CN113640729A - 一种阻容分压器阻容参数测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种阻容分压器阻容参数测量方法及装置，本申请提供的方法基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，分别测量出该阻容分压器在不同状态下的分压比比差和分压比角差，再基于测量出的分压比比差和分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，无需将阻容分压器拆解即可得到该阻容分压器的阻容参数，解决了现有的阻容式分压器测量技术存在测量繁琐的技术问题。

Description

一种阻容分压器阻容参数测量方法及装置

技术领域

本申请涉及电力测量技术领域，尤其涉及一种阻容分压器阻容参数测量方法及装置。

背景技术

高压电压测量装置是直流计量系统与直流控制保护系统中的重要环节，与直流输电系统运行的可靠性密切相关。随着高压输电技术的发展，高压输电控制保护系统对工程中所用到的阻容分压器提出了更高的频率响应特性要求。阻容分压器按其测量原理可分为电阻分压式和阻容分压式两种，电阻分压器可实现高电压的精确测量，但由于其空间杂散电容的存在，在冲击电压下易出现局部分压不均而导致元器件的击穿，因而主要作为实验室的标准器具使用。现场用的直流电压测量装置通常采用阻容式分压器。为保证阻容分压器具有线性的频率响应特性，分压器各分压支路应具有相同的阻容时间常数。

在现场运行过程中，R1、C1、R2、C2会发生变化，进而影响了阻容分压器的分压比，进而影响测量精度。为了评估或判断阻容分压器的测量精度是否发生变化，需要对阻容参数进行测量。而现有方法一般都是要将阻容分压器进行拆解，单独测量其高低压臂的电阻和电容。这种方法可以直接测量，但是费时费力，不太方便现场应用。

发明内容

本申请提供了一种阻容分压器阻容参数测量方法及装置，用于解决现有的阻容式分压器测量阻容参数时存在的测量繁琐的技术问题。

本申请第一方面提供了一种阻容分压器阻容参数测量方法，包括：

基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

通过所述频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，所述第二状态为基于初始状态下的所述阻容分压器，在所述阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

基于所述第一分压比比差、所述第一分压比角差、所述第二分压比比差和所述第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到所述阻容分压器的阻容参数。

优选地，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

优选地，所述阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿型算法、信赖域算法或启发式算法中的任意一种。

优选地，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法的任意一种。

优选地，所述分压比传递函数具体为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂)

式中，k’为分压比，Z₁为所述阻容分压器高压臂阻抗参数，Z₂为所述阻容分压器低压臂阻抗参数。

本申请第二方面提供了一种阻容分压器阻容参数测量装置，包括：

第一频率响应试验单元，用于基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

第二频率响应试验单元，用于通过所述频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，所述第二状态为基于初始状态下的所述阻容分压器，在所述阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

阻容参数计算单元，用于基于所述第一分压比比差、所述第一分压比角差、所述第二分压比比差和所述第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到所述阻容分压器的阻容参数。

优选地，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

优选地，所述阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿型算法、信赖域算法或启发式算法中的任意一种。

优选地，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法的任意一种。

优选地，所述分压比传递函数具体为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂)

式中，k’为分压比，Z₁为所述阻容分压器高压臂阻抗参数，Z₂为所述阻容分压器低压臂阻抗参数。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种阻容分压器阻容参数测量方法，包括：基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；通过所述频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，所述第二状态为基于初始状态下的所述阻容分压器，在所述阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；基于所述第一分压比比差、所述第一分压比角差、所述第二分压比比差和所述第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到所述阻容分压器的阻容参数。

本申请提供的阻容分压器阻容参数测量方法，基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，分别测量出该阻容分压器在不同状态下的分压比比差和分压比角差，再基于测量出的分压比比差和分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，无需将阻容分压器拆解即可得到该阻容分压器的阻容参数，解决了现有的阻容式分压器测量技术存在测量繁琐的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。

图1为本申请提供的初始状态下的阻容分压器的频率响应测试示意图。

图2为本申请提供的第二状态下的阻容分压器的频率响应测试示意图。

图3为本申请提供的一种阻容分压器阻容参数测量方法的一个实施例的流程示意图。

图4为本申请提供的一种阻容分压器阻容参数测量装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现有的阻容式分压器的阻容参数测量技术有：万用表直接测量法、西林电桥平衡测量法，但是将这些测量技术用到在运的阻容式分压器上时，由于在运阻容分压器本体内的阻容元件拆接线困难，因此难以对其高低压臂阻容参数进行直接测量。西林电桥测CVT电容的方法虽然可行，但是在用正接法对高压臂电容测量时，需要将其一次接线拆除。使用反接法时，需要将低压臂电容和电磁单元进行屏蔽，试验过程复杂，且电桥很难平衡、方法容易受各种现场参数影响。

