CN113985227A - 一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法，解决电压信号失真回踩后控制精度的问题。配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，包括：多态信号发生器被配置为采集待测电压信号，以及输出待测电压信号对应的功率信号；功率放大器被配置为将输入的功率信号输出为不同频率的电压信号；输出变压器被配置为将不同频率的电压信号升至第一预设电压；10kV升压器被配置为将第一预设电压升至第二预设电压；高精度分压器被配置为转化第二预设电压得到转化信号，以及反馈转化信号至多态信号发生器；多态信号发生器还被配置为计算转化信号和待测电压信号的变异度，通过变异度，对待测信号和标准信号作比对，实现失真回踩的信号的精度控制。

Description

一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法

技术领域

本申请涉及电能质量监测领域，尤其涉及一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法。

背景技术

配电网电磁式电压互感器，其模拟复杂工况的宽频特性检测方法以及关键设备是针对配电系统多态信号的传变采集性能的研究的重要工具。由于电磁式电压互感器的绝缘方式、铁芯材料、铁芯设计的规格大小和二次负载不同，使得电磁式电压互感器在传变宽频信号(特别是暂态信号)的精度参差不齐，这样，会直接影响计量、测量和保护装置的可靠性。

在电磁式电压互感器频率特性的研究中，电磁式电压互感器等值电路的固有频率是重要的研究对象。从电磁式电压互感器的等值电路角度分析，其传变特性受一次电容、二次电容和一次对二次电容影响，在某些频率时互感器会发生谐振，也就是对幅频和相频特性中的幅值和相位产生放大，我们将之称为电磁式电压互感器等值电路的固有频率。

目前，现有的电磁式电压互感器的误差校验多停留在工频误差校验上，不能有效地控制精度。

发明内容

本申请提供一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法，解决电压信号失真回踩后控制精度的问题。

第一方面，本申请提供一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，包括：多态信号发生器和多态电压信号源；所述多态信号发生器被配置为采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；所述多态电压信号源包括功率放大器、输出变压器、10kV升压器以及高精度分压器；所述功率放大器被配置为将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；所述输出变压器被配置为将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；所述10kV升压器被配置为将所述第一预设电压升至第二预设电压；所述高精度分压器被配置为转化所述第二预设电压得到转化信号，以及反馈所述转化信号至所述多态信号发生器；所述多态信号发生器还被配置为计算所述转化信号和所述待测电压信号的变异度BED；

其中，usc(k)表示为待测电压信号，k＝1，2，…，n；uhc(j)表示为转化信号，j＝1，2，…，n。

这样，本申请通过多态信号发生器获得的所需频率的待测电压数字信号u_sc(k)(k＝1，2，…，n)。经数模转化输出小电压信号，经过功率放大器和输出变压器转化为中等电压信号，最后通过10kV升压器转化为大电压信号，高精度分压器将大电压信号转化为信号u_hc(j)(j＝1，2，…，n)反馈给多态电压信号发生器，与此前产生试验所需频率的电压数字信号进行比对，计算两者的变异度BED。本申请通过计算变异度，对待测信号和标准信号作比对，实现失真回踩的信号的精度控制，通过信号变异度来增加多频率的输出性能。

在某一实施例中，若所述BDE为0-0.05％，则认为所述待测电压信号合格。

在某一实施例中，所述采集待测电压信号，包括：采用电阻分压的方法获取二次电压信号，模数转化所述二次电压信号得到数字信号。这样提升了标准电压信号的精度，还减少接地对信号造成的干扰。

在某一实施例中，配网电磁式电压互感器固有频率试验系统还包括：负载模拟装置、被测电磁式电压互感器以及固有频率检测模块；所述被测电磁式电压互感器被配置为输入第一预设电压，以及输出所述第一预设电压对应的标准二次信号；所述固有频率检测模块被配置为获取所述二次电压信号和所述标准二次信号；所述负载模拟装置被配置为设置电压互感器二次负载情况。

在某一实施例中，所述不同频率的电压信号是指所述待测电压信号最低频率为1Hz，依次增加1Hz至1MHz；每个频率下电磁式电压互感器的比值差f_k按下式定义：

其中，n为电磁式电压互感器额定变比；U_1k为电压互感器一次电压的不同频率的均方根值；U_2k电压互感器二次电压的不同频率均方根值；相位误差δ_n定义为一次电压相量U_1k与二次电压相量U_2k的相位差，单位为“′”；相量方向以电压互感器的一次电压向量作为参考基准相位，当二次电压相量U_2k超前一次电压相量U_1k时，相位差为正，反之为负。采用间隔1Hz的频率测试，搜索出电磁式电压互感器的固有频率，方便进行宽频传变特性建模分析和修正等研究。

