形，其中，电压值的调整范围可以在±20％内。

另一种方式，可以在同一电压等级下做多次实验，得到多组解，然后对每个参数的不同组解取平均值。

图5为本发明实施例提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的装置的结构示意图，包括频域传递函数计算单元51、传递系数计算单元52和电路参数计算单元53，

所述频域传递函数计算单元51，用于依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；其中，所述频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；

所述传递系数计算单元52，用于依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数；其中，所述频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数；

所述电路参数计算单元53，用于利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。

可选的，所述频域传递函数计算单元包括确定子单元、计算子单元，

所述确定子单元，用于依据预先建立的CVT等效电路，确定出所述CVT等效电路中每个支路对应的阻抗表达式；

所述计算子单元，用于将每个支路对应的所述阻抗表达式，按照从输出端向输入端逐级推进的方式，计算出所述CVT等效电路对应的频域传递函数

可选的，所述传递系数计算单元包括分析子单元和计算子单元，

所述分析子单元，用于分别对获取的输出端电压波形和输入端电压波形进行傅里叶分析处理，得到输出端的信号幅值和输入端的信号幅值；

所述计算子单元，用于计算所述输出端的信号幅值和所述输入端的信号幅值的比值，所述比值即为所述频率值对应的传递系数。

可选的，当所述频率值的个数大于所述电路参数的个数时，所述电路参数计算单元包括求解子单元和选取子单元，

所述求解子单元，用于利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出所述方程组的无穷组解；

所述选取子单元，用于利用最小二乘法，从所述无穷组解中选取出最优解，所述最优解即为各个所述电路参数的取值。

可选的，还包括平均值单元，

所述传递系数计算单元还用于在同一频率值下，多次采集输出端电压波形和输入端电压波形；

所述平均值单元，用于依据每次采集的所述输出端电压波形和所述输入端电压波形，计算出所述频率值对应的多个传递系数；并将多个所述传递系数取平均值，所述平均值即为所述频率值对应的传递系数。

图5所对应实施例中特征的说明可以参见图1、图3和图4所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；在该频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，可以计算出不同频率值各自对应的传递系数；由于频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数，也即传递系数的个数大于或等于待求解的电路参数的个数，因此，利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，便可以求解出各个所述电路参数的取值。通过该技术方案可以准确的计算出等效电路中各元件参数的数值。该技术方案适用于任何型号的CVT等效电路，具有较强的通用性，通过在实验室环境下对等效电路参数的测试，可以实现对现场谐波电压测试结果的校正计算。

以上对本发明实施例所提供的一种计算CVT等效电路的电路参数的方法与装置进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

Claims (6)

1.一种计算CVT等效电路的电路参数的方法，其特征在于，包括：

依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；其中，所述频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；

依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数；其中，所述频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数；

利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数包括：

依据预先建立的CVT等效电路，确定出所述CVT等效电路中每个支路对应的阻抗表达式；

将每个支路对应的所述阻抗表达式，按照从输出端向输入端逐级推进的方式，计算出所述CVT等效电路对应的频域传递函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数包括：

分别对获取的输出端电压波形和输入端电压波形进行傅里叶分析处理，得到输出端的信号幅值和输入端的信号幅值；

计算所述输出端的信号幅值和所述输入端的信号幅值的比值，所述比值即为所述频率值对应的传递系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当所述频率值的个数大于所述电路参数的个数时，所述利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值包括：

利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出所述方程组的无穷组解；

利用最小二乘法，从所述无穷组解中选取出最优解，所述最优解即为各个所述电路参数的取值。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，还包括：

在同一频率值下，多次采集输出端电压波形和输入端电压波形；

依据每次采集的所述输出端电压波形和所述输入端电压波形，计算出所述频率值对应的多个传递系数；

将多个所述传递系数取平均值，所述平均值即为所述频率值对应的传递系数。

6.一种计算CVT等效电路的电路参数的装置，其特征在于，包括频域传递函数计算单元、传递系数计算单元和电路参数计算单元，

所述频域传递函数计算单元，用于依据预先建立的CVT等效电路，计算出对应的频域传递函数；其中，所述频域传递函数中包含有待求解的各个电路参数；

所述传递系数计算单元，用于依据采集的输出端电压波形和输入端电压波形，计算出不同频率值各自对应的传递系数；其中，所述频率值的个数大于或等于所述电路参数的个数；

所述电路参数计算单元，用于利用所述频域传递函数和所述传递系数构建方程组，求解出各个所述电路参数的取值。