CN111751604A - 一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了直流分压器测试技术领域的一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统，旨在解决现有技术中直流电子式电压互感器的暂态测试无法测出阶跃过程的暂态电压过冲值的技术问题。分别对标准分压器和直流分压器在测试电压源下的交流电压信号进行采样，获得标准分压器采样序列和直流分压器采样序列；获取标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值；获取标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值；计算高频分压比；计算直流分压比；根据高频分压比和直流分压比计算直流分压器暂态电压过冲值。通过直接测试直流分压器代替测试直流电子式电压互感器整体，测试工作易于实现，计算精度更高。

Description

一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统
技术领域
本发明属于直流分压器测试技术领域，具体涉及一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统。
背景技术
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，基于绝缘栅双极晶闸管(IGBT)的电压源型直流输电(VSC-HVDC)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。直流电子式互感器是高压直流输电工程的关键设备之一，其暂态性能直接关系到特高压直流输电工程的运行安全。近几年，多次发生由于直流电子式电压互感器暂态阶跃响应时间过长、暂态阶跃过冲二次侧击穿等原因导致的直流输电工程闭锁的故障。
目前特高压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。而受杂散电容的影响，阻容分压器高压臂的电容值会发生变化，进而使得其阻容时间常数发生变化，导致直流分压器的暂态阶跃响应不是一个理想的阶跃跟随过程，出现暂态阶跃响应的过冲现象。这种电压的过冲会导致阶跃电压值过大损坏特高压直流电子式电压互感器的电阻盒与远端模块。
目前直流电子式电压互感器的暂态测试技术都是将直流电子式电压互感器作为一个整体来进行测试的，这种测试方法由于受二次设备低通滤波以及采样速率的影响无法测出阶跃过程的暂态电压过冲值，这给直流电子式电压互感器的安全运行带来非常大的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法及系统，以解决现有技术中直流电子式电压互感器的暂态测试无法测出阶跃过程的暂态电压过冲值的技术问题。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，分别对标准分压器和直流分压器在测试电压源下的交流电压信号进行采样，获得标准分压器采样序列和直流分压器采样序列，并分别由标准分压器采样序列和直流分压器采样序列获取标准分压器的交流分量频率和直流分压器的交流分量频率；分别对标准分压器采样序列和直流分压器采样序列进行加Hanning窗处理，并采取傅里叶变换，获取标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值；取测试电压源下设定长度的直流电压信号数据，采用广义多项式拟合获取标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值；根据标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值计算高频分压比；根据标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值计算直流分压比；根据高频分压比和直流分压比计算直流分压器暂态电压过冲值。
进一步地，所述测试电压源为直流及高频电压发生器发出的高频叠加的交直流测试电压源。
进一步地，所述采样的速率为1MHz。
进一步地，所述设定长度为交流电压信号10周波时间窗。
进一步地，所述高频分压比为：
β1＝U11/U21 (4)
其中，β1表示高频分压比，U11表示标准分压器的交流信号幅值，U21表示直流分压器的交流信号幅值。
进一步地，所述直流分压比为：
β0＝U10/U20 (5)
其中，β0表示直流分压比，U10表示标准分压器的直流信号幅值，U20表示直流分压器的直流信号幅值。
进一步地，所述直流分压器暂态电压过冲值为：
σp＝U2(β1-β0)/β0 (6)
其中，σp表示直流分压器暂态电压过冲值，U2表示暂态阶跃直流分压器二次输出目标值。
一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统，包括直流及高频电压发生器，所述直流及高频电压发生器发出高频叠加的交直流测试电压源，并联接入标准分压器和直流分压器，直流电子式互感器测试仪分别对标准分压器和直流分压器的电压信号进行采样，并计算求取直流分压器的暂态电压过冲值。
进一步地，所述测试电压源为300V直流叠加300V交流。
进一步地，所述标准分压器是采用金属箔精密电阻的精密电阻分压器。与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