第二方面，本申请提供一种配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，包括：采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；将所述第一预设电压升至第二预设电压；转化所述第二预设电压得到转化信号；计算所述转化信号和所述待测电压信号的变异度BED；

其中，u_sc(k)表示为待测电压信号，k＝1，2，…，n；u_hc(j)表示为转化信号，j＝1，2，…，n。

在某一实施例中，配网电磁式电压互感器固有频率试验方法还包括：建立宽频等值电路模型；所述建立宽频等值电路模型包括计算等效阻抗，其等值电路有如下关系：

Z_Q＝jωL₂+R₂；

Z＝Z_P+n²(Z_Q+Z_K)；

其中，等值电路模型的远端电压为：

整个电磁式电压互感器的传递函数为：

其中，R₁和L₁为电磁式电压互感器一次等效电阻和电感，C₁为一次侧等效电容；R₂和L₂为电磁式电压互感器二次等效电阻和电感L_k和R_k电压互感器二次等效负载，C₃为电压互感器二次侧绕组及负载等效电容。

在某一实施例中，配网电磁式电压互感器固有频率试验方法还包括：通过搜索幅值和相位突变时最大值对应的f_max和最小值f_min，筛选出电磁式电流互感器的固有频率和个数，然后统计个数记为N。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统的一种实施例的结构示意图；

图2为本申请一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统的一种实施例的结构示意图；

图3为本申请示出的被测电磁式电压互感器一、二次测电容的电磁式电压互感器的宽频等效电路示意图；

图4为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图；

图5为本申请被测电磁式电压互感器的相频特性示意图；

图6为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图；

图7为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

现有的电磁式电压互感器的误差校验多停留在工频误差校验上，本申请实现了电磁式电压互感器固有频率的测试，对电磁式电压互感器宽频建模仿真提供基础依据。

下面结合附图对本申请提供的配网电磁式电压互感器固有频率试验系统及方法进行说明。

图1为本申请一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统的一种实施例的结构示意图。如图1所示，配网电磁式电压互感器固有频率试验系统包括：多态信号发生器和多态电压信号源；

所述多态信号发生器被配置为采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；多态信号发生器获得的所需频率的待测电压数字信号u_sc(k)(k＝1，2，…，n)。经数模转化输出小电压信号。

所述多态电压信号源包括功率放大器、输出变压器、10kV升压器以及高精度分压器；所述功率放大器被配置为将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；所述输出变压器被配置为将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；所述10kV升压器被配置为将所述第一预设电压升至第二预设电压；所述高精度分压器被配置为转化所述第二预设电压得到转化信号，以及反馈所述转化信号至所述多态信号发生器；经过功率放大器和输出变压器转化为中等电压信号，如100v信号；最后通过10kV升压器转化为10kV大电压信号。高精度分压器将大电压信号转化为信号u_hc(j)(j＝1，2，…，n)反馈给多态电压信号发生器。

所述多态信号发生器还被配置为计算所述转化信号，与此前产生试验所需频率的电压数字信号进行比对，并计算变异度BED。

变异度BED的计算公式如下：

其中，usc(k)表示为待测电压信号，k＝1，2，…，n；uhc(j)表示为转化信号，j＝1，2，…，n。

本申请通过计算变异度，对待测信号和标准信号作比对，实现失真回踩的信号的精度控制，通过信号变异度来增加多频率的输出性能。

在某一实施例中，若所述BDE为0-0.05％，则认为所述待测电压信号合格。

在某一实施例中，所述采集待测电压信号，包括：采用电阻分压的方法获取二次电压信号，模数转化所述二次电压信号得到数字信号。这样提升了标准电压信号的精度，还减少接地对信号造成的干扰。

图2为本申请一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统的一种实施例的结构示意图。如图2所示，配网电磁式电压互感器固有频率试验系统还包括：负载模拟装置、被测电磁式电压互感器以及固有频率检测模块；所述被测电磁式电压互感器被配置为输入第一预设电压，以及输出所述第一预设电压对应的标准二次信号；所述固有频率检测模块被配置为获取所述二次电压信号和所述标准二次信号；所述负载模拟装置被配置为设置电压互感器二次负载情况。

