CN110221237A - 一种电容式电压互感器谐波电压测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法和装置，通过建立电容式电压互感器的等效电路模型；根据等效电路模型建立电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；求解三元非线性方程组，根据解得的杂散电容的值计算电容式电压互感器的等效阻抗，根据电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号，解决了现有的电容式电压互感器谐波测量方法中存在的需要对电容式电压互感器进行改造或依赖于高压谐波源，导致的结构复杂、成本高、可靠性难以预测和不适用于现场测量的技术问题。

Description

一种电容式电压互感器谐波电压测量方法和装置

技术领域

本申请涉及互感器技术领域，尤其涉及一种电容式电压互感器谐波电压测量方法和装置。

背景技术

电容式电压互感器(Capacitor Voltage Transformer，CTV)是由串联电容器分压，再经电磁式互感器降压和隔离，作为表计、继电保护等的一种电压互感器，在电力系统中获得了广泛的应用。

随着非线性负荷的日益增加，对于谐波电压的测量已成为电力行业确保系统稳定运行所必需的一项要求，因此，对谐波电压的精准测量成为本领域技术人员的重点研究方向。现有的利用电容式电压互感器进行谐波测量的方法有：

1、在传统的电容式电压互感器的基础上，在低压端加装电容分压器作为谐波测量的测量元件实现对谐波电压信号进行分析测量；

2、在电容式电压互感器的内部增加两个电流传感器，利用数据采集卡分别采集流过电容式电压互感器的高压电容C1、低压电容C2的电流信号，通过谐波分析程序对采集到的电流信号进行谐波分析后，利用电流与电压之间的相互关系计算，从而得到电容式电压互感器电网测电压谐波的情况；

3、对各电容式电压互感器设备进行谐波传递特性实验，利用实测的谐波传变特性曲线实现对谐波测量的校正。

以上几种方法中，第1种和第2种方法需要对电容式电压互感器进行改造，从理论上来说是对电容式电压互感器测量原理的颠覆性改变，并且，由于在电容式电压互感器的内部增加了新的元器件，其安全性难以评估和预测，不适于对现有的电容式电压互感器应用，存在结构复杂、成本高和可靠性难以预测的缺陷；第3种方法需要依赖于高压谐波源，高压谐波源的结构复杂，成本高昂，设备体积大，只适用于实验室内对电容式电压互感器的测量，不适用于现场测量；针对以上现有技术存在的缺陷，本申请提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法和装置，用于解决以上技术缺陷。

发明内容

本申请实施例提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法，用于解决现有的电容式电压互感器谐波测量方法中存在的需要对电容式电压互感器进行改造或依赖于高压谐波源，导致的结构复杂、成本高、可靠性难以预测和不适用于现场测量的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法，包括以下步骤：

101、获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型；

102、根据所述等效电路模型建立所述电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；

103、获取所述一次侧电流和所述二次侧电压，建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；

104、根据预置算法求解所述三元非线性方程组，得到所述杂散电容的值；

105、根据所述杂散电容的值计算所述电容式电压互感器的等效阻抗，根据所述电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

优选地，步骤101具体包括：

1011、根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值；

1012、根据所述高压主电容值和所述中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数；

1013、建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型。

优选地，所述等效电路模型包括：一次侧电压、二次侧电压、高压主电容、中压主电容、补偿电抗器电感、补偿电抗器等效电阻、补偿电抗器等效杂散电容、中压变压器的励磁电阻、中压变压器的励磁电感、中压变压器一次侧的绕组电阻、中压变压器一次侧的绕组漏感、中压变压器二次侧的绕组电阻、中压变压器二次侧的绕组漏感、一次侧绕组对地杂散电容、二次侧绕组对地杂散电容、一次侧与二次侧绕组间耦合电容、阻尼器等效电阻、阻尼器等效电感、折算至一次侧的负载电感和折算至一次侧的负载电阻；

所述高压主电容和所述中压主电容串联并接在所述一次侧电压两端；

所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻串联，一端连接所述高压主电容和所述中压主电容的公共端；

所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻；

所述中压变压器二次侧的绕组电阻和所述中压变压器二次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感；

所述中压变压器的励磁电阻和所述中压变压器的励磁电感并联在所述串联的所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感的公共端；