(1)本发明通过直接测试直流分压器代替测试直流电子式电压互感器整体，利用稳态测试方法来实现暂态阶跃过冲值的提到测试，测试工作易于实现，回避了暂态阶跃测试的复杂性；利用同步交直叠加的方式实现稳态直流与高频信号的分压比测试，避免由于测试误差所带来的结果误差；采用广义多项式拟合提取直流分量，消除掉谐波信号及噪声等影响，计算精度更高；
(2)本发明直流分压器的稳态测试是测试其交直流分压比，其测试与电压等级无关，可以应用在任意电压等级的直流电子式电压互感器直流分压器的暂态阶跃过冲测试当中，适应性广；
(3)本发明为了提高标准源的采样精度，标准分压器与直流分压器的采集数据采样速率达到1MHz，消除由于离散采集采样速率不够带来的计算误差。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法的计算流程框图；
图2是本发明实施例提供的一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法的采样序列向量图；
图3是本发明实施例提供的一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统的系统框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一：
如图1所示，一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，分别对标准分压器和直流分压器在测试电压源下的交流电压信号进行采样，获得标准分压器采样序列和直流分压器采样序列，并分别由标准分压器采样序列和直流分压器采样序列获取标准分压器的交流分量频率和直流分压器的交流分量频率；分别对标准分压器采样序列和直流分压器采样序列进行加Hanning窗处理，并采取傅里叶变换，获取标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值；取测试电压源下设定长度的直流电压信号数据，采用广义多项式拟合获取标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值；根据标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值计算高频分压比；根据标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值计算直流分压比；根据高频分压比和直流分压比计算直流分压器暂态电压过冲值。
(1)频率测定
分别对标准分压器和直流分压器在测试电压源下的交流电压信号进行采样，采样的速率为1MHz，消除由于离散采集采样速率不够带来的计算误差，提高采样精度。取4周波时间窗数据，首先进行基波频率的跟踪。设被采样的交流电压信号为：
v(t)＝Mcos(2πft) (1)
其中，v(t)表示交流电压信号瞬时值，M表示电压幅值，f表示电压信号频率，t表示当前时刻；以固定采样频率fs对该信号进行采样，得到采样序列vk，vk-1，vk-2，vk-3等。采用相量法分析，得到采样序列对应的相量依次为
Figure BDA0002565205310000041
Figure BDA0002565205310000042
等，其分布如图2所示，图中，θ为相邻相量之间的夹角，θ＝2πfTs，Ts＝1/fs；
由图2可得：
Figure BDA0002565205310000051
因此，可以得到交流分量的频率表达式为：
Figure BDA0002565205310000052
根据上述采样方法可分别获得标准分压器采样序列和直流分压器采样序列，并分别由标准分压器采样序列和直流分压器采样序列获取标准分压器的交流分量频率和直流分压器的交流分量频率。
(2)稳态交直流分量求取
分别对标准分压器采样序列和直流分压器采样序列进行加Hanning窗处理，并对加窗序列采取傅里叶变换，获取标准分压器的交流信号幅值U11和直流分压器的交流信号幅值U21；
在测试电压源下取设定长度的直流电压信号数据，采取广义多项式拟合用来计算直流分量幅值，消除掉谐波信号及噪声等影响；获取标准分压器的直流信号幅值U10和直流分压器的直流信号幅值U20；本实施例中，直流分量的提取取交流10周波时间窗数据。
(3)求取交直流分压比
根据标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值计算高频分压比β1：
β1＝U11/U21 (4)
根据标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值计算直流分压比β0：
β0＝U10/U20 (5)。
(4)计算暂态电压过冲值
根据高频分压比β1和直流分压比β0计算直流分压器暂态电压过冲值σp：
σp＝U2(β1-β0)/β0 (6)
其中，U2表示暂态阶跃直流分压器二次输出目标值；由公式(6)计算得到的直流分压器暂态电压过冲值σp也是电压暂态阶跃最大过冲值。
本实施例中，测试电压源为直流及高频电压发生器发出的高频叠加的交直流测试电压源，通过直接测试直流分压器代替测试直流电子式电压互感器整体，利用稳态测试方法来实现暂态阶跃过冲值的提到测试，测试工作易于实现，回避了暂态阶跃测试的复杂性；利用同步交直叠加的方式实现稳态直流与高频信号的分压比测试，避免由于测试误差所带来的结果误差。
实施例二：
