CN109683117A

CN109683117A - 柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统

Info

Publication number: CN109683117A
Application number: CN201910125825.9A
Authority: CN
Inventors: 汤汉松
Original assignee: JIANGSU LINGCHUANG ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: JIANGSU LINGCHUANG ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2019-04-26

Abstract

本发明一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，所述EVT数字量接收模块用于接收被测直流电子式电压互感器的合并单元发出的试品信号，所述信号调理回路用于发出标准信号的数字信号；所述时钟模块分别用于控制标准信号与试品信号具有统一的时序和时标；同步后的标准信号与试品信号经阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块处理；标准信号与试品信号的稳定直流分量经10%时刻计算模块、90%时刻计算模块处理；所述10%时刻计算模块、90%时刻计算模块输出值输入阶跃响应延时计算模块，阶跃响应延时计算模块用于计算标准信号与试品信号分别对应的时刻的差值。本发明以满足柔性直流输电对于柔直电子式电压互感器的可靠性的要求。

Description

柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统

技术领域

本发明涉及一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，属于柔性直流输电测试技术领域。

背景技术

目前，随着大功率全控型电力电子器件的迅速发展，以及直流电网制造水平的不断提高，柔性直流输电技术在高压直流输电领域受到越来越广泛的关注及应用，将会成为直流电网中最主要的输电方式。相比于交流系统，直流系统的故障发展更快，控制保护难度更大。作为柔性直流控制保护系统中核心测量设备，电子式互感器也面临着更高的技术与可靠性要求。

在运行的柔性直流电子式电压互感器基本都是采用阻容分压原理的电子式电压互感器，直流电子式电压互感器利用精密电阻分压器传感直流电压、利用并联电容分压器均压并保证频率特性、利用复合绝缘子保证绝缘。

直流电子式电压互感器绝缘结构简单可靠、线性度好，动态范围大，可实现对高压直流电压的可靠监测。直流电子式电压互感器主要由直流分压器、电阻盒(低压分压板)、远端模块及合并单元组成。其中合并单元放置在控制室内，采用光纤和远端模块相连接。直流PT采样获得的信号经合并单元送二次控制保护设备。

如图1所示，柔性直流电子式电压互感器等效回路是一个阻容回路，其电压暂态阶跃时构成了一阶的阶跃响应回路，其阶跃响应函数：

式中U₂(∞)为阶跃电压初始值，τ是电路的时间常数，τ＝RC。

直流电子式电压互感器测试时一般都是测试直流电子式电压互感器的直流稳态精度以及频响特性来测试其响应延时。但这种测试方式并不能反应其回路的阶跃时间常数。而阶跃响应时间则可能影响整个柔直输电系统控制的可靠性。

所以，目前现状来看，迫切需要一种柔直电子式电压互感器的暂态阶跃响应测试系统，实现直流电子式电压互感器的暂态阶跃响应时间测试，以提高柔直输电系统控制的可靠性。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，提高柔性直流输电系统的可靠性，并针对目前现有柔性直流电子式电压互感器的技术现状，本发明提供一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，以满足柔性直流输电对于柔直电子式电压互感器的可靠性的要求。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，包括：EVT数字量接收模块、时钟模块、信号调理回路，所述EVT数字量接收模块用于接收被测直流电子式电压互感器的合并单元发出的试品信号，所述信号调理回路用于发出标准信号的数字信号；所述时钟模块分别用于控制EVT数字量接收模块和信号调理回路中的标准信号与试品信号具有统一的时序和时标；同步后的标准信号与试品信号经阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块处理，所述阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块分别用于提取标准信号与试品信号的稳定直流分量；标准信号与试品信号的稳定直流分量经10％时刻计算模块处理，用于计算三次样条插值10％电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；标准信号与试品信号的稳定直流分量还经90％时刻计算模块处理，用于计算三次样条插值90％电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；所述10％时刻计算模块、90％时刻计算模块输出值输入阶跃响应延时计算模块，所述阶跃响应延时计算模块用于计算标准信号与试品信号分别对应的时刻的差值。

