CN111398660A - 一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,包括安装在网侧套管升高座外部的电流谐波测量用传感器、套装在并联耦合电容接地线处的电压谐波测量用传感器、信号采集模块、稳压电源和便携式计算机,电流谐波测量用传感器可获取换流变压器绕组电流信号,套装在耦合电容接地线处的电压谐波测量用传感器通过检测对地电流信号经推算可得换流变压器网侧绕组电压信号,信号采集模块负责将上述信号进行采集传输,计算软件对信号进行谐波分析。本发明提供的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,能够检测换流变压器网侧绕组电压和电流谐波含量,抗电磁干扰能力强、满足多路信号同步采集、拥有较好的实时性和准确度。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域,特别是涉及一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统。
背景技术
电力系统的基本要求是能够保证安全可靠地为电力用户供电,电能质量是否合格对于电力网运行至关重要。在特高压直流输电过程中起到交直流变换核心作用的换流变压器在运行过程中承受交直流电压的共同作用,在负载电流中含有大量的高次谐波分量,这种高次谐波分量会导致换流变压器出现谐波漏磁场和高次谐波损耗。在高次谐波和基波损耗的共同作用下,换流变压器的各个构件内部产生极不均匀的谐波损耗,产生的损耗过大且分布不均匀将可能引起变压器的某一区域的局部过热。过高的温度会加速绝缘材料的老化,降低变压器的性能及缩短其寿命。因此,对换流变压器的谐波特性进行研究,得到谐波对损耗的影响并对变压器内部温升进行预测,准确得到的变压器内部温度分布情况及各个热点温度对于变压器的安全运行具有十分重要的意义。
目前,在换流站网侧母线上装设有电压互感器,而在3/2接线的串段中接有电流互感器,因此可以根据互感器二次测量获得一定的谐波分布情况。但是,无论是PT还是CT的测量都是立足于工频分量的测量的,对于谐波分量的测量精度及准确度并未引起足够的关注,现有的互感器是否适合宽频电压电流的测量无从得知。此外,对于换流变压器而言,在12脉动的工作条件下,网侧系统的特征谐波为12n±1次,而实际上6n±1(n为奇数)次谐波是在绕组中自成回路的,这次外回路中无法测量出来,因此对于换流变压器而言其谐波特性仅仅通过互感器测量无法掌握。此外,目前对于电力系统谐波检测技术还存在实时性差、效率不高、受电磁干扰较大等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,能够检测换流变压器网侧绕组电压和电流谐波含量,抗电磁干扰能力强、满足多路信号同步采集、拥有较好的实时性和准确度。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,包括:电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器、信号采集模块、稳压电源和计算机处理单元,所述电流谐波测量用传感器安装在网侧套管升高座外部,用于采集换流变压器绕组电流信号,所述电压谐波测量用传感器套装在并联耦合电容接地线处,用于通过电磁感应原理检测并联耦合电容接地线上电流信号,经式其中,I为接地线电流,Xc为电容容抗值,ω为角频率,c为电容值,f为交流频率,计算获得换流变压器网侧绕组电压信号;
所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器分别与所述信号采集模块相连接,所述信号采集模块与所述计算机处理单元相连接,所述计算机处理单元计算和分析换流变压器绕组谐波电压和电流;
所述稳压电源,用于为所述系统提供电源。
可选的,所述信号采集模块包括信号采集模块发送端和信号采集模块接收端,所述信号采集模块发送端与所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器连接,所述信号采集模块发送端将所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器采集到的信号AD转换并调制为光数字信号通过所述光纤传输给所述信号采集模块接收端,所述信号采集模块接收端将光数字信号解调为电数字信号,通过网线传输至计算机处理单元。
可选的,所述计算机处理单元为便携式计算机。
可选的,所述电流谐波测量用传感器为一个均匀缠绕在非磁性软质材料上的环形线圈。
可选的,所述电流谐波测量用传感器的电流测量最大有效值为AC 2000A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz;所述电压谐波测量用传感器测量最大有效值为AC 5A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz。
