CN112305316B - 一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置及方法，能够精确从群集电容器组中找到偏差大的电容器，装置包括与被测电容器组并联连接的并联电感模块、电压电流检测模块，用于为被测电容器组供电的供电模块，控制模块，分别与供电模块、电压电流检测模块、并联电感模块相连接，用于控制供电模块输出电源并进行电压和频率的调节、接收电压电流检测模块检测电压和电流、调整并联电感模块的电感大小，控制模块在电压电流检测模块检测到采集的被测电容器组的电流满足模拟工况条件后，控制电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到测群集电容器组的电容值。

Description

一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体地，涉及一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量装置以及方法。

背景技术

在实际应用中有许多设备都需要大容量群集电容器组，如：串补装置、SVC、换流站内的交、直流滤波器等。这些电容器大多在较为恶劣的环境下运行，电容器内部单元存在老化失效、损坏等问题，大容量群集电容器组的不平衡度逐年增大。传统方法采用低电压小电流测量法，测量结果精度低、不可靠，其测量结果无法反应电容器的实际运行工况，仅能作为参考依据。检修人员根据测量结果更换、调平电容器，反复调整、试投，再调整、再试投。这样的方法不仅存在盲目性且工作量大，也得不到理想效果。近来，相关规定不允许多次试投，使得传统方法不能再使用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置及方法，能够实现智能化、自动化、精确、可靠的测量，精确群集电容器组中找到偏差大的电容器，实现一次性精确调整，提高了工作效率，提高了安全性可靠性。

其技术方案是这样的：一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置，其特征在于，包括电控连接的：

并联电感模块，所述并联电感模块与被测电容器组并联连接；

电压电流检测模块，所述电压电流检测模块与被测电容器组相连接，用于测量所述被测电容器组的电压和电流；

供电模块，用于为被测电容器组供电；

控制模块，分别与所述供电模块、电压电流检测模块、并联电感模块相连接，用于控制所述供电模块输出电源并进行电压和频率的调节、接收所述电压电流检测模块检测电压和电流、调整所述并联电感模块的电感大小，所述控制模块在所述电压电流检测模块检测到采集的被测电容器组的电流满足模拟工况条件后，控制所述电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到群集电容器组的电容值。

进一步，所述并联电感模块包括若干并联连接的电感支路，每一路电感支路分别包括串联的电感和开关，所述开关与所述控制模块电控连接。

进一步的，所述被测电容器组包括若干桥臂，每个所述桥臂包括若干串联连接的电容器，所述电压电流检测模块包括用于检测每个桥臂的电流和桥臂之间的不平衡电流的电流检测装置以及检测每个桥臂的电压的电压检测装置，还包括A/D转换模块，用于将所述电压电流检测模块电压和电流由模拟量转换为数字量。

进一步的，所述电流检测装置采用电流互感器，所述电压检测装置采用电压互感器。

进一步的，所述供电模块包括变频电源和励磁变压器，所述变频电源与所述励磁变压器的原边相连接，所述励磁变压器的副边连接到所述被测电容器组，所述供电模块能够调节输出电源的电压和频率。

进一步的，所述控制模块包括电连接的单片机和PC机。

进一步的，还包括显示模块，用于显示检测和计算得到的测试数据，所述显示模块能够显示被测电容器组在模拟工况下的电压、电流、电容值以及不平衡电流值，所述控制模块能够根据检测和计算得到的测试数据，生成被测电容器组的检测报告，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡。

一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于，采用上述的输电线路的群集电容器组不平衡度测量装置进行测量，包括以下步骤：

控制模块控制所述并联电感模块投入最小电感，并控制所述供电模供电，根据并联谐振公式测算被测电容器组的电容估计值，其中C为电容值、ω＝2πf，f为供电模块提供的电源的频率，L为电感；

根据测算得到的被测电容器组的电容估计值，结合预设的频率范围和所述并联电感模块能够提供的电感组合情况，选择频率最小时候对应的电感量；

所述控制模块控制所述并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制所述供电模块保持输出电压不变调节输出频率，找到供电模块输出电流最小时对应的谐振频率；

所述控制模块控制所述并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制所述供电模块以谐振频率输出电源并持续升压，所述电压电流检测模块检测到被测电容器组的电流满足工况条件时，所述控制模块控制所述供电模块的输出电压不变，控制所述电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，并将检测数据返还给所述控制模块，计算得到群集电容器组的电容值，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡。