作为优选方案，还包括：录波模块，同步后的标准信号与试品信号还与录波模块相连接完成两个信号的记录。

作为优选方案，还包括：直流暂态阶跃电压发生器，所述直流暂态阶跃电压发生器产生阶跃电压信号，电压信号经精密电阻分压器产生标准信号；标准信号通过二次分压回路进行二次分压将电压分为AD可采集的小电压信号后接入信号调理回路。

作为优选方案，所述精密电阻分压器采用金属箔精密电阻。

作为优选方案，所述二次分压回路采用电阻分压。

作为优选方案，所述信号调理回路采用电池供电。

有益效果：本发明提供的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，为了解决柔性直流输电直流电子式电压互感器的暂态阶跃响应时间测试问题，针对现有直流电子式电压互感器的特点，为了满足各个厂家数字量的数字化报文输出的差异性，本系统包括如下优点：

1、电压阶跃时间短。采用大功率全控型电力电子器件进行直流电压暂态阶跃输出控制，使得阶跃源具有良好的暂态特性。

2、标准源响应时间快。采用纯精密电阻分压，分散布置，降低杂散电容的影响，暂态阶跃响应时间近似为0。

3、精度高。采用二级分压，在第二级分压后进行信号调理提高整系统的测试精度。

4、抗干扰性能强。做电压阶跃试验时，电源系统以及地网都会受到比较大的影响，采样系统采用电池供电与光纤传输提高整个采样系统的抗干扰能力。

5、同步性好，采用高精度恒温时钟源给试品以及标准采样提供稳定的时钟信号以保证时标的准确性。

6、暂态响应测试时间精度高，采用三次样条插值，以提高试品离散值在10％的时标精度。

附图说明

图1为柔性直流电子式电压互感器原理示意图；

图2为本发明测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图2所示，一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，包括：高压侧测试系统、低压侧测试系统，所述高压侧测试系统包括：直流暂态阶跃电压发生器，采用直流暂态阶跃电压发生器产生阶跃电压信号，阶跃电压信号经精密电阻分压器产生标准信号，阶跃电压信号接入被测直流电子式电压互感器的直流分压器产生试品信号；标准信号依靠二次分压回路U2/U3进行二次分压，将电压分为AD可采集的小电压信号后经信号调理回路的ADC模块采集后与试品信号同步发送至低压侧测试系统。

所述低压侧测试系统包括：EVT数字量接收模块、时钟模块，所述EVT数字量接收模块用于接收被测直流电子式电压互感器的合并单元发出的试品信号，所述时钟模块分别用于控制EVT数字量接收模块和信号调理回路中的标准信号与试品信号具有统一的时序和时标；同步后的标准信号与试品信号经阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块，所述阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块分别用于提取标准信号与试品信号的稳定直流分量；标准信号与试品信号的稳定直流分量经10％时刻计算模块，用于计算三次样条插值10％电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；标准信号与试品信号的稳定直流分量还经90％时刻计算模块，用于计算三次样条插值90％电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；所述10％时刻计算模块、90％时刻计算模块输出值输入阶跃响应延时计算模块，所述阶跃响应延时计算模块用于计算标准信号与试品信号分别对应的时刻的差值。

同步后的标准信号与试品信号还与录波模块相连接完成两个信号的记录。

使用时，具体步骤如下：

步骤1：设置低压侧测试系统的突变量为录波模块触发门槛值，以及录波时长。根据被测试直流电子式电压互感器额定电压值，配置直流暂态阶跃电压发生器的工作参数，进行阶跃试验电压U1的输出，电压U1同时施加到精密电阻分压器，以及被测试直流电子式电压互感器一次侧。

步骤2：阶跃试验电压U1经过精密电阻分压器的高精度转换，输出电压U2。电压U2经过二次分压回路转换调理之后进入信号调理回路的ADC模数转换，通过光纤将数字量传输到低压侧的数据接收。