所述补偿电抗器等效杂散电容并联在串联的所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻的两端；

所述一次侧与二次侧绕组间耦合电容一端连接所述补偿电抗器等效杂散电容的输出端，另一端连接串联的所述中压变压器二次侧的绕组电阻和所述中压变压器二次侧的绕组漏感的输出端；

所述二次侧绕组对地杂散电容一端连接在所述一次侧与二次侧绕组间耦合电容，另一端连接所述一次侧电压；

所述阻尼器等效电感与所述阻尼器等效电阻串联并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端；

所述折算至一次侧的负载电感和所述折算至一次侧的负载电阻串联并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端；

所述二次侧电压并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端。

优选地，步骤102之后步骤103之前，还包括：

1023、对所述等效电路模型进行Y-Δ变换。

优选地，步骤103具体包括：

1031、获取所述一次侧电流和所述二次侧电压；

1032、对所述一次侧电流和所述二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位；

1033、建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

优选地，所述预置算法为改进牛顿迭代算法。

本申请第二方面提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量装置，包括以下模块：

获取模块，用于获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型；

第一计算模块，用于根据所述等效电路模型建立所述电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；

建模模块，用于获取所述一次侧电流和所述二次侧电压，建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；

求解模块，用于根据预置算法求解所述三元非线性方程组，得到所述杂散电容的值；

第二计算模块，用于根据所述杂散电容的值计算所述电容式电压互感器的等效阻抗，根据所述电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

优选地，所述获取模块具体包括：

第一获取子模块，用于根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值；

第二获取子模块，用于根据所述高压主电容值和所述中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数；

第三获取子模块，用于建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型。

优选地，所述第一计算模块与所述建模模块之间还包括：变换模块；

所述变换模块，用于对所述等效电路模型进行Y-Δ变换。

优选地，所述建模模块具体包括：

第四获取子模块，用于获取所述一次侧电流和所述二次侧电压；

分析子模块，用于对所述一次侧电流和所述二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位；

建模子模块，用于建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法，包括以下步骤：101、获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的电容式电压互感器的等效电路模型；102、根据等效电路模型建立电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；103、获取一次侧电流和二次侧电压，建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；104、根据预置算法求解三元非线性方程组，得到杂散电容的值；105、根据杂散电容的值计算电容式电压互感器的等效阻抗，根据电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

本申请中提供的电容式电压互感器的电容分压测量方法，相比现有技术存在以下优点：

1、能够在不需要改变电容式电压互感器的内部结构的情况下，完成电容式电压互感器的精确校正；

2、考虑并解决了电容式电压互感器内部杂散电容对电容式电压互感器谐波电压测量的影响；

3、不需要对电容式电压互感器做离线分析，不依赖于高压谐波源，有利于应用在实际电容式电压互感器谐波电压测量现场。

附图说明

图1为本申请提供的一种电容式电压互感器谐波电压测量方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本申请提供的一种电容式电压互感器谐波电压测量方法的另一个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的一种电容式电压互感器谐波电压测量装置的一个实施例的结构示意图；

图4为本申请提供的电容式电压互感器的等效电路模型示意图；

图5为对图4中的等效电路模型进行Y-Δ变换后的模型示意图

图6为本申请实施例中提供的电容式电压互感器的谐波测量接线图；

图7为利用MATLAB求解方程组的仿真时间示意图；

图8为不同的中间变压器一次侧对地杂散电容含量下的电容式电压互感器谐波传变比变化曲线；

图9为不同的中间变压器一次侧对地杂散电容含量下的电容式电压互感器谐波相位角变化曲线。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种电容式电压互感器谐波电压测量方法的一个实施例，包括：

步骤101、获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的电容式电压互感器的等效电路模型。

需要说明的是，由于杂散电容的电容特性，其大小与元件的位置、形状和介质有关，与元件电压个频率无关，电容式电压互感器主电路参数在制造时易于控制，且各元件较为稳定，基本不受外界环境干扰。电容式电压互感器的杂散电容对电容式电压互感器的谐波传递缺陷存在较大影响，如图8和图9所示。本申请实施例通过求解电容式电压互感器等效电路传递函数中关于杂散电容的多元方程，实现杂散电容在线计算，进而实现电容式电压互感器谐波电压精测测量的方法。

本申请实施例中，电容式电压互感器主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载等部分组成，因此本申请实施例中首先需要获得电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立电容式电压互感器的等效电路模型，如图4所示。