在所述电压电流检测模块检测到被测电容器组的电流满足工况条件时，控制模块控制供电模块的输出电压不变，等待一定时间间隔，控制电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂之间的不平衡电流以及对应的测试电压，采集多组试验电压，试验电流，并将检测数据返还给控制模块，计算得到群集电容器组的电容值，取平均值作为最终结果。

进一步的，预设的频率范围为200Hz-400Hz，所述控制模块控制供电模块以第一间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第一频率范围，然后在第一频率范围中以第二间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第二频率范围，然后在第二频率范围中以第二间隔频率为变换单位进行扫频，得到谐振频率，其中，第一间隔频率大于第二间隔频率大于第三间隔频率，第一频率范围大于第二频率范围。

本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置，采用并联谐振方式产生高电压、大电流试验回路，在模拟工况下测量电容器电容值以及电容器组不平衡度，测量数据真实可靠，同时其智能化、自动化程度高，根据可以并联谐振条件，加压后测算被测电容器组的电容估计值，并结合预设的频率范围和并联电感模块能够提供的电感组合情况，选择频率最小时候对应的电感量，实现自动选择并联电感，然后保持输出电压不变调节输出频率，通过扫频找到供电模块输出电流最小时对应的谐振频率点，从而实现自动扫频找准谐振点，随后可以自动升压，自动测量被测电容器组的桥臂之间的不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到群集电容器组的电容值，并保存测试数据数据，控制模块自动生成检测报告，检测报告给出各个电容的具体值，一次性精确调整，无需反复多次投试，检测报告提供数据支持，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡；

本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置能够实现电感投切和电压、频率调整双闭环自动控制，提高系统可靠性和安全性，是面向未来的试验测量装置。

附图说明

图1为本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置的系统框图；

图2为本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置的进行检测时的电路示意图；

图3为另一个实施例的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置的系统框图。

具体实施方式

见图1，本发明的一种输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置，至少包括电控连接的：

并联电感模块1，并联电感模块1与被测电容器组2并联连接；

电压电流检测模块3，电压电流检测模块3与被测电容器组2相连接，用于测量被测电容器组的电压和电流；

供电模块4，用于为被测电容器组2供电；

控制模块5，分别与供电模块4、电压电流检测模块3、并联电感模块1相连接，用于控制供电模块4输出电源并进行电压和频率的调节、接收电压电流检测模块3检测电压和电流、调整并联电感模块1的电感大小，控制模块5在电压电流检测模块3检测到采集的被测电容器组3的电流满足模拟工况条件后，控制电压电流检测模块3检测采集被测电容器组3的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到群集电容器组的电容值。

如图2所示，具体在本实施例中，并联电感模块1包括若干并联连接的电感支路，每一路电感支路分别包括串联的电感L和开关K，开关K与控制模块5电控连接，控制模块5能够控制开关K的开关，从而控制每个电感支路的通断。

具体在本实施例中，被测电容器组2包括4个桥臂，每个桥臂包括若干串联连接的电容器，在图2中，分别以电容C1、C2、C3、C4简化表示每个桥臂的电容，电压电流检测模块3包括用于检测每个桥臂的电流和桥臂之间的不平衡电流的电流检测装置A1、A2、A3、A4以及检测每个桥臂的电压的电压检测装置V1、V2，还包括A/D转换模块6，用于将电压电流检测模块电压和电流由模拟量转换为数字量，在本实施例中，电流检测装置采用电流互感器，电压检测装置采用电压互感器，现场接线简单，操作方便，提高工作效率。

具体在本实施例中，供电模块4包括变频电源401和励磁变压器402，变频电源401与励磁变压器402的原边相连接，励磁变压器402的副边连接到被测电容器组3，供电模块4能够调节输出电源的电压和频率。

见图3，在本发明的一个实施例中，还包括显示模块7，用于显示检测和计算得到的测试数据，显示模块7能够显示被测电容器组在模拟工况下的电压、电流、电容值以及不平衡电流值。

此外，在本发明的一个实施例中，控制模块5能够根据检测和计算得到的测试数据，生成被测电容器组的检测报告，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡。

具体在本实施例中，控制模块5是包括电连接的单片机和PC机，高精度电压、电流互感器将测得的电压、电流信号送入A/D转换模块，模块将模拟信号转化为数字信号送入单片机，单片机将数据处理后送给电脑，电脑将数据汇总并计算出每组电容量并生成试验测量报告。

在本发明实施例中，还提供一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于，采用上述的输电线路的群集电容器组不平衡度测量装置进行测量，包括以下步骤：

控制模块控制并联电感模块投入最小电感，并控制供电模供电，根据并联谐振公式 测算被测电容器组的电容估计值，其中C为电容值、ω＝2πf，f为供电模块提供的电源的频率，L为电感；

