CN110749787B - 一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法，所述方法包括：首先，基于直流配电变换系统，构建测试工况；然后，基于以下一种或多种测试方法：主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法、CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法，在所述测试工况下，测试出所述直流配电变换系统的电磁骚扰信号；最后，基于所述电磁骚扰信号，分析并得出所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性。该测试方法对直流配电变换系统电磁骚扰特性的测量更加精确、全面，为系统的正常运行提供了有力的保障。
Description
技术领域
本发明属于电力系统领域，特别涉及一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法。
背景技术
所述直流配电变换系统中关键设备上产生的过电压主要是由交、直流配电系统的操作、故障及雷击等原因产生的电磁暂态过程引起的。但与交流配电系统相比，直流配电系统中除了冲击、操作、雷击过电压以外，直流配电系统中的母线故障、直流闭锁、启动以及停止时产生过冲等问题也会引起过电压。进一步，直流配电系统中暂态过电压的波形、幅值和持续时间等参数受线路的组成、换流站设备、阻尼回路、系统运行方式、直流开关的配置方式、避雷器的保护水平、直流控制保护等因素的影响。因此，如何有效的测试直流配电变换系统的电磁骚扰成为越来越亟待解决的技术问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法，该测试方法考虑因素全面、测量结果更加精确。
本发明的目的在于提供一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法，所述方法包括：
基于直流配电变换系统，构建测试工况；
基于以下一种或多种测试方法：主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法、CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法，在所述测试工况下，测试出所述直流配电变换系统的电磁骚扰信号；
基于所述电磁骚扰信号，分析并得出所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性。
进一步地，所述测试工况包括直流配电变换系统的交流侧开关操作、直流侧开关操作以及直流系统解锁和/或闭锁。
进一步地，所述主回路电压测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法以及CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法均为时域测量方法。
进一步地，所述电磁骚扰信号包括在任一所述测试工况下的主回路电压、主回路电场与磁场信号、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号。
进一步地，所述主回路电压测试方法包括：
在主回路中设置电压互感器；
将第一测量仪器与所述主回路中的电压互感器通过电缆连接，间接测量主回路电压。
进一步地，所述CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法包括：
在CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角处及100/√3绕组处分别设置电压互感器；
将第二测量仪器与所述CVT二次绕组中的电压互感器连接，测量CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压。
进一步地，所述电场测试方法包括：
将光电式电场传感器连接在主回路中；
将光电式电场传感器与第三测量仪器连接，测试出电场信号。
进一步地，所述磁场测试方法包括：
将屏蔽环天线放置于待操作开关的下方；
将天线与第四测量仪器连接，测试出磁场信号。
进一步地，所述直流电源的电磁骚扰测试方法包括：
直流电源的正极与负极均连接有第一电容；
将第五测量仪器分别与第一电容连接，测量出直流电源正极、负极对地的共模电压；
基于所述直流电源正极、负极对地的共模电压，计算出直流电源间的差模电压。
进一步地，所述分析并得出直流配电变换系统的电磁骚扰特性还包括：
基于所述主回路电压、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号，通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性；
通过所述任一信号的频域特性、电场和/或磁场，综合展示所述系统的电磁骚扰特性。
进一步地，所述通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性还包括：
基于所述离散信号傅立叶变换，获取所述任一信号的频域信号，其中，
所述离散信号傅立叶变换的公式为：
其中，x(j)为采集到的所述任一信号，j∈N(也作j＝0,1,2,…，N)，X(k)为所述采集到的任一信号对应的频域信号，k∈N(也作k＝0,1,2,…，N)，N为时域信号长度,N大于0；
基于所述频域信号，获取所述频域信号的频率分辨率与时间长度的关系、带宽与采样频率的关系以及幅度谱，其中，
频域信号的频率分辨率与时间长度的关系满足：
fr＝1/tw (2)
其中，fr是频域信号的频率分辨率，tw为时域信号时间长度，
基于奈奎斯特定理，所述频域信号的带宽与采样频率的关系满足：