步骤102、根据等效电路模型建立电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式。

需要说明的是，由于电压型测量仪器输入阻抗通常近似看成无穷大，因此，侧可以近似为开路状态，根据图4的等效电路模型，有：

电容式电压互感器为线性系统，所以有H₂₁＝-H₁₂,因此，可以变形为：

其中，ΔH＝H₁₁H₂₂-H₁₂H₂₁。

由于

因此，有

所以电容式互感器的一二次转移阻抗为：

其中，I₁为一次侧电流，U₂为二次侧电压。

步骤103、获取一次侧电流和二次侧电压，建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

需要说明的是，一次侧电流和二次侧电压可以通过现场实测获得，在实际测量时，利用加装在电容式电压互感器一次侧进线的电流互感器可以获取一次侧电流，以及电压测量设备测量电容式电压互感器二次侧电压值。实际上，考虑到安全性的问题，在电容式电压互感器一次侧进线的电流互感器需要考虑高压绝缘问题，所以现实应用中势必带来流出的电流，所以选择在电容式电压互感器接地线上加装电流互感器替代在高压侧加装电流互感器的方案，如图6所示。

在获得一次侧电流和二次侧电压之后，可以计算出电容式电压互感器的转移阻抗，再根据转移阻抗的表达式建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

步骤104、根据预置算法求解三元非线性方程组，得到杂散电容的值。

需要说明的是，利用预置算法对建立的三元非线性方程组进行求解，获得对应的三个杂散电容值。

步骤105、根据杂散电容的值计算电容式电压互感器的等效阻抗，根据电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

需要说明的是，得到电容式电压互感器的杂散电容的值之后，电容式电压互感器的所有参数均已获得，此时，根据杂散电容值重新计算电容式电压互感器等效电路的等效阻抗，将等效阻抗Z和一次侧谐波电流信号I_1h代入公式：和即可还原电容式电压互感器的一次侧谐波电压信号U_1h。

本申请实施例中提供的电容式电压互感器的电容分压测量方法，相比现有技术存在以下优点：

1、能够在不需要改变电容式电压互感器的内部结构的情况下，完成电容式电压互感器的精确校正；

2、考虑并解决了电容式电压互感器内部杂散电容对电容式电压互感器谐波电压测量的影响；

3、不需要对电容式电压互感器做离线分析，不依赖于高压谐波源，有利于应用在实际电容式电压互感器谐波电压测量现场。

为了便于理解，请参阅图2，本申请还提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量方法的另一个实施例，包括：

步骤201、根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值。

步骤202、根据高压主电容值和中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数。

需要说明的是，C₁和C₂的具体参数在CVT铭牌上均有标注，补偿电抗器的作用是在额定基波频率下满足补偿电抗的电抗值加上中间变压器漏抗值与分压电容容抗值相等的条件，使得CVT的基波传递工作特性处于谐振态，从而保证加在二次侧负载两端的电压为一次侧的分压电压。因此，可计算得到中间电抗器的理论电感值L_S。根据电感值L_S以及补偿电抗器的制作工艺可进一步算出补偿电抗器电阻R_s。中间变压器，阻尼回路，负载的参数按常规和额定运行参数设置。至此CVT的模型参数除了杂散电容的参数外，其他参数均可直接或间接获悉。本申请实施例中，首先通过电容式电压互感器的铭牌数据获得高压主电容C₁和中压主电容C₂的数值，根据两个主电容的值算出补偿电抗器的参数，进而根据电容式电压互感器的电压等级算出中间变压器、阻尼器和负载的主电路参数。