基于实施例一所述方法，本实施例提供一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统，如图3所示，包括直流及高频电压发生器，直流及高频电压发生器发出高频叠加的交直流测试电压源，并联接入标准分压器和直流分压器，直流电子式互感器测试仪分别对标准分压器和直流分压器的电压信号进行采样，并计算求取直流分压器的暂态电压过冲值。
本实施例中，直流及高频电压发生器采用电力电子技术实现，直流电子式电压互感器的直流分压器的衰减时间常数一般为100us，为了提高计算精度高频电压信号采用20kHz，从而保证jωR1C1>>1，排除杂散电容对阻容时间常数的影响，避免出现暂态阶跃响应的过冲现象。直流及高频电压发生器施加信号为300V直流叠加300V高频信号。
标准分压器是采用金属箔精密电阻的精密电阻分压器，输出精度不受频率的影响，有效提高整个系统的测试精度，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，电阻分压比为1000/5。
直流电子式互感器测试仪采用双采样内同步的架构体系，同时对标准分压器与直流分压器的数字信号进行分析，直流电子式互感器测试仪内A/D转换芯片采用AD公司18位AD7690芯片，该芯片是具备1.5LSB INL、400k SPS指标的差分ADC，其差分输入特性具有更强的抗干扰性能。采样计算采用LabVIEW语言开发，LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块。
本实施例中，直流及高频电压发生器发出高频叠加的交直流测试电压源，并联接入标准分压器以及直流分压器，直流电子式互感器测试仪分别将标准源信号及试品信号经过高精度模数转化后形成离散化的数字量，进行采集并计算求取直流分压器的暂态过冲电压值。通过直接测试直流分压器代替测试直流电子式电压互感器整体，利用稳态测试方法来实现暂态阶跃过冲值的提到测试，测试工作易于实现，回避了暂态阶跃测试的复杂性。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，
分别对标准分压器和直流分压器在测试电压源下的交流电压信号进行采样，获得标准分压器采样序列和直流分压器采样序列，并分别由标准分压器采样序列和直流分压器采样序列获取标准分压器的交流分量频率和直流分压器的交流分量频率；
分别对标准分压器采样序列和直流分压器采样序列进行加Hanning窗处理，并采取傅里叶变换，获取标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值；
取测试电压源下设定长度的直流电压信号数据，采用广义多项式拟合获取标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值；
根据标准分压器的交流信号幅值和直流分压器的交流信号幅值计算高频分压比；
根据标准分压器的直流信号幅值和直流分压器的直流信号幅值计算直流分压比；
根据高频分压比和直流分压比计算直流分压器暂态电压过冲值。
2.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述测试电压源为直流及高频电压发生器发出的高频叠加的交直流测试电压源。
3.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述采样的速率为1MHz。
4.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述设定长度为交流电压信号10周波时间窗。
5.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述高频分压比为：
β1＝U11/U21 (4)
其中，β1表示高频分压比，U11表示标准分压器的交流信号幅值，U21表示直流分压器的交流信号幅值。
6.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述直流分压比为：
β0＝U10/U20 (5)
其中，β0表示直流分压比，U10表示标准分压器的直流信号幅值，U20表示直流分压器的直流信号幅值。
7.根据权利要求1所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试方法，其特征是，所述直流分压器暂态电压过冲值为：
σp＝U2(β1-β0)/β0 (6)
其中，σp表示直流分压器暂态电压过冲值，U2表示暂态阶跃直流分压器二次输出目标值。
8.一种直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统，其特征是，包括直流及高频电压发生器，所述直流及高频电压发生器发出高频叠加的交直流测试电压源，并联接入标准分压器和直流分压器，直流电子式互感器测试仪分别对标准分压器和直流分压器的电压信号进行采样，并计算求取直流分压器的暂态电压过冲值。
9.根据权利要求8所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统，其特征是，所述测试电压源为300V直流叠加300V交流。
10.根据权利要求8所述的直流分压器暂态电压过冲值的稳态测试系统，其特征是，所述标准分压器是采用金属箔精密电阻的精密电阻分压器。
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