fbw＝fs/2 (3)
其中，fs为采样频率，fbw为频域信号的带宽，
基于所述离散信号傅立叶变换的公式，所述频域信号的幅度谱在对数坐标下满足：
X(k)dB为所述频域信号的幅度谱。
进一步地，所述获取所述频域信号的幅度谱还包括：
取预设周期的时间长度；
基于所述时间长度，对所述频域信号进行截取；
优选地，所述对所述频域信号进行截取还包括基于采样个数与示波器的时基，计算频域信号的带宽。
本发明的直流配电变换系统电磁骚扰测试方法包括以下有益效果：
1、采用主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测测试方法、CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法对不同工况下的电压、电场和/或磁场信号进行测量，充分考虑了直流配电变换系统中各种引起电磁骚扰的因素，测试出的结果更加精确，为直流配电变换系统的正常运行提供了有力的保障。
2、所述主回路电压测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法以及CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法均基于时域测量方法，充分考虑了测试过程中暂态和稳态两种情况，使得测量结果更加精确。
3、直流电压的电磁骚扰测试方法，电源两极性端均用电容将直流电源与测量仪器隔离开来，既可以防止直流电源短路接地又能保证测量结果的准确性，同时还避免过高的直流偏压对测量仪器的损坏。
4、在分析过程中，充分考虑了所述频域信号的频率分辨率与时间长度的关系、带宽与采样频率的关系以及幅度谱，使得得出的电磁骚扰特性更加直观、精确。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明实施例中直流配电变换系统电磁骚扰测试方法流程示意图；
图2示出了本发明实施例中一种主回路电压测试接线图；
图3示出了本发明实施例中一种CVT二次100/√3绕组共模骚扰电压测量接线图；
图4示出了本发明实施例中一种交流刀闸操作的电场、磁场测量接线图；
图5示出了本发明实施例中一种直流电源电磁骚扰测试接线图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例中介绍了一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法，首先，基于直流配电变换系统，构建测试工况；然后，基于以下一种或多种测试方法：主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法、CVT(CapacitorVoltage Transformers：电容式电压互感器)二次绕组的电磁骚扰测试方法；在所述测试工况下，测试出所述直流配电变换系统的电磁骚扰信号；最后，基于所述电磁骚扰信号，分析并得出所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性。基于设定不同工况，采用主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测测试方法、CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法对不同工况下的电压、电场或磁场信号进行测量，充分考虑了直流配电变换系统中各种引起电磁骚扰的因素，测试出的电磁骚扰信号更加精确，为直流配电变换系统的正常运行提供了有力的保障。
所述测试工况包括直流配电变换系统的交流侧开关操作、直流侧开关操作以及直流系统解锁、闭锁。具体的三种工况为：测量交流侧开关操作在主回路中产生的瞬态电磁骚扰；测量直流侧开关操作在主回路中产生的瞬态电磁骚扰；测量直流系统解锁、闭锁在主回路中产生的瞬态电磁骚扰。
所述电磁骚扰信号包括在任一所述测试工况下的主回路电压、主回路电场与磁场信号、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号。其中，所述本发明实施例中上述所述任一测试工况下，所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性均可由主回路电压、电场、磁场、直流电源的电磁骚扰、CVT二次绕组的电磁骚扰一个或多个所体现。本发明实施例中所述直流电源的电磁骚扰为直流电源正极、负极对地的共模电压与直流电源间的差模电压；所述CVT二次绕组的电磁骚扰为所述CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压，本发明实施例中所述主回路电压、直流电源的电磁骚扰以及CVT二次绕组的电磁骚扰也称为电压信号。
所述主回路电压测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法以及CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法均为时域测量方法。本发明中充分考虑到直流配电变换系统中换流阀或电力电子变压器工作产生的干扰源，由于所述干扰源主要表现为电压源特性，因此在测试过程中一方面通过检测电压进行传导测量。另一方面，由于现场试验要涉及到暂态和稳态两种情况，在时域中进行测量可以比较准确的反映测量点的基本特性，因此，电磁骚扰信号中电压信号的测量主要采用时域测量方法，所述时域测量方法为时域波形采集方法。优选地，所述电磁骚扰信号中任一电压信号的测量还可以辅助采用频域直接测量的方法。