步骤203、建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的电容式电压互感器的等效电路模型。

需要说明的是，本申请实施例中的CVT的等效电路模型如图4所示，图4中，U₁为一次侧被测电压，U₂为在CVT二次侧测得的二次侧电压；C₁和C₂表示高压和中压电容；L_S为补偿电抗器电感；R_S为补偿电抗器等效电阻；C_C表示补偿电抗器等效杂散电容；R_m、L_m表示中压变压器T的励磁电阻、励磁电感；R_T1、L_T1表示中压变压器一次侧的绕组电阻和绕组漏感；R_T2、L_T2表示中压变压器二次侧的绕组电阻和绕组漏感；C_p1表示一次侧绕组对地杂散电容；C_p2表示二次侧绕组对地杂散电容；C_p12表示一次侧与二次侧绕组间耦合电容；L_Z、R_Z为阻尼器等效电感和电阻；L_b、R_b为折算至一次侧的负载电感和电阻。该等效电路模型包括：一次侧电压、二次侧电压、高压主电容、中压主电容、补偿电抗器电感、补偿电抗器等效电阻、补偿电抗器等效杂散电容、中压变压器的励磁电阻、中压变压器的励磁电感、中压变压器一次侧的绕组电阻、中压变压器一次侧的绕组漏感、中压变压器二次侧的绕组电阻、中压变压器二次侧的绕组漏感、一次侧绕组对地杂散电容、二次侧绕组对地杂散电容、一次侧与二次侧绕组间耦合电容、阻尼器等效电阻、阻尼器等效电感、折算至一次侧的负载电感和折算至一次侧的负载电阻；

高压主电容和中压主电容串联并接在一次侧电压两端；

补偿电抗器电感与补偿电抗器电阻串联，一端连接高压主电容和中压主电容的公共端；

中压变压器一次侧的绕组电阻和中压变压器一次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的补偿电抗器电感与补偿电抗器电阻；

中压变压器二次侧的绕组电阻和中压变压器二次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的中压变压器一次侧的绕组电阻和中压变压器一次侧的绕组漏感；

中压变压器的励磁电阻和中压变压器的励磁电感并联在串联的中压变压器一次侧的绕组电阻和中压变压器一次侧的绕组漏感的公共端；

补偿电抗器等效杂散电容并联在串联的补偿电抗器电感与补偿电抗器电阻的两端；

一次侧与二次侧绕组间耦合电容一端连接补偿电抗器等效杂散电容的输出端，另一端连接串联的中压变压器二次侧的绕组电阻和中压变压器二次侧的绕组漏感的输出端；

二次侧绕组对地杂散电容一端连接在一次侧与二次侧绕组间耦合电容，另一端连接一次侧电压；

阻尼器等效电感与阻尼器等效电阻串联并接在二次侧绕组对地杂散电容的两端；

折算至一次侧的负载电感和折算至一次侧的负载电阻串联并接在二次侧绕组对地杂散电容的两端；

二次侧电压并接在二次侧绕组对地杂散电容的两端。

步骤204、根据等效电路模型建立电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式。

需要说明的是，本申请实施例中的步骤204与上一实施例中的步骤102一致，在此不再进行赘述。

步骤205、对等效电路模型进行Y-Δ变换。

需要说明的是，本申请实施例中，对CVT的等效电路模型进行Y-Δ变换，获得简化的电路如图5所示，根据图5的简化电路，有：

Z₁＝(R_S+jωL_S)；

因此，关于转移阻抗的表达式可以表示为：

步骤206、获取一次侧电流和二次侧电压。

步骤207、对一次侧电流和二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位。

步骤208、建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

需要说明的是，由于中间变压器二次侧杂散电容C_p2对CVT谐波传变的影响较小，可以忽略不计，为了减少计算量，本申请实施例中将二次侧对地杂散电容C_p2看做是常数，不作为本申请求解的变量。

二次侧电压U₂和一次侧电流I₁均可以通过现场实测获得，令x₁＝c_c，x₂＝c_p1，x₃＝c_p12，建立以下三元方程：

实际测量时，利用加装在CVT一次侧进线的电流互感器可以获取电流I₁，以及电压测量设备测量CVT二次侧电压值U₂。实际上，考虑到安全性的问题，在CVT一次侧进线的电流互感器需考虑高压绝缘问题，所以现实应用中势必带来经济性的问题。因此，本申请实施例中提供一种替代方案，根据基尔霍夫电流定律，流入一个系统的电流等于流出的电流，即I₁＝I_d。所以选择在CVT接地线上加装电流互感器替代在高压侧加装电流互感器的方案，如图6所示。

分别对一次侧电流I₁和二次侧电压U₂做频谱分析，进行傅里叶变换后，可以得到谐波电流I_1h，谐波电压U_1h的幅值和相位，任取三个不同频率下的转移阻抗的值代入三元方程，可得到关于x₁、x₂、x₃的三元非线性方程组：