在现场运行过程中，R1、C1、R2、C2会发生变化，进而影响了阻容分压器的分压比，进而影响测量精度。为了评估或判断阻容分压器的测量精度是否发生变化，需要对阻容参数进行测量。而现有方法一般都是要将阻容分压器进行拆解，单独测量其高低压臂的电阻和电容。这种方法可以直接测量，但是费时费力，不太方便现场应用。

本申请实施例提供了一种阻容分压器阻容参数测量系统，用于解决现有的阻容式分压器测量技术存在测量繁琐的技术问题。

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1至图3，本申请第一方面提供了一种阻容分压器阻容参数测量方法，包括：

S1、基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

S2、通过频率响应测试方式，测量阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，第二状态为基于初始状态下的阻容分压器，在阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

S3、基于第一分压比比差、第一分压比角差、第二分压比比差和第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到阻容分压器的阻容参数。

需要说明的是，如图1和图2所示，本申请通过在U2并联多个标准电容负载，改变阻容分压器的等效频率响应参数。再通过测量该频率响应参数(比差和角差)，再利用公式推算出R1、C1、R2、C2。

如图1所示，其中高低压臂阻抗参数为：

Z₁＝R₁/(1+j2πfR₁C₁) (1)

Z₂＝R₂/(1+j2πfR₂C₂) (2)

实际分压比传递函数为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂) (3)

现场可以通过频率试验源和标准电阻分压器对阻容分压器开展工频下的频率响应试验，实际测得其分压比的分压比比差ε₁和分压比角差Δφ₁。ε₁、Δφ₁应满足：

ε₁＝(abs(k′)-k_n)/k_n (4)

Δφ₁＝angle(k) (5)

式中abs(*)、angle(*)分别表示复数参量的幅值运算符和相角运算符，Kn＝R2/(R1+R2)。

此时，在低压臂并联一个量值已知的标称电容负载ΔC，此时标称电容负载是以电容负载的方式连接在U2点，图2中的C2变成(C2+ΔC)，公式(2)变为：

Z₂＝R₂/(1+j2πfR₂(C₂+ΔC))

利用相同的方法再次对阻容分压器开展频率响应试验，可以得到其分压比的分压比比差ε₂和分压比角差Δφ₂。

ε₂＝(abs(k′)-k_n)/k_n (6)

Δφ₂＝angle(k) (7)

将公式(1)～(3)带入公式(4)～(5)即可得到两个非线性方程组等式，每次试验可以得到两个非线性方程组等式。类似的将公式(1)～(3)带入公式(6)～(7)即可得到两个新的非线性方程组等式。

记为：

ε₁＝f₁(R₁，R₂，C₁，C₂)

Δφ₁＝f₂(R₁，R₂，C₁，C₂)

ε₂＝f₃(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC)

Δφ₂＝f₄(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC)

进一步地，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

进一步地，阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿法、修正牛顿法、参数牛顿法、下降牛顿法、信赖域方法或启发式算法。

进一步地，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法。

需要说明的是，阻容参数求解算法可以采用：阻容参数迭代求解算法或阻容参数优化求解算法，若采用阻容参数迭代求解算法，由于ΔC是已知的标称电容值，ε₁、ε₂、Δφ₁、Δφ₂为现场频率试验得到的分压比比差和分压比角差测量值。

此时，ε₁、ε₂、Δφ₁、Δφ₂、ΔC为已知量，R₁、R₂、C₁、C₂为未知量，联系这四个非线性方差组，利用牛顿型算法(牛顿法、修正牛顿法、参数牛顿法、下降牛顿法)、信赖域方法、启发式算法(遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等等)等求解算法可以对R₁、R₂、C₁、C₂求解。实现对阻容分压器的阻容参数测量。

若采用的是阻容参数优化求解算法，可以在低压臂多次并联标称电容得到更多的非线性方程组等式，

ε₁＝f₁(R₁，R₂，C₁，C₂)

Δφ₁＝f₂(R₁，R₂，C₁，C₂)

ε₂＝f₃(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC1)

Δφ₂＝f₄(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC1)

ε₃＝f₅(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC2)

Δφ₃＝f₆(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔC2)

......

ε_i＝f_2i-1(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔCi)

Δφ_i＝f_2i(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔCi)

......