所述主回路电压测试方法包括：在主回路中设置电压互感器；将第一测量仪器与所述主回路中的电压互感器通过电缆连接，间接测量主回路电压。如图2所示介绍了一种主回路电压测试接线图(未示出主回路)，其中，电压互感器的高压侧连接在所述主回路线路上，所述电压互感器的低压侧与信号电缆连接，在主回路电压测试过程，在所述信号电缆上选取测量点，将第一测量仪器的探头直接对测量点的电压进行采集。电压互感器、信号电缆以及第一测量仪器组成测试回路，利用第一测量回路对主回路电压进行间接测量，所述第一测量仪器也可以是示波器。
本实施例中，CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法包括：选取换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组作为CVT二次绕组的电磁骚扰的测量点，在CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角处及100/√3绕组处分别设置电压互感器；将第二测量仪器与所述CVT二次绕组中的电压互感器连接，测量CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压。如图3所示，示例性介绍了一种CVT二次100/√3绕组共模骚扰电压测量图，仅示出了与CVT二次100/√3绕组连接的电压互感器，其中，将第二测量仪器与所述CVT二次绕组中的电压互感器连接，间接测量CVT二次100/√3绕组的共模骚扰电压。其中所述第二测量仪器采用的是104Mxi数字存储示波器。
主回路电压测试方法与CVT二次绕组的电磁骚扰的测试方法主要是利用了电压互感器的降压作用，利用测量回路间接对主回路电压与CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的电压进行测量。所述间接指的是利用电路中各个期间电压之间的关系，在此不再进行赘述。
所述电场的测试方法包括；将光电式电场传感器连接在主回路中；将光电式电场传感器与第三测量仪器连接，测试出电场。所述磁场测试方法包括：将屏蔽环天线放置于待操作开关的下方；将天线与第四测量仪器连接，测试出磁场。其中，所述待操作开关包括交流侧开关(刀闸)、直流侧开关(刀闸)、直流系统解锁、闭锁开关。如图4所示，示例性介绍了一种交流刀闸操作的电场、磁场测量接线图，其中，所述光电式电场传感器与交流刀闸所在的主回路连接，所述屏蔽环天线放置于所述交流刀闸下方，其中，所述屏蔽环天线与所述示波器连接，进一步，所述示波器直接与计算机连接，将测量的结果直接输出至所述计算机。优选地，所述光电式电场传感器的带宽为DC-300MHz，最大幅度为200kV/m；所述屏蔽环天线的带宽DC-30MHz，最大幅度300A/m；所述示波器的的带宽为500MHz，且所述示波器也可以是104Mxi数字存储示波器。
所述直流电源的电磁骚扰测试方法包括：直流电源的正极与负极均连接有第一电容；将第五测量仪器分别与第一电容连接，测量出直流电源正极、负极对地的共模电压；基于所述直流电源正极、负极对地的共模电压，计算出直流电源间的差模电压。示例性的，如图5所示介绍了一种直流电源电磁骚扰测试接线图，采用104Mxi数字存储示波器的测量探头测量110V直流电源正极、负极对地的共模骚扰电压，其中，电源两极性端均用10μF的电容将直流电源与测量探头隔离开来，采用该测试方法既可以防止直流电源短路接地又能保证测量结果的准确性，同时还避免过高的直流偏压对测量探头的损坏。本发明实施例中所述直流电源的电磁骚扰在保护小室中测量。
本实施例中，所述第一～第五测量仪器均可以为示波器，但并不限于示波器，其他测电压、电场或磁场的测量仪器均适用于本发明实施例中。
本实施例中，所述分析并得出所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性包括：首先，基于所述主回路电压、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号，通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性；然后，通过所述任一信号的频域特性、与所述电场和/或磁场进行结合，对所述系统的电磁骚扰特性进行综合体现。
具体的，所述通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性还包括：基于所述离散信号傅立叶变换，获取所述任一信号的频域信号，示例性的本发明实施例中采用的是快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)方法对采集到的电压进行分析，快速傅立叶变换的公式为：
其中，x(j)为采集到的任一信号，j∈N(也作j＝0,1,2,…，N)，X(k)为所述采集到的任一信号对应的频域信号，k∈N(也作k＝0,1,2,…，N)，N为时域信号长度，N大于0。本发明实施例中由于采用的测量方法均基于时域测量方法，则测量得出的任一信号均为时域信号。
进一步，基于所述频域信号，获取所述频域信号的频率分辨率与时间长度的关系、带宽与采样频率的关系以及幅度谱。
具体的，通过所述FFT得到的频域信号仍然是离散信号，频域信号的频域频率分辨率与时间长度之间的关系满足：
fr＝1/tw (2)
其中，fr是频域信号的频率分辨率，tw为时域信号时间长度。
进一步，基于奈奎斯特定理可知，频域信号带宽与采样频率之间的关系满足：
fbw＝fs/2 (3)
其中，fs为采样频率，fbw为频域信号带宽。
进一步，所述获取频域信号的幅度谱还包括：取预设周期的时间长度基于所述时间长度，对所述频域信号进行截取；示例性的，取一个工频周期(0.02s)的时间长度进行频谱分析，用矩形窗进行数据截断，对应的分辨率带宽RBW(Resolution Band width)为50Hz，即以50Hz为基波的谐波谱。选择1MHz的采样频率，即可得到从50Hz到500kHz频率范围内的频谱。
基于所述离散信号傅立叶变换的公式，所述频域信号的幅度谱在对数坐标下满足：