在某一实施例中，所述不同频率的电压信号是指所述待测电压信号最低频率为1Hz，依次增加1Hz至1MHz；每个频率下电磁式电压互感器的比值差f_k按下式定义：

其中，n为电磁式电压互感器额定变比；U_1k为电压互感器一次电压的不同频率的均方根值；U_2k电压互感器二次电压的不同频率均方根值；相位误差δ_n定义为一次电压相量U_1k与二次电压相量U_2k的相位差，单位为“′”；相量方向以电压互感器的一次电压向量作为参考基准相位，当二次电压相量U_2k超前一次电压相量U_1k时，相位差为正，反之为负。采用间隔1Hz的频率测试，搜索出电磁式电压互感器的固有频率，方便进行宽频传变特性建模分析和修正等研究。

本申请提供一种配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，包括：采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；将所述第一预设电压升至第二预设电压；转化所述第二预设电压得到转化信号；计算所述转化信号和所述待测电压信号的变异度BED；

其中，u_sc(k)表示为待测电压信号，k＝＝1，2，…，n；u_hc(j)表示为转化信号，j＝＝1，2，…，n。

在某一实施例中，配网电磁式电压互感器固有频率试验方法还包括：建立宽频等值电路模型；所述建立宽频等值电路模型包括计算等效阻抗，其等值电路有如下关系：

Z_Q＝jωL₂+R₂；

Z＝Z_P+n²(Z_Q+Z_K)；

其中，等值电路模型的远端电压为：

整个电磁式电压互感器的传递函数为：

其中，R₁和L₁为电磁式电压互感器一次等效电阻和电感，C₁为一次侧等效电容；R₂和L₂为电磁式电压互感器二次等效电阻和电感L_k和R_k电压互感器二次等效负载，C₃为电压互感器二次侧绕组及负载等效电容。

图3为本申请示出的被测电磁式电压互感器一、二次测电容的电磁式电压互感器的宽频等效电路示意图。如图3所示，宽频等效模型中R₁、L₁为电压互感器的一次绕组等效阻抗，R₂、L₂为电压互感器的二次绕组等效阻抗，L_k、R_k为二次负荷，C₁为一次绕组和对地等效电容，C₃为二次绕组和二次负载等效电容。被测电磁式电压互感器和固有频率检测系统中间增加一个负载模拟装置，通过模拟L_k、R_k、C₃的大小，然后研究电磁式电压互感器的固有频率特性。不失一般性，首先计算等效阻抗，其等值电路有如下关系：

Z_Q＝jωL₂+R₂；

Z＝Z_P+n²(Z_Q+Z_K)；

其中，等值电路模型的远端电压为：

整个电磁式电压互感器的传递函数为

其中，R₁和L₁为电磁式电压互感器一次等效电阻和电感，C₁为一次侧等效电容；R₂和L₂为电磁式电压互感器二次等效电阻和电感L_k和R_k电压互感器二次等效负载，C₃为电压互感器二次侧绕组及负载等效电容。

图4为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图。图5为本申请被测电磁式电压互感器的相频特性示意图。如图4和图5所示，不考虑铁芯非线性关系，电压互感器等效固有频率线可以发现，在计及绕组层间电容下，随着频率的增大，在1000Hz到2000Hz之间，部分频率分量幅值被明显放大，相位大幅滞后与其他频率分量。然后从图中搜索出固有频率的个数和所对应的频率。

图6为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图。图7为本申请被测电磁式电压互感器的幅频特性示意图。如图6和图7所示，电磁式电压互感器等效电路的幅频、相频曲线可以得到：在等值电路中，由于二次侧电容的影响，随着频率的增大，在1000Hz到2000Hz之间，有多个频率分量幅值被明显放大，相位大幅滞后与其他频率分量。

随着试验频率增加，会出现固有频率振荡。绘制电磁式电压互感器比值误差和相位误差与频率变化的曲线，然后通过搜索幅值和相位突变时最大值对应的f_max和最小值f_min，筛选出电磁式电流互感器的固有频率和个数，然后统计个数记为N。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，其特征在于，包括：多态信号发生器和多态电压信号源；

