CN109856585B - 一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法 - Google Patents

一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，对采集到的电压、电流量进行数值及相位校正以获得主电路中电压、电流量。采用滑动傅里叶算法对校正后得到的主电路电压、电流以及标准电压互感器一次电压量进行计算，以获得主电路当前的功率因数、电压电流有效值以及主电路中容性部分功率因素角，进而求解主电路当前状态下的电抗值、容抗值以及等效电阻值。通过以上求解的主电路功率因素角，可以迅速判断主电路当前状态是否满足串联谐振升压条件，如果不满足，以已经算得电抗值和容抗值为指导，迅速调整电抗器使主电路达到满足串联谐振升压状态。利用此方法可以使主电路迅速调整到良好谐振状态，减少电压互感器试验时的调谐次数。

Description

一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法
技术领域
本发明涉及110kV及以上电压等级电力电压互感器串联谐振升压试验领域，具体的说是一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法。
背景技术
计量用途的高压电力电压互感器，其测量精度对客户用电量计算的准确性具有较大的影响作用。根据相关规章要求，需要对电力电压互感器进行定期与不定期校验，判断其误差是否在允许误差范围之内。对于110kV及上电压等级的电力电压互感器，要求在互感器一次侧产生73kV及以上电压等级的高电压。在实际工程中，常采用串联谐振方法来产生如此高的电压，随之而来的问题就是如何判断电路是否已经达到满足试验的谐振状态。实际操作过程中，都是根据所产生电压值的大小，多次去调节主电路的电抗值来使得电路达到满足试验的谐振状态。这种方法，不仅比较耗时而且没有很好的理论值指导，需要对主电路进行多次升压测试，对设备造成不必要的冲击。同时，每次升压后都需对并联电容器获电容式电压互感器进行放电才能进行电抗器的调节，如若忘记放电，将造成工作人员高压触电的事故，这种传统方法存在较多的弊端。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，有利于将谐振主电路快速调整到良好谐振状态，减少电压互感器试验时的调谐次数，并降低试验过程中的高压触电风险。
本发明采用如下技术方案：
一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：查询励磁变铭牌变比值KLCB、标准电压互感器铭牌变比值K，用于后续数值校正；
步骤S2：测量励磁变一次侧电压与二次侧电压间的相位差
Figure GDA0002763074850000021
励磁变一次侧电流与二次侧电流间的相位差
Figure GDA0002763074850000022
用于后续相位校正；
步骤S3：对调压电路中所测得的电压量U′、电流量I′以及主电路中标准电压互感器测得的电压量U′CVT2进行数值及相位校正，以获得主电路中电压U、电流I以及并联电容器电压Uc；
步骤S4：采用滑动傅里叶算法对主电路电压U、电流I以及主电路并联电容器两端电压Uc进行计算，以获主电路电压U的有效值URMS和相位角
Figure GDA0002763074850000023
主电路电流I的有效值IRMS和相位角
Figure GDA0002763074850000024
并联电容器电压Uc的有效值UcRMS和相位角
Figure GDA0002763074850000025
步骤S5：利用主电路电压相位角
Figure GDA0002763074850000026
减去主电路电流相位角
Figure GDA0002763074850000027
以获得主电路功率因数角δ′，同时，用并联电容器电压相位角
Figure GDA0002763074850000028
减去主电路电流相位角
Figure GDA0002763074850000029
以获得主电路容性部分功率因数角δc′；
步骤S6：对功率因数角δ′和δc′进行标准化处理，标准化后的功率因数角分别为δ和δc；
通步骤S7：通过步骤S6中求得的主电路功率因数角δ数值大小，由此可以求得主电路功率因数cosδ，根据此功率因数可直观判断出目前主电路的谐振状态，若未达到谐振状态，则进入步骤S8；
步骤S8：利用步骤S4求得的主电路电压有效值URMS、主电路电流有效值IRMS、并联电容器电压有效值UcRMS以及步骤S6中求得的主电路功率因数角δ、主电路容性部分功率因数角δc，继而求解主电路中感性部分感抗值ωL、等效电阻RLeq和容性部分容抗值
Figure GDA0002763074850000031
等效电阻Rceq、调压电路允许电流最大值Imax；
步骤S9：为了使主电路系统达到谐振状态，应使得主电路电抗值ωL与容抗值
Figure GDA0002763074850000032