X(k)dB为所述频域信号的幅度谱。
一般采用单位为dBμV表示电压信号的幅度谱，从而对所述公式(4)进行单位变换后，则频域信号的幅度谱如下所示：
RBW表示准峰值测量使用的分辨率带宽，X(k)dBμV为所述任一信号的幅度谱。
从而本发明实施例中，基于所述公式(5)则可获得所述频域信号的幅度谱。
优选地，本发明实施例中为防止截断造成的频率泄露问题，在下述分析中，采用哈宁窗进行数据截取。进一步优选地，由于示波器的储存深度限制，每次截取时，需要基于采样个数与示波器的时基，计算频域信号带宽，示例性的以采样个数为2500点(即采样频率)，示波器采用TDS系列为例，时间宽度tw和频域带宽有如下关系：
fbw＝fs/2＝2500/tw/2＝1250/tw (6)
另外，TDS系列示波器时基tb与时间长度tw有如下关系：
tw＝tb/10 (7)
可以得到：
fbw＝1250/tw＝125/tb (8)
在分析过程中，充分考虑了所述频域信号的频率分辨率与时间长度的关系、带宽与采样频率的关系、幅度谱以及示波器的时基，使得分析得出的电磁骚扰特性更加精确。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种直流配电变换系统电磁骚扰测试方法，其特征在于，所述方法包括：
基于直流配电变换系统，构建测试工况，所述测试工况包括直流配电变换系统的交流侧开关操作、直流侧开关操作以及直流系统解锁、闭锁；
基于以下一种或多种测试方法：主回路电压测试方法、电场测试方法、磁场测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法、CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法，在所述测试工况下，测试出所述直流配电变换系统的电磁骚扰信号；
基于所述电磁骚扰信号，分析并得出所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性，
其中，
所述电磁骚扰信号包括在任一所述测试工况下的主回路电压、主回路电场与磁场信号、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号；
所述分析并得出直流配电变换系统的电磁骚扰特性还包括：
基于所述主回路电压、直流电源正极、负极对地的共模电压、直流电源间的差模电压、CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压中的任一信号，通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性；
通过所述任一信号的频域特性、电场和/或磁场，综合展示所述直流配电变换系统的电磁骚扰特性；
所述通过离散信号傅立叶变换获取所述任一信号的频域特性还包括：
基于所述离散信号傅立叶变换，获取所述任一信号的频域信号，其中，
所述离散信号傅立叶变换的公式为：
其中，x(j)为采集到的所述任一信号，j∈N，X(k)为所述采集到的任一信号对应的频域信号，k∈N，N为时域信号长度；
基于所述频域信号，获取所述频域信号的频率分辨率与时间长度的关系、带宽与采样频率的关系以及幅度谱，其中，
频域信号的频率分辨率与时间长度的关系满足：
fr＝1/tw (2)
其中，fr是频域信号的频率分辨率，tw为时域信号时间长度，
基于奈奎斯特定理，所述频域信号的带宽与采样频率的关系满足：
fbw＝fs/2 (3)
其中，fs为采样频率，fbw为频域信号的带宽，
基于所述离散信号傅立叶变换的公式，所述频域信号的幅度谱在对数坐标下满足：
X(k)dB为所述频域信号的幅度谱。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述主回路电压测试方法、直流电源的电磁骚扰测试方法以及CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法均为时域测量方法。
3.根据权利要求1-2任一所述的测试方法，其特征在于，所述主回路电压测试方法包括：
在主回路中设置电压互感器；
将第一测量仪器与所述主回路中的电压互感器通过电缆连接，间接测量主回路电压。
4.根据权利要求1-2任一所述的测试方法，其特征在于，所述CVT二次绕组的电磁骚扰测试方法包括：
在CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角处及100/√3绕组处分别设置电压互感器；
将第二测量仪器与所述CVT二次绕组中的电压互感器连接，测量CVT二次绕组中换流阀进线及出线、CVT二次开口三角及100/√3绕组的共模骚扰电压。
5.根据权利要求1-2任一所述的测试方法，其特征在于，所述电场测试方法包括：
将光电式电场传感器连接在主回路中；
将光电式电场传感器与第三测量仪器连接，测试出电场信号。
6.根据权利要求1-2任一所述的测试方法，其特征在于，所述磁场测试方法包括：
将屏蔽环天线放置于待操作开关的下方；
将天线与第四测量仪器连接，测试出磁场信号。
7.根据权利要求1-2任一所述的测试方法，其特征在于，所述直流电源的电磁骚扰测试方法包括：
直流电源的正极与负极均连接有第一电容；
将第五测量仪器分别与第一电容连接，测量出直流电源正极、负极对地的共模电压；
基于所述直流电源正极、负极对地的共模电压，计算出直流电源间的差模电压。
8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述获取所述频域信号的幅度谱还包括：
取预设周期的时间长度；
基于所述时间长度，对所述频域信号进行截取；
所述对所述频域信号进行截取还包括基于采样个数与示波器的时基，计算频域信号的带宽。
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