可选的,所述信号采集模块为6通道设计,6通道并行采样率为200kHz,通道间同步误差小于1μ。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:本发明提供的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,结构简单,检测方便,所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器结构上均为穿心式,分别装设在换流变压器的不同位置获取电流信号;安装在网侧套管升高座外部的电流谐波测量用传感器,结构上为一个均匀缠绕在非磁性软质材料上的环形线圈,其中不含铁磁性材料,无磁滞效应,相位误差可忽略,同时,所述该传感器测量电流的范围较大,响应频带较宽,可以满足换流变压器运行状态下的大电流和宽频率测量,并且还有质量轻巧、易于安装等现场使用中结构上的优势;采用光纤传输,有着快速、高效、抗电磁干扰能力强等特点,能够有效地保证数据传输的准确性和实时性。
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,下面描述中的附图仅仅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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统的结构框图;
图2为本发明基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统的工作流程框图;
图3为本发明基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统中LabVIEW开发的谐波检测系统流程图。
具体实施方式
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、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅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。
本发明的目的是提供一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,能够检测换流变压器网侧绕组电压和电流谐波含量,抗电磁干扰能力强、满足多路信号同步采集、拥有较好的实时性和准确度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示,本发明实施例提供的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,包括:安装在网侧套管升高座外部的电流谐波测量用传感器、套装在并联耦合电容接地线处的电压谐波测量用传感器、信号采集模块、稳压电源、便携式计算机;
所述电流谐波测量用传感器为绝缘外壳封装,采用绝缘胶固定在网侧套管升高座外部,不会减小套管的爬电距离,用于对换流变压器绕组电流信号的提取;
所述套装在并联耦合电容接地线处的电压谐波测量用传感器,通过电磁感应原理检测并联耦合电容接地线上电流信号,经式计算获得换流变压器网侧绕组电压信号;其中,I为接地线电流,Xc为电容容抗值,ω为角频率,c为电容值,f为交流频率,计算获得换流变压器网侧绕组电压信号;
所述信号采集模块,用于采集传感器的输出,包括信号采集模块发送端和信号采集模块接收端,整体由嵌入式处理器PowerPC、FPGA、MCU及其他外设组成,整个采集模块的功能区及端口如图2所示,本地模块可以支持6个通道信号的高速同步采集,6通道并行采样率为200kHz,通道间同步误差小于1μs,为提高交流谐波信号检测效率奠定了基础,同时保持采样的高度同步性。所述信号采集模块发送端与所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器连接,所述信号采集模块发送端将所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器采集到的信号AD转换并调制为光数字信号通过所述光纤传输给所述信号采集模块接收端,所述信号采集模块接收端将光数字信号解调为电数字信号,通过网线传输至计算机处理单元。
所述便携式计算机,负责与信号采集模块通信,并运行数据处理软件,实现换流变压器绕组谐波电压和电流的计算分析,便携式计算机通过UDP协议与信号采集模块通信,实现对信号采集模块的控制。
所述稳压电源,为所述各个元器件、模块的正常工作提供可靠稳定的电源。
所述电流谐波测量用传感器的电流测量最大有效值为AC 2000A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz;
所述电压谐波测量用传感器测量最大有效值为AC 5A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz。