所述多态信号发生器被配置为采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；

所述多态电压信号源包括功率放大器、输出变压器、10kV升压器以及高精度分压器；

所述功率放大器被配置为将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；

所述输出变压器被配置为将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；

所述10kV升压器被配置为将所述第一预设电压升至第二预设电压；

所述高精度分压器被配置为转化所述第二预设电压得到转化信号，以及反馈所述转化信号至所述多态信号发生器；

所述多态信号发生器还被配置为计算所述转化信号和所述待测电压信号的变异度BED；

其中，u_sc(k)表示为待测电压信号，k＝1，2，…，n；u_hc(j)表示为转化信号，j＝1，2，…，n。

2.根据权利要求1中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，其特征在于，若所述BDE为0-0.05％，则认为所述待测电压信号合格。

3.根据权利要求1中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，其特征在于，所述采集待测电压信号，包括：采用电阻分压的方法获取二次电压信号，模数转化所述二次电压信号得到数字信号。

4.根据权利要求3中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，其特征在于，还包括：负载模拟装置、被测电磁式电压互感器以及固有频率检测模块；

所述被测电磁式电压互感器被配置为输入第一预设电压，以及输出所述第一预设电压对应的标准二次信号；

所述固有频率检测模块被配置为获取所述二次电压信号和所述标准二次信号；

所述负载模拟装置被配置为设置电压互感器二次负载情况。

5.根据权利要求1中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验系统，其特征在于，所述不同频率的电压信号是指所述待测电压信号最低频率为1Hz，依次增加1Hz至1MHz；

每个频率下电磁式电压互感器的比值差f_k按下式定义：

其中，n为电磁式电压互感器额定变比；U_1k为电压互感器一次电压的不同频率的均方根值；U_2k电压互感器二次电压的不同频率均方根值；相位误差δ_n定义为一次电压相量U_1k与二次电压相量U_2k的相位差，单位为“′”；相量方向以电压互感器的一次电压向量作为参考基准相位，当二次电压相量U_2k超前一次电压相量U_1k时，相位差为正，反之为负。

6.一种配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，其特征在于，包括：

采集待测电压信号，以及输出所述待测电压信号对应的功率信号；

将输入的所述功率信号输出为不同频率的电压信号；

将所述不同频率的电压信号升至第一预设电压；

将所述第一预设电压升至第二预设电压；

转化所述第二预设电压得到转化信号；

计算所述转化信号和所述待测电压信号的变异度BED；

其中，u_sc(k)表示为待测电压信号，k＝1，2，…，n；u_hc(j)表示为转化信号，j＝1，2，…，n。

7.根据权利要求6中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，其特征在于，若所述BDE为0-0.05％，则认为所述待测电压信号合格。

8.根据权利要求7中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，其特征在于，

所述不同频率的电压信号是指所述待测电压信号最低频率为1Hz，依次增加1Hz至1MHz；

设置试验所需的二次负载；

试验时每个频率下电磁式电压互感器的比值差f_k按下式定义：

其中，n为电磁式电压互感器额定变比；U_1k为电压互感器一次电压的不同频率的均方根值；U_2k电压互感器二次电压的不同频率均方根值；相位误差δ_n定义为一次电压相量U_1k与二次电压相量U_2k的相位差，单位为“′”；相量方向以电压互感器的一次电压向量作为参考基准相位，当二次电压相量U_2k超前一次电压相量U_1k时，相位差为正，反之为负。

9.根据权利要求8中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，其特征在于，还包括：建立宽频等值电路模型；

所述建立宽频等值电路模型包括计算等效阻抗，其等值电路有如下关系：

Z_Q＝jωL₂+R₂；

Z＝Z_P+n²(Z_Q+Z_K)；

其中，等值电路模型的远端电压为：

整个电磁式电压互感器的传递函数为：

其中，R₁和L₁为电磁式电压互感器一次等效电阻和电感，C₁为一次侧等效电容；R₂和L₂为电磁式电压互感器二次等效电阻和电感L_k和R_k电压互感器二次等效负载，C₃为电压互感器二次侧绕组及负载等效电容。

10.根据权利要求9中所述的配网电磁式电压互感器固有频率试验方法，其特征在于，还包括：通过搜索幅值和相位突变时最大值对应的f_max和最小值f_min，筛选出电磁式电流互感器的固有频率和个数，然后统计个数记为N。

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