步骤3：被测互感器的输出也同时接入到低压侧的EVT数字量接收模块，和标准信号的光纤数据接收是在同一个时钟模块下进行，所有数据具有统一的时序和时标。

步骤4：测试系统启动录波模块，并完成暂态阶跃试验的过程记录，对标准信号和试品信号进行数据分析，通过阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块、10％时刻计算模块、90％时刻计算模块计算标准信号和试品信号的暂态阶跃高值、阶跃低值、10％电压时刻、90％电压时刻，最后通过阶跃响应延时计算模块分别计算10％电压、90％电压时的阶跃响应延时指标。

步骤5：进行暂态阶跃试验录波数据的保存，便于事后分析。

实施例1：

采用大功率全控型电力电子器件对直流暂态阶跃电压发生器输出经行控制，采用三相工频电源接入D/Y型换流变，经过三相6脉冲全控整流桥，给高压大容量电容矩阵储能，累积试验所需暂态阶跃电能。通过放电回路中的控制阀与整流桥的配合控制，进行高压电能的放电控制，在被测直流电子式电压互感器一次侧形成测试所需的暂态阶跃信号。

精密电阻分压器采用金属箔精密电阻，其电阻精度可达10^-6，阻值温度系数可达±0.3×10^-6/℃，分布电容可低于0.5pF，分布电感可低于0.1μH。

二次分压回路U2/U3采用纯电阻分压。

信号调理回路实现就地采样，采用电池供电，高精度ADC器件采集后光纤送至低压侧校验系统，已实现信号隔离。

低压侧测试系统为电子式互感器暂态阶跃响应测试系统同步采集标准信号与试品信号，然后进行暂态阶跃响应延时参数计算。

暂态阶跃响应延时参数计算：

(1)阶跃高值计算模块：采用高电平持续的整周期作为时间窗，进行基于Blackman-Harris窗的离散傅立叶变换，完成频谱分析，提取其中的稳定直流分量，作为阶跃高值Dh。

(2)阶跃低值计算模块：采用低电平持续的整周期作为时间窗，进行基于Blackman-Harris窗的离散傅立叶变换，完成频谱分析，提取其中的稳定直流分量，作为阶跃低值Dl。

(3)10％时刻计算模块：基于三次样条插值，求取出波形穿越Dl与Dh两电平的10％的对应时刻，标准信号对应时刻记为T₁，试品信号对应时刻记为T₂。

(4)阶跃响应延时计算模块：试品时刻与标准源时刻之差为阶跃响应延时，ΔT＝T₂-T₁。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，包括：EVT数字量接收模块、时钟模块、信号调理回路，其特征在于：所述EVT数字量接收模块用于接收被测直流电子式电压互感器的合并单元发出的试品信号，所述信号调理回路用于发出标准信号的数字信号；所述时钟模块分别用于控制EVT数字量接收模块和信号调理回路中的标准信号与试品信号具有统一的时序和时标；同步后的标准信号与试品信号经阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块处理，所述阶跃高值计算模块、阶跃低值计算模块分别用于提取标准信号与试品信号的稳定直流分量；标准信号与试品信号的稳定直流分量经10%时刻计算模块处理，用于计算三次样条插值10%电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；标准信号与试品信号的稳定直流分量还经90%时刻计算模块处理，用于计算三次样条插值90%电压时，标准信号与试品信号分别对应的时刻；所述10%时刻计算模块、90%时刻计算模块输出值输入阶跃响应延时计算模块，所述阶跃响应延时计算模块用于计算标准信号与试品信号分别对应的时刻的差值。

2.根据权利要求1所述的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，其特征在于：还包括：录波模块，同步后的标准信号与试品信号还与录波模块相连接完成两个信号的记录。

3.根据权利要求1或2所述的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，其特征在于：还包括：直流暂态阶跃电压发生器，所述直流暂态阶跃电压发生器产生阶跃电压信号，电压信号经精密电阻分压器产生标准信号；标准信号通过二次分压回路进行二次分压将电压分为AD可采集的小电压信号后接入信号调理回路。

4.根据权利要求3所述的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，其特征在于：所述精密电阻分压器采用金属箔精密电阻。

5.根据权利要求3所述的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，其特征在于：所述二次分压回路采用电阻分压。

6.根据权利要求3所述的柔性直流电子式电压互感器暂态阶跃响应测试系统，其特征在于：所述信号调理回路采用电池供电。