所述便携式计算机中设置有数据处理软件,基于LabVIEW和MATLAB结合实现,由信号采集、数据存储系统设计和数据分析三部分组成:电流信号检测包括电流波形数据的采集、传输,有效提取包含谐波电流信号特征量,波形实时刷新显示等功能;数据存储系统设计通过Lab SQL开放工具包实现了与SQL Server数据库的互联,能够进行数据查询;数据分析包括对采集电流波信号的时域、频域分布等特征进行分析,绘制采集信号时域波形图、频域幅-频图、相-频图等分析图谱。
作为图形化的编程语言,LabVIEW通过内置的图形化控件和众多的子程序库,为工作人员进行产品研发提供了有力支持,极大提高了工作效率。本发明的软件组成部分经由计算机虚拟仪器图形编程软件LabVIEW开发的谐波检测系统,主要用于采集和存储获得的时域信号。
所述数据处理软件中的MATLAB,用于将获得的时域信号片段进行傅里叶变换,转换为频谱。时域变换为频域的过程中,会产生频谱混叠、因栅栏效应造成的频谱泄漏等误差,对于频谱混叠现象可通过奈奎斯原理较好解决;对于频谱泄漏,由于在采样频率有限的情况下,可通过增加采样点数进而降低频率谱线间隔,减小栅栏效应下的频谱泄漏。针对换流变压器交流谐波的研究,在频域进行的研究集中在工频的整数倍次谐波,对于第n次整数次谐波,其与第n-1次和n+1次谐波之间存在大量间谐波,为进一步减小各整数次谐波频谱能量计算时的能量泄漏,可采用聚群等效分析的方法,将整数次谐波附近前后的间谐波谱线算入其中心谐波谱线,将此聚群后的谱线作为整数次谐波的等效谱线。
所述聚群等效分析法计算整数次谐波的等效谱线,也即计算一群谱线的有效值代替该整数次谐波的有效值。
所述第n次谐波的有效值计算式为:
本发明提供的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,结构简单,检测方便,所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器结构上均为穿心式,分别装设在换流变压器的不同位置获取电流信号;安装在网侧套管升高座外部的电流谐波测量用传感器,结构上为一个均匀缠绕在非磁性软质材料上的环形线圈,其中不含铁磁性材料,无磁滞效应,相位误差可忽略,同时,所述该传感器测量电流的范围较大,响应频带较宽,可以满足换流变压器运行状态下的大电流和宽频率测量,并且还有质量轻巧、易于安装等现场使用中结构上的优势;采用光纤传输,有着快速、高效、抗电磁干扰能力强等特点,能够有效地保证数据传输的准确性和实时性。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,包括:电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器、信号采集模块、稳压电源和计算机处理单元,所述电流谐波测量用传感器安装在网侧套管升高座外部,用于采集换流变压器绕组电流信号,所述电压谐波测量用传感器套装在并联耦合电容接地线处,用于通过电磁感应原理检测并联耦合电容接地线上电流信号,经式其中,I为接地线电流,Xc为电容容抗值,ω为角频率,c为电容值,f为交流频率,计算获得换流变压器网侧绕组电压信号;
所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器分别与所述信号采集模块相连接,所述信号采集模块与所述计算机处理单元相连接,所述计算机处理单元计算和分析换流变压器绕组谐波电压和电流;
所述稳压电源,用于为所述系统提供电源。
2.根据权利要求1所述的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,所述信号采集模块包括信号采集模块发送端和信号采集模块接收端,所述信号采集模块发送端与所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器连接,所述信号采集模块发送端将所述电流谐波测量用传感器、电压谐波测量用传感器采集到的信号AD转换并调制为光数字信号通过所述光纤传输给所述信号采集模块接收端,所述信号采集模块接收端将光数字信号解调为电数字信号,通过网线传输至计算机处理单元。
3.根据权利要求1所述的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,所述计算机处理单元为便携式计算机。
4.根据权利要求1所述的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,所述电流谐波测量用传感器为一个均匀缠绕在非磁性软质材料上的环形线圈。
5.根据权利要求1所述的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,所述电流谐波测量用传感器的电流测量最大有效值为AC 2000A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz;所述电压谐波测量用传感器测量最大有效值为AC 5A,信号的频带响应带宽为50Hz~5kHz。
6.根据权利要求1所述的基于换流变压器网侧绕组交流谐波检测系统,其特征在于,所述信号采集模块为6通道设计,6通道并行采样率为200kHz,通道间同步误差小于1μ。
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