CN108196180A - 一种并联电容器在线电路参数检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联电容器在线电路参数检测方法，包括以下步骤：1）分别提取待用的电压互感器和电流互感器在50Hz‑10kHz的传输参数，分别记为电压补偿因子P₁、电流补偿因子Q₁；2）用步骤1）的电压互感器和电流互感器分别测量并联电容器在50Hz‑10kHz的电压和电流，测量频点数为N，电压互感器和电流互感器的输出端电压分别记为U₁、U₂，则并联电容器的两端电压U和电流I分别为：U=U₁ ×P₁，I=U₂ ×Q₁；3）建立并联电容器的阻抗方程，将其转换为线性函数，根据并联电容器的两端电压U和电流I，采用最小二乘法求解并联电容器的电路参数。

Description

一种并联电容器在线电路参数检测方法

技术领域

本发明涉及一种并联电容器在线电路参数检测方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，电网结构日趋复杂,系统运行方式快速多变。并 联电容器是电力系统的主要无功补偿设备，用来补偿电力系统感性负载的无功功 率，可以有效改善系统的功率因数，调整网络电压和降低线路损耗，是电网降损 升压的有效手段，占系统补偿装置容量的首位，因此并联电容器的安全运行对于 整个电力系统的稳定运行、正常供电至关重要。

近年来，尽管电容器的生产工艺有了大幅度的提高，介质材料也有了相应的 改进，但由于工作环境、人为因素以及设计方面的原因，仍不断发生严重的电容 器故障。并联电容器在运行过程中过早损坏是多种运行因素的共同作用结果，一 旦其发生故障将会直接危害电网稳定运行。随着电压等级的升高、设备容量的增 大，设备故障检修的时间也越来越长，费用也越来越高，严重影响了电网供电的 可靠性。

张继崀、王海云(高压并联电容器在线监测系统灵敏度及可靠性研究，华北 电力技术，2014，(10)：5-9)设计的高压并联电容器在线监测系统电容量的测 量是根据电压电流法通过C＝I/ωU得到电容值的。该电容量监测方法属于间接测 量法。电容量值的误差与电流和电压的误差具有函数关系。若系统采用的电流传 感器准确级为0.1级，电容器端电压的准确级为0.2级，因此理论上分析电容量 误差应为±0.3％。

CN201310251583.0公开了一种高压并联电容器在线监测装置，包括采集高 压并联电容器装置的各项数据的双通道采集模块、与双通道采集模块相连接且根 据所采集的数据进行计算并将计算结果与基准判断参数相比对的数据处理模块、 与数据处理模块相连接并根据数据处理模块中的比对结果输出告警的报警管理 模块，报警管理模块通过接口模块与监控系统相连接。双通道采集模块分别采集 高压并联电容器装置的电压、电流。数据处理模块采用相电流比较法、自振频率 法、损耗角正切值法、不平衡电流法、阻抗比较法对数据进行计算。

尽管如此，上述在检测并联电容器的电容、电感和电阻参数时均存在精度不 高，且易受到电压、电流传感器的误差影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种并联电容器在线电路参数检测方法，可 以高精度地检测的并联电容器电路参数。

本发明通过以下技术方案实现：

一种并联电容器在线电路参数检测方法，包括以下步骤：

1)分别提取待用的电压互感器和电流互感器在50Hz-10kHz的传输参数，分 别记为电压补偿因子P₁、电流补偿因子Q₁；

2)用步骤1)的电压互感器和电流互感器分别测量并联电容器在50Hz-10kHz 的电压和电流，测量频点数为N，电压互感器和电流互感器的输出端电压分别记 为U₁、U₂，则并联电容器的两端电压U和电流I分别为式(1)、式(2)：

U＝U₁×P₁ (1)

I＝U₂×Q₁ (2)；

3)建立并联电容器的阻抗方程，将其转换为线性函数，根据并联电容器的两 端电压U和电流I，采用最小二乘法求解并联电容器的电路参数。

本发明的进一步方案是，步骤3)中，并联电容器的电路参数包括电容值C、 电感值L和电阻值R，其阻抗Z的方程为式(3)：

由阻抗Z的方程可得式(4)：

令f²＝x₁，f-²＝x_-1，将上式改写为式(5)：

式中x^T＝[x_-1，x₁]，Z＝[R，L，C]，得到N组与测量频点数对应的数据(x_-1n，x_1n， y_n)；

给定一组阻抗Z的初始值，记为式(6)，即：

Z⁽⁰⁾＝[R⁽⁰⁾,L⁽⁰⁾,C⁽⁰⁾] (6)

将在Z⁽⁰⁾处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式(7)：

式中Z＝[R，L，C]