相等,此时，以步骤S8中求得的电抗值与电容值为指导，通过调整主电路中的电抗器的电抗值来使得主电路达到谐振状态。
步骤S3中，所述校正方法如下式所示：
Figure GDA0002763074850000033
步骤S7中，若主电路功率因数|cosδ|大于0.7，则主电路达到满足试验条件的谐振状态。
步骤S9中，所述通过调整主电路中的电抗器的电抗值来使得主电路达到谐振状态，具体电抗器调节原则如下：
如果cosδ<+0.7，则减小电抗值，才能使得电路向谐振方向发展；
如果cosδ>-0.7，则增大电抗值，才能使得电路向谐振方向发展。
由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、引入滑动傅里叶算法，快速求解谐振主电路当前的谐振状态，并通过对该算法的求解结果进一步计算，可直接求出主电路系统电抗值、电容值等电气量，用于指导调谐过程。
2、利用标准电压互感器二次侧电压，直接乘上电压互感器变比以获取主电路中并联电容器两端电压。由于标准电压互感器属于高精度互感器，其电压值误差和电压相位误差很小，可以直接忽略不计。
附图说明
图1为本发明所述谐振升压主电路及算法运算过程示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。
本实施提供一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤S1：查询励磁变铭牌变比值KLCB、标准电压互感器铭牌变比值K，用于后续数值校正。
步骤S2：测量励磁变一次侧电压与二次侧电压间的相位差
Figure GDA0002763074850000041
励磁变一次侧电流与二次侧电流间的相位差
Figure GDA0002763074850000042
用于后续相位校正。
步骤S3：对调压电路中所测得的电压量U′、电流量I′以及主电路中标准电压互感器测得的电压量U′CVT2进行数值及相位校正，以获得主电路中电压U、电流I以及并联电容器电压Uc。具体校正方法如下式所示：
Figure GDA0002763074850000043
步骤S4：采用滑动傅里叶算法对主电路电压U、电流I以及主电路并联电容器两端电压Uc进行计算，以获主电路电压U的有效值URMS和相位角
Figure GDA0002763074850000044
主电路电流I的有效值IRMS和相位角
Figure GDA0002763074850000045
并联电容器电压Uc的有效值UcRMS和相位角
Figure GDA0002763074850000046
对于工频50Hz的信号，其滑动傅里叶算法公式如下所示：
Xn＝ej·2π·(Xn-1+x(n)-x(n-N))
Figure GDA0002763074850000051
上式中：变量X表示主电路电压U、主电路电流I、并联电容器电压Uc；
变量Xn-1表示变量X在n-1时刻的时域值；
变量x(n)表示变量X在当前n时刻的采样值；
变量N表示滑动傅里叶算法的滑动窗大小，此处取N＝48；
函数angle()表示求相角函数；
将主电路电压U、主电路电流I、并联电容器电压Uc分别带入上式，即可求得对应的有效值及相位角。
步骤S5：利用主电路电压相位角
Figure GDA0002763074850000052
减去主电路电流相位角
Figure GDA0002763074850000053
以获得主电路功率因数角δ′，同时，用并联电容器电压相位角
Figure GDA0002763074850000054
减去主电路电流相位角
Figure GDA0002763074850000055
以获得主电路容性部分功率因数角δc′，如下式所示：
Figure GDA0002763074850000056
步骤S6：在步骤S5中，利用减法计算得到的功率因数角数值会出现阶跃变化情况，为方便功率因数角在后续过程中的观察与计算，对功率因数角δ′和δc′进行标准化处理，标准化后的功率因数角分别为δ和δc。对功率因数角δ′的具体标准化过程如下式所示，对功率因数角δc′的标准化过程与此一致，不在赘述：
Figure GDA0002763074850000057
通步骤S7：通过步骤S6中求得的主电路功率因数角δ数值大小，由此可以求得主电路功率因数cosδ，根据此功率因数可直观判断出目前主电路的谐振状态。按照实际工作经验，为满足串联谐振升压要求，主电路功率因数|cosδ|应大于0.7。
步骤S8：利用步骤S4求得的主电路电压有效值URMS、主电路电流有效值IRMS、并联电容器电压有效值UcRMS以及步骤S6中求得的主电路功率因数角δ、主电路容性部分功率因数角δc，继而求解主电路中感性部分感抗值ωL、等效电阻RLeq和容性部分容抗值
Figure GDA0002763074850000061
等效电阻Rceq、调压电路允许电流最大值Imax。具体计算过程如下：
Figure GDA0002763074850000062
Figure GDA0002763074850000063