步骤209、根据改进牛顿迭代算法求解三元非线性方程组，得到杂散电容的值。

需要说明的是，可以利用MATLAB对三元非线性方程组进行求解。在解法上采用牛顿迭代算法，由于同型号CVT杂散电容的参数一般是在一个范围内波动，所以牛顿迭代算法的初值可取一个范围内的任意值。以上三元非线性方程组中f₁,f₂,f₃均为(x₁,x₂,x₃)的多元函数，若用向量记号记X＝(x₁,x₂,x₃)^T，F＝(f₁,f₂,f₃)^T，则以上三元非线性方程组可以改写成：

F(X)＝0；

若方程组初值X^(k)已给出,则F(X)在X^(k)处用Taylor展开，取其线性部分可近似表示为：

F(X)＝F(X^(K))+F’(X^K)*(X-X^(k))；

其中F’(X)为F(X)的Jacobi矩阵，求解方程组F(X)＝F(X^(K))+F’(X^K)*(X-X^(k))，记解为X^(k+1)，则：

X^(k+1)＝X^(k)-F’(X^(k))^-1*F(X^(k))；

实际仿真中发现式形式上过于复杂，直接对其进行迭代求解存在着计算量大，用时长的问题。此外，仿真过程中也发现牛顿迭代过程中一些中间变量重复计算的问题。为了提高求解速度，对式进行预处理，以及对牛顿迭代算法做出改进。具体如下：

1)把式展开为：

其中

2)式中a,b...p在各次谐波下均为常数系数，所以在进入迭代求解之前可先求出各次谐波下的系数，存于内存中等待调用。

3)根据式Jacobi矩阵元素可以表示为关于初值X^(k)的函数。由于乘法比求导的运算速度快，所以为了避免迭代过程中反复求取Jacobi矩阵，可以在迭代求解之前把Jacobi矩阵元素表示为关于初值X^(k)的函数，在迭代过程中，只需带入初值即可求得Jacobi矩阵。用乘法运算代替求导运算，有利于提高运算速度，运行仿真的时间对比如图7所示，由图7可以看出，使用改进牛顿迭代时间要比传统的牛顿迭代时间快3倍以上。MATLAB仿真结果如表1所示，以电力系统常见的奇数次谐波为例，杂散电容的真值分别设置Cc＝80.3pF,Cp1＝80.5pF,Cp12＝88pF。从结果中可看出改进后的牛顿迭代算法运算速度显著提高，并且结果具有一致性。

表1

步骤210、根据杂散电容的值计算电容式电压互感器的等效阻抗，根据电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

需要说明的是，得到CVT的杂散电容之后，可以计算出CVT的等效阻抗Z_h：

将等效阻抗Z和一次侧谐波电流信号I_1h代入公式：和即可还原电容式电压互感器的一次侧谐波电压信号U_1h：

U_1h＝I_1hZ_h。

为了便于理解，请参阅图3，本申请中还提供了一种电容式电压互感器谐波电压测量装置的实施例，包括以下模块：

获取模块301，用于获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的电容式电压互感器的等效电路模型。

第一计算模块302，用于根据等效电路模型建立电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式。

建模模块303，用于获取一次侧电流和二次侧电压，建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

求解模块304，用于根据预置算法求解三元非线性方程组，得到杂散电容的值。

第二计算模块305，用于根据杂散电容的值计算电容式电压互感器的等效阻抗，根据电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

进一步地，获取模块301具体包括：

第一获取子模块3011，用于根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值。

第二获取子模块3012，用于根据高压主电容值和中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数。

第三获取子模块3013，用于建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的电容式电压互感器的等效电路模型。

第一计算模块302与建模模块之间还包括：变换模块306；

变换模块306，用于对等效电路模型进行Y-Δ变换。

进一步地，建模模块303具体包括：

第四获取子模块3031，用于获取一次侧电流和二次侧电压。

分析子模块3032，用于对一次侧电流和二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位。

建模子模块3033，用于建立包括一次侧电流、二次侧电压和等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

101、获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型；

102、根据所述等效电路模型建立所述电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；

103、获取所述一次侧电流和所述二次侧电压，建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；

104、根据预置算法求解所述三元非线性方程组，得到所述杂散电容的值；

105、根据所述杂散电容的值计算所述电容式电压互感器的等效阻抗，根据所述电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