记

F_2i-1＝f_2i-1(R₁，R₂，C₁，C₂，ΔCi)-ε_i

可将该问题转化为对下述三种非线性最小二乘问题进行优化求解。

式||F_i||_m中，m＝1时表示为1范数；m＝2时表示为2范数；m＝p时表示为p范数。

此时，ε₁、ε₂、Δφ₁、Δφ₂、ΔC1、ΔC2、…、ΔC、…为已知量，R₁、R₂、C₁、C₂为未知量，i次试验结果，可以得到2i个F_i。

除了上述的最小二乘优化求解算法，还可以利用最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法、列文伯格-马尔夸特法(Levenberg-Marquardt)等非线性优化等数值求解算法，对R₁、R₂、C₁、C₂这四个未知量进行参数估计，实现对阻容分压器的阻容参数测量。

以上为本申请提供的一种阻容分压器阻容参数测量方法的一个实施例的详细说明，下面为本申请提供的一种阻容分压器阻容参数测量装置的一个实施例的详细说明。

请参阅图4，本申请第二个实施例提供了一种阻容分压器阻容参数测量装置，包括：

第一频率响应试验单元A1，用于基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

第二频率响应试验单元A2，用于通过频率响应测试方式，测量阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，第二状态为基于初始状态下的阻容分压器，在阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

阻容参数计算单元A3，用于基于第一分压比比差、第一分压比角差、第二分压比比差和第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到阻容分压器的阻容参数。

进一步地，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

进一步地，阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿型算法、信赖域算法或启发式算法中的任意一种。

进一步地，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法的任意一种。

进一步地，分压比传递函数具体为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂)

式中，k’为分压比，Z₁为阻容分压器高压臂阻抗参数，Z₂为阻容分压器低压臂阻抗参数。

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)

1.一种阻容分压器阻容参数测量方法，其特征在于，包括：

基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

通过所述频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，所述第二状态为基于初始状态下的所述阻容分压器，在所述阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

基于所述第一分压比比差、所述第一分压比角差、所述第二分压比比差和所述第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到所述阻容分压器的阻容参数。

2.根据权利要求1所述的一种阻容分压器阻容参数测量方法，其特征在于，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

3.根据权利要求2所述的一种阻容分压器阻容参数测量方法，其特征在于，所述阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿型算法、信赖域算法或启发式算法中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的一种阻容分压器阻容参数测量方法，其特征在于，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种阻容分压器阻容参数测量方法，其特征在于，所述分压比传递函数具体为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂)

式中，k’为分压比，Z₁为所述阻容分压器高压臂阻抗参数，Z₂为所述阻容分压器低压臂阻抗参数。

6.一种阻容分压器阻容参数测量装置，其特征在于，包括：

第一频率响应试验单元，用于基于待测量的阻容分压器，通过频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在初始状态下的第一分压比比差和第一分压比角差；

第二频率响应试验单元，用于通过所述频率响应测试方式，测量所述阻容分压器在第二状态下的第二分压比比差和第二分压比角差，所述第二状态为基于初始状态下的所述阻容分压器，在所述阻容分压器的低压臂并联了标称电容时的状态；

阻容参数计算单元，用于基于所述第一分压比比差、所述第一分压比角差、所述第二分压比比差和所述第二分压比角差，结合阻容分压器的分压比传递函数以及预设的阻容参数求解算法进行求解计算，以得到所述阻容分压器的阻容参数。

7.据权利要求6所述的一种阻容分压器阻容参数测量装置，其特征在于，当所述第二分压比比差和所述第二分压比角差为通过多次并联标称电容得到的多组参数时，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数优化求解算法，若否，则所述阻容参数求解算法具体为阻容参数迭代求解算法。

8.据权利要求6所述的一种阻容分压器阻容参数测量装置，其特征在于，所述阻容参数迭代求解算法具体包括：牛顿型算法、信赖域算法或启发式算法中的任意一种。

9.根据权利要求7所述的一种阻容分压器阻容参数测量装置，其特征在于，阻容参数优化求解算法具体包括：最小二乘优化法、最速下降法、牛顿法、高斯牛顿法或列文伯格-马尔夸特法的任意一种。

10.根据权利要求6所述的一种阻容分压器阻容参数测量装置，其特征在于，所述分压比传递函数具体为：

k′＝Z₂/(Z₁+Z₂)

式中，k’为分压比，Z₁为所述阻容分压器高压臂阻抗参数，Z₂为所述阻容分压器低压臂阻抗参数。

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