步骤S9：为了使主电路系统达到谐振状态，应尽量使得主电路电抗值ωL与容抗值
Figure GDA0002763074850000064
相等或相近。此时，以步骤S8中求得的电抗值与电容值为指导，通过调整主电路中的电抗器的电抗值来使得主电路达到谐振状态，电抗器调节原则如下：
(1)如果cosδ<+0.7，则减小电抗值，才能使得电路向谐振方向发展；
(2)如果cosδ>-0.7，则增大电抗值，才能使得电路向谐振方向发展。
综上所述，本发明所提供的电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，采用了滑动傅里叶算法，通过科学的计算过程,有利于快速掌握当前状态下主电路谐振状态及各电气元件参数，可以迅速以这些参数为指导，将主电路快速调整到良好谐振状态，减少电压互感器试验时的调谐次数，并降低试验过程中的高压触电风险。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (4)

1.一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，其特征在于，基于谐振升压的主电路实现，其包括励磁变、调压电路和主电路，该励磁变连接于调压电路和主电路之间，该主电路包括串联的感性部分和容性部分，感性部分设有电抗器，容性部分设有并联的标准电压互感器和并联电容器，还包括以下步骤：
步骤S1：查询励磁变铭牌变比值KLCB、标准电压互感器铭牌变比值K，用于后续数值校正；
步骤S2：测量励磁变一次侧电压与二次侧电压间的相位差
Figure FDA0002763074840000011
励磁变一次侧电流与二次侧电流间的相位差
Figure FDA0002763074840000012
用于后续相位校正；
步骤S3：对调压电路中所测得的电压量U′、电流量I′以及主电路中标准电压互感器测得的电压量U′CVT2进行数值及相位校正，以获得主电路中电压U、电流I以及并联电容器电压Uc；
步骤S4：采用滑动傅里叶算法对主电路电压U、电流I以及主电路并联电容器两端电压Uc进行计算，以获主电路电压U的有效值URMS和相位角
Figure FDA0002763074840000013
主电路电流I的有效值IRMS和相位角
Figure FDA0002763074840000014
并联电容器电压Uc的有效值UcRMS和相位角
Figure FDA0002763074840000015
步骤S5：利用主电路电压相位角
Figure FDA0002763074840000016
减去主电路电流相位角
Figure FDA0002763074840000017
以获得主电路功率因数角δ′，同时，用并联电容器电压相位角
Figure FDA0002763074840000018
减去主电路电流相位角
Figure FDA0002763074840000019
以获得主电路容性部分功率因数角δc′；
步骤S6：对功率因数角δ′和δc′进行标准化处理，标准化后的功率因数角分别为δ和δc；
步骤S7：通过步骤S6中求得的主电路功率因数角δ数值大小，由此可以求得主电路功率因数cosδ，根据此功率因数可直观判断出目前主电路的谐振状态，若未达到谐振状态，则进入步骤S8；
步骤S8：利用步骤S4求得的主电路电压有效值URMS、主电路电流有效值IRMS、并联电容器电压有效值UcRMS以及步骤S6中求得的标准化后的主电路功率因数角δ、标准化后的主电路容性部分功率因数角δc，继而求解主电路中感性部分的电抗值ωL、等效电阻RLeq和容性部分的容抗值
Figure FDA0002763074840000021
等效电阻Rceq、调压电路允许电流最大值Imax；
步骤S9：为了使主电路系统达到谐振状态，应使得主电路的电抗值ωL与容抗值
Figure FDA0002763074840000022
相等,此时，以步骤S8中求得的电抗值与容抗值为指导，通过调整主电路中的电抗器的电抗值来使得主电路达到谐振状态。
2.如权利要求1所述的一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，其特征在于，步骤S3中，所述校正方法如下式所示：
Figure FDA0002763074840000023
3.如权利要求1所述的一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，其特征在于，步骤S7中，若主电路功率因数|cosδ|大于0.7，则主电路达到满足试验条件的谐振状态。
4.如权利要求1所述的一种电压互感器串联谐振升压过程中谐振状态判断方法，其特征在于，步骤S9中，所述通过调整主电路中的电抗器的电抗值来使得主电路达到谐振状态，具体电抗器调节原则如下：
如果cosδ<+0.7，则减小电抗值，才能使得电路向谐振方向发展；
如果cosδ>-0.7，则增大电抗值，才能使得电路向谐振方向发展。
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