根据测算得到的被测电容器组的电容估计值，结合预设的频率范围和并联电感模块能够提供的电感组合情况，选择频率最小时候对应的电感量；

控制模块控制并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制供电模块保持输出电压不变调节输出频率，找到供电模块输出电流最小时对应的谐振频率；

控制模块控制并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制供电模块以谐振频率输出电源并持续升压，电压电流检测模块检测到被测电容器组的电流满足工况条件时，控制模块控制供电模块的输出电压不变，等待一定时间间隔，可以是30s、40s、1min等，根据实际情况设置，控制电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，采集多组试验电压，试验电流，并将检测数据返还给控制模块，计算得到群集电容器组的电容值，取平均值作为最终结果，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡。

具体的，预设的频率范围为200Hz-400Hz，选取200Hz-400Hz的范围的原因是：根据并联谐振公式可知，当C的值不变时，f越大L越小，为了减小设备体积且保证试验频率在低频段，综合考虑，选择200Hz-400Hz的范围。

控制模块控制供电模块以第一间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第一频率范围，然后在第一频率范围中以第二间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第二频率范围，然后在第二频率范围中以第二间隔频率为变换单位进行扫频，得到谐振频率，其中，第一间隔频率大于第二间隔频率大于第三间隔频率，第一频率范围大于第二频率范围。

以下给出本发明的输电线路的群集电容器组不平衡度测量装置和方法的具体案例：

本案例中并联电感模块，可以根据负载自动选择1.5mH、2mH、3mH、6mH，被试大容量电容器组的电容范围为：26.38uF～422.16Uf，涵盖了目前实际使用中的绝大部分大容量电容器组。

开始试验后，电脑自动投切最小电感，然后自动调频、升压，并自动测算大概电容量，根据并联谐振公式测算被测电容器组的电容估计值，其中C为电容值、ω＝2πf，f为供电模块提供的电源的频率，L为电感，根据测算结果计算在200Hz到400Hz产生谐振时并联电感量，并依据最小的频率来投切并联电感。这里，假设电容量为100uF，则可用组合有：组合(1)电感量1.5mH、频率198.94Hz；组合(2)电感量2mH、频率281.35Hz；组合(3)电感量3mH、频率344.58Hz；组合(4)电感量6mH、频率397.89Hz。则组合(2)、(3)、(4)组合均可以，此时系统将选择符合要求且频率最小的组合(2)。

随后自动调节频率，找准谐振点。并联电感确定后就需要找到谐振频率。当并联电感与大容量群集电容器组谐振时励磁变压器之后电路就等效为纯电阻电路，到达最佳谐振点时变频电源输出电流最小，以此为判据，系统先升一定电压然后自动调频，寻找到电源输出电流最小时对应的频率，则为谐振频率。在本实施例提供的方法中，控制模块控制供电模块以5Hz为间隔单位进行扫频，确定20Hz频率范围，然后在20Hz频率范围中以1Hz为间隔单位进行扫频，确定2Hz频率范围，然后在2Hz频率范围中以0.1Hz为变换单位进行扫频，得到谐振频率。

然后开始试验，控制模块自动投切并联电感、自动扫频，从200Hz到400Hz找到系统谐振点，然后自动升压，达到试验要求的电流即也就是模拟电容器实际运行工况的电流以后，自动停止升压，控制电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂之间的不平衡电流以及对应的测试电压，并记录测量结果，这里采集多组试验电压，试验电流，并计算电容值，取平均值作为最终结果，生成试验报告。

本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置，采用并联谐振方式产生高电压、大电流试验回路，在模拟工况下测量电容器电容值以及电容器组不平衡度，测量数据真实可靠，同时其智能化、自动化程度高，根据可以并联谐振条件，加压后测算被测电容器组的电容估计值，并结合预设的频率范围和并联电感模块能够提供的电感组合情况，选择频率最小时候对应的电感量，实现自动选择并联电感，然后保持输出电压不变调节输出频率，通过扫频找到供电模块输出电流最小时对应的谐振频率点，从而实现自动扫频找准谐振点，随后可以自动升压，自动测量被测电容器组的桥臂之间的不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到群集电容器组的电容值，并保存测试数据数据，控制模块自动生成检测报告，检测报告给出各个电容的具体值，一次性精确调整，无需反复多次投试，检测报告提供数据支持，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡；

本发明的输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置能够实现电感投切和电压、频率调整双闭环自动控制，提高系统可靠性和安全性，是面向未来的试验测量装置。

在本发明的实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述的输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法。