使用线性函数的最小二乘求解，得到式(8)：

式中，阻尼因子d≥0；

令Q分别对R、L、C的一阶偏导数等于零，可得式(9)：

(a₁₁+d)(R-R⁽⁰⁾)+a₁₂(L-L⁽⁰⁾)+a₁₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_1y

a₂₁(R-R⁽⁰⁾)+(a₂₂+d)(L-L⁽⁰⁾)+a₂₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_2y (9)

a₃₁(R-R⁽⁰⁾)+a₃₂(L-L⁽⁰⁾)+(a₃₃+d)(C-C⁽⁰⁾)＝a_3y

式中，

i＝1，2，3；j＝1，2，3；

求解下式(10)：

得到求解结果，将在求解结果处按泰勒级数展开，重复迭代上述式 (7)～式(10)的过程，得并联电容器的电容值C、电感值L和电阻值R。

本发明与现有技术相比的优点在于：

先利用矢量网络分析仪测量电压和电流传感器的补偿因子，再利用电压和电 流传感器测量并联电容器的电压和电流信号，然后利用非线性最小二乘法求解并 联电容器的电容、电感和电阻分量，从而提高并联电容器电路参数的检测精度； 能够应用于电力系统、电力电子、电力设备、大功率变流器、汽车电子、轨道交 通装备、网络通讯设备、医疗器械设备等电气设备的变压器参数提取中，能够在 线测量电容器的电容、电感和电阻参数，且检测精度较高，为后续电容器的故障 诊断提供理论和实践依据，从而提高相关电气设备的安全可靠性。

具体实施方式

一种并联电容器在线电路参数检测方法，包括以下步骤：

1)利用ZVL3型矢量网络分析仪分别提取待用的JDX6-35型电压互感器和 LMZW-0.66型电流互感器在50Hz-10kHz的传输参数，分别记为电压补偿因子P₁、 电流补偿因子Q₁；

2)用步骤1)的电压互感器和电流互感器分别测量并联电容器在50Hz-10kHz 的电压和电流，测量频点数N为1024，电压互感器和电流互感器的输出端电压 分别记为U₁、U₂，则并联电容器的两端电压U和电流I分别为式(1)、式(2)：

U＝U₁×P₁ (1)

I＝U₂×Q₁ (2)；

3)并联电容器的电路参数包括电容值C、电感值L和电阻值R，其阻抗Z的方 程为式(3)：

由阻抗Z的方程可得式(4)：

令f²＝x₁，f^-2＝x_-1，将上式改写为式(5)：

式中x^T＝[x_-1，x₁]，Z＝[R，L，C]，得到N组与测量频点数对应的数据(x_-1n， x_1n，y_n)；

给定一组阻抗Z的初始值，记为式(6)，即：

Z⁽⁰⁾＝[R⁽⁰⁾,L⁽⁰⁾,C⁽⁰⁾] (6)

将在Z⁽⁰⁾处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式(7)：

式中Z＝[R，L，C]

此时，已将非线性函数转换为线性函数，可以使用线性函数的最小二乘求解， 得到式(8)：

式中，阻尼因子d≥0；

欲使Q值达到最小，令Q分别对R、L、C的一阶偏导数等于零，可得式(9)：

(a₁₁+d)(R-R⁽⁰⁾)+a₁₂(L-L⁽⁰⁾)+a₁₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_1y

a₂₁(R-R⁽⁰⁾)+(a₂₂+d)(L-L⁽⁰⁾)+a₂₃(C-C⁽⁰⁾)＝a_2y (9)

a₃₁(R-R⁽⁰⁾)+a₃₂(L-L⁽⁰⁾)+(a₃₃+d)(C-C⁽⁰⁾)＝a_3y

式中，

i＝1，2，3；j＝1，2，3；

求解下式(10)：

得到求解结果，将在求解结果处按泰勒级数展开，重复迭代上述式 (7)～式(10)的过程，得并联电容器的电容值C为5.1mF、电感值L为1μH、 电阻值R为0.1Ω。

Claims (2)

1.一种并联电容器在线电路参数检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)分别提取待用的电压互感器和电流互感器在50Hz-10kHz的传输参数，分别记为电压补偿因子P₁、电流补偿因子Q₁；

2)用步骤1)的电压互感器和电流互感器分别测量并联电容器在50Hz-10kHz的电压和电流，测量频点数为N，电压互感器和电流互感器的输出端电压分别记为U₁、U₂，则并联电容器的两端电压U和电流I分别为式(1)、式(2)：

U＝U₁×P₁ (1)

I＝U₂×Q₁ (2)；

3)建立并联电容器的阻抗方程，将其转换为线性函数，根据并联电容器的两端电压U和电流I，采用最小二乘法求解并联电容器的电路参数。

2.如权利要求1所述的一种并联电容器在线电路参数检测方法，其特征在于：步骤3)中，并联电容器的电路参数包括电容值C、电感值L和电阻值R，其阻抗Z的方程为式(3)：

由阻抗Z的方程可得式(4)：

令f²＝x₁，f^-2＝x_-1，将上式改写为式(5)：

式中x^T＝[x_-1，x₁]，Z＝[R，L，C]，得到N组与测量频点数对应的数据(x_-1n，x_1n，y_n)；

给定一组阻抗Z的初始值，记为式(6)，即：

Z⁽⁰⁾＝[R⁽⁰⁾,L⁽⁰⁾,C⁽⁰⁾] (6)

将在Z⁽⁰⁾处按泰勒级数展开，并略去二次及二次以上的项，可得式(7)：

式中Z＝[R，L，C]

使用线性函数的最小二乘求解，得到式(8)：

式中，阻尼因子d≥0；

令Q分别对R、L、C的一阶偏导数等于零，可得式(9)：

式中，

i＝1，2，3；j＝1，2，3；

求解下式(10)：

得到求解结果，将在求解结果处按泰勒级数展开，重复迭代上述式(7)～式(10)的过程，得并联电容器的电容值C、电感值L和电阻值R。