2.根据权利要求1所述的电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，步骤101具体包括：

1011、根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值；

1012、根据所述高压主电容值和所述中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数；

1013、建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型。

3.根据权利要求1所述的电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，所述等效电路模型包括：一次侧电压、二次侧电压、高压主电容、中压主电容、补偿电抗器电感、补偿电抗器等效电阻、补偿电抗器等效杂散电容、中压变压器的励磁电阻、中压变压器的励磁电感、中压变压器一次侧的绕组电阻、中压变压器一次侧的绕组漏感、中压变压器二次侧的绕组电阻、中压变压器二次侧的绕组漏感、一次侧绕组对地杂散电容、二次侧绕组对地杂散电容、一次侧与二次侧绕组间耦合电容、阻尼器等效电阻、阻尼器等效电感、折算至一次侧的负载电感和折算至一次侧的负载电阻；

所述高压主电容和所述中压主电容串联并接在所述一次侧电压两端；

所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻串联，一端连接所述高压主电容和所述中压主电容的公共端；

所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻；

所述中压变压器二次侧的绕组电阻和所述中压变压器二次侧的绕组漏感串联，一端连接串联的所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感；

所述中压变压器的励磁电阻和所述中压变压器的励磁电感并联在所述串联的所述中压变压器一次侧的绕组电阻和所述中压变压器一次侧的绕组漏感的公共端；

所述补偿电抗器等效杂散电容并联在串联的所述补偿电抗器电感与所述补偿电抗器电阻的两端；

所述一次侧与二次侧绕组间耦合电容一端连接所述补偿电抗器等效杂散电容的输出端，另一端连接串联的所述中压变压器二次侧的绕组电阻和所述中压变压器二次侧的绕组漏感的输出端；

所述二次侧绕组对地杂散电容一端连接在所述一次侧与二次侧绕组间耦合电容，另一端连接所述一次侧电压；

所述阻尼器等效电感与所述阻尼器等效电阻串联并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端；

所述折算至一次侧的负载电感和所述折算至一次侧的负载电阻串联并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端；

所述二次侧电压并接在所述二次侧绕组对地杂散电容的两端。

4.根据权利要求1所述的电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，步骤102之后步骤103之前，还包括：

1023、对所述等效电路模型进行Y-Δ变换。

5.根据权利要求1所述的电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，步骤103具体包括：

1031、获取所述一次侧电流和所述二次侧电压；

1032、对所述一次侧电流和所述二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位；

1033、建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。

6.根据权利要求1所述的电容式电压互感器谐波电压测量方法，其特征在于，所述预置算法为改进牛顿迭代算法。

7.一种电容式电压互感器谐波电压测量装置，其特征在于，包括以下模块：

获取模块，用于获取电容式电压互感器的电容分压器参数、中间变压器参数、补偿电抗器参数、阻尼器参数和负载参数，并建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型；

第一计算模块，用于根据所述等效电路模型建立所述电容式电压互感器的转移阻抗与一次侧电流、二次侧电压的关系式；

建模模块，用于获取所述一次侧电流和所述二次侧电压，建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组；

求解模块，用于根据预置算法求解所述三元非线性方程组，得到所述杂散电容的值；

第二计算模块，用于根据所述杂散电容的值计算所述电容式电压互感器的等效阻抗，根据所述电容式电压互感器运行时实测的一次侧谐波电流信号计算一次侧谐波电压信号。

8.根据权利要求7所述的电容式电压互感器谐波电压测量装置，其特征在于，所述获取模块具体包括：

第一获取子模块，用于根据电容式电压互感器的铭牌数据获取电容分压器参数的高压主电容值和中压主电容值；

第二获取子模块，用于根据所述高压主电容值和所述中压主电容值计算补偿电抗器参数、中间变压器参数、阻尼器参数和负载参数；

第三获取子模块，用于建立包含电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器和负载的所述电容式电压互感器的等效电路模型。

9.根据权利要求7所述的电容式电压互感器谐波电压测量装置，其特征在于，所述第一计算模块与所述建模模块之间还包括：变换模块；

所述变换模块，用于对所述等效电路模型进行Y-Δ变换。

10.根据权利要求7所述的电容式电压互感器谐波电压测量装置，其特征在于，所述建模模块具体包括：

第四获取子模块，用于获取所述一次侧电流和所述二次侧电压；

分析子模块，用于对所述一次侧电流和所述二次侧电压做频谱分析，得到谐波电流、谐波电压的幅值和相位；

建模子模块，用于建立包括所述一次侧电流、所述二次侧电压和所述等效电路模型中的杂散电容的三元非线性方程组。