计算机可读存储介质可以是，但不限于，随机存取存储器(Random AccessMemory，简称：RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称：ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称：PROM)，可擦除只读存储器(ErasableProgrammable Read-Only Memory，简称：EPROM)，电可擦除只读存储器(ElectricErasable Programmable Read-Only Memory，简称：EEPROM)等。其中，计算机可读存储介质用于存储程序，处理器在接收到执行指令后，执行程序。

处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称：CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称：NP)等。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于计算机可读存储介质中。该程序在被处理器执行时，实现包括上述各方法实施例的步骤；而前述的计算机可读存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台大数据传输设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于，采用输电线路的群集电容器组不平衡度测量装置进行测量，输电线路的群集电容器组的不平衡度测量装置包括电控连接的：

并联电感模块，所述并联电感模块与被测电容器组并联连接；

电压电流检测模块，所述电压电流检测模块与被测电容器组相连接，用于测量所述被测电容器组的电压和电流；

供电模块，用于为被测电容器组供电；

控制模块，分别与所述供电模块、电压电流检测模块、并联电感模块相连接，用于控制所述供电模块输出电源并进行电压和频率的调节、接收所述电压电流检测模块检测电压和电流、调整所述并联电感模块的电感大小，所述控制模块在所述电压电流检测模块检测到采集的被测电容器组的电流满足模拟工况条件后，控制所述电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，计算得到群集电容器组的电容值;

方法包括以下步骤：

控制模块控制所述并联电感模块投入最小电感，并控制所述供电模供电，根据并联谐振公式，测算被测电容器组的电容估计值，其中C为电容值、/>，/>为供电模块提供的电源的频率，/>为电感；

根据测算得到的被测电容器组的电容估计值，结合预设的频率范围和所述并联电感模块能够提供的电感组合情况，选择频率最小时候对应的电感量；

所述控制模块控制所述并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制所述供电模块保持输出电压不变调节输出频率，找到供电模块输出电流最小时对应的谐振频率；

所述控制模块控制所述并联电感模块投入频率最小时候对应的电感量，并控制所述供电模块以谐振频率输出电源并持续升压，所述电压电流检测模块检测到被测电容器组的电流满足工况条件时，所述控制模块控制所述供电模块的输出电压不变，控制所述电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂之间的不平衡电流以及对应的测试电压，并将检测数据返还给所述控制模块，计算得到群集电容器组的电容值，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡；

在所述电压电流检测模块检测到被测电容器组的电流满足工况条件时，控制模块控制供电模块的输出电压不变，等待一定时间间隔，控制电压电流检测模块检测采集被测电容器组的桥臂电流和不平衡电流以及对应的测试电压，采集多组试验电压，试验电流，并将检测数据返还给控制模块，计算得到群集电容器组的电容值，取平均值作为最终结果。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述并联电感模块包括若干并联连接的电感支路，每一路电感支路分别包括串联的电感和开关，所述开关与所述控制模块电控连接。

3.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述被测电容器组包括若干桥臂，每个所述桥臂包括若干串联连接的电容器。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述电压电流检测模块包括用于检测每个桥臂的电流和桥臂之间的不平衡电流的电流检测装置以及检测每个桥臂的电压的电压检测装置，还包括A/D转换模块，用于将所述电压电流检测模块电压和电流由模拟量转换为数字量。

5.根据权利要求4所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述电流检测装置采用电流互感器，所述电压检测装置采用电压互感器。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述供电模块包括变频电源和励磁变压器，所述变频电源与所述励磁变压器的原边相连接，所述励磁变压器的副边连接到所述被测电容器组，所述供电模块能够调节输出电源的电压和频率。

7.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：所述控制模块包括电连接的单片机和PC机。

8.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：还包括显示模块，用于显示检测和计算得到的测试数据，所述显示模块能够显示被测电容器组在模拟工况下的电压、电流、电容值以及不平衡电流值，所述控制模块能够根据检测和计算得到的测试数据，生成被测电容器组的检测报告，用于支持对被测电容器组中的电容进行调整，使得群集电容器组的多个桥臂的电容值均衡。

9.根据权利要求1所述的一种输电线路的群集电容器组不平衡度测量方法，其特征在于：预设的频率范围为200Hz- 400Hz，所述控制模块控制供电模块以第一间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第一频率范围，然后在第一频率范围中以第二间隔频率为间隔单位进行扫频，确定第二频率范围，然后在第二频率范围中以第二间隔频率为变换单位进行扫频，得到谐振频率，其中，第一间隔频率大于第二间隔频率大于第三间隔频率，第一频率范围大于第二频率范围。