CN210119519U - 用于测量电气导线中的电流的测量设备和变换器装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测量电气导线(3)中的电流的测量设备(1)和一种变换器装置，所述测量设备(1)具有可以接入电气导线的测量电阻(2)。本实用新型的特征在于，在高压电位上布置的电光单元(44)，其用于将在测量电阻(2)上产生的取决于电流的电气测量信号转换为光学测量信号；光学传输导线(5)，其用于将光学测量信号从高压电位传输到接地电位水平；和接近接地电位布置的光电单元(8)，其用于将传输的光学测量信号转换为电气输出信号。所述变换器装置具有变换器和测量设备。

Description

用于测量电气导线中的电流的测量设备和变换器装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于测量电气导线中的电流的测量设备，其具有可以接入电气导线的测量电阻。

背景技术

这种测量设备例如从DE 10 2006 034 580 A1中已知。已知的测量设备包括可以接入电气导线的分流器。在分流器上降落的电压提供测量信号，该测量信号与待测量的电流成比例。

此外，根据现有技术中在高压领域、即在电压范围高于100kV的领域中已知测量设备，该测量设备使用用于产生测量信号的电流测量互感器。例如所谓的电阻电容式电压互感器(RCVT)属于所述电流测量互感器。该测量设备尤其可以用于测量交流电流。该测量设备具有如下缺点，即，其测量频率受到测量互感器的电感的限制。此外，这种测量设备的测量精度取决于交流电流的频率。

此外，根据现有技术已知测量系统，该测量系统使用零通量装置(Zero FluxSystems)。在此，电流流过高压导线产生磁场，该磁场由围绕或者在高压导线上布置的电流流过的测量头的磁场来补偿。以这种方式，可以获得与高压导线中的电流成比例的测量信号。该测量系统由于复杂的绝缘要求具有高成本的缺点。此外已知的是，这种测量系统对于直流电压分量和高频交流电压分量会相对不准确或者会提供失真的测量信号。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种用于测量电气导线中的电流的测量设备，所述测量设备是低成本的并且同时允许在高压交流(HVAC)和高压直流(HVDC)领域中的可靠的测量。

该技术问题在这种测量设备中通过在高压电位上布置的电光单元、光学传输导线和接近接地电位或者在接地电位上布置的光电单元来解决，其中所述电光单元用于将在测量电阻上产生的取决于电流的电气测量信号转换为光学测量信号，所述光学传输导线用于将光学测量信号从高压电位传输到接地电位水平，所述光电单元用于将传输的光学测量信号转换为电气输出信号。

通过结合基于测量电阻的电流测量和光学测量值传输，根据本实用新型的测量设备的可能的应用领域相比于已知的测量设备被很大程度地扩展。如下所述，根据本实用新型的测量设备可以特别良好地匹配于使用不同技术的高压系统，例如不同电压水平的高压直流和交流传输装置。同时，根据本实用新型的测量设备在特别广泛的应用中提供了可靠的电流测量。

根据本实用新型的测量设备的特别的优点在于，高压电位和接近接地的电位(即稍微小于100V)之间的简单绝缘。测量电阻例如可以接入高压导线中，所述高压导线作为架空线(overhead line)以高于地面好几米的高度布置。测量电阻通过绝缘的光学的传输导线与分析输出信号的分析单元的简单绝缘还允许在超高压领域、即电压高于400kV的领域中使用测量设备。所述绝缘可以特别容易地转用到更高的电压上，例如高于800kV和1100kV的电压上。为此，原则上只需要相应地延长光学传输导线。

根据本实用新型的测量设备的另一个优点在于，借助光学传输导线简单且可靠地信号传输测量信号。在此，光学传输导线例如可以包括一个或多个光纤或者光波导体。信号传输还可以在较远的距离上实现，而不必担心传输的大的干扰。

此外，根据本实用新型的测量设备还允许测量交流电流，特别是具有高频分量和/或直流分量的交流电流。

可以作为本领域技术人员已知的低阻抗分流器存在的测量电阻例如借助合适的螺栓例如可拆卸地安装在高压导线中。测量电阻具有用于连接传感器的合适的接头。传感器可以包括电子数据处理单元，所述电子数据处理单元可以处理在测量电阻上产生的测量值，例如电压值。处理的或者未处理的测量值合适地被导入到电光单元。电光单元例如借助发光二极管将作为电气信号存在的测量信号转换为光学信号。然后，光学测量信号被馈送到光学传输导线中。光电单元接收该测量信号并且例如借助光电二极管将其转换回电气信号。转换的电气测量信号作为输出信号例如被输出到分析单元。

分析单元可以是用于分析输出信号的数据处理装置。所述数据处理装置例如被设计为使得输出信号经受数字信号处理以及将其传输到另外的、远程的数据处理装置。

根据本实用新型的一种实施方式，光学传输导线布置在绝缘单元中，所述绝缘单元将高压导线与接近接地电位布置的基座单元绝缘。绝缘单元例如可以是绝缘子柱，其被设计为用于支承高压导线的高压导体。绝缘单元合适地是空心的，从而光学传输导线可以布置在绝缘单元的内部。以这种方式提供了测量设备的特别简单且节省空间的布置，其中传输导线被特别良好地保护以免受外部环境影响。绝缘单元可以包括绝缘子托架，所述绝缘子托架支承在地基上。基座单元例如包括数据处理装置。基座单元可以布置在绝缘子托架上或者中。传输导线合适地基本上在高压导线和基座单元之间延伸。

优选地，光电单元布置在基座单元中。

优选地，测量设备包括模拟-数字转换器，所述模拟-数字转换器被设计为用于将电气测量信号数字化。在测量电阻上产生的测量信号通常首先作为模拟信号存在。将模拟信号转换为数字信号有利地允许更好的信号处理和传输。此外，数字化的信号可以在传输之前进行滤波，例如借助低通滤波器和/或借助EMI滤波器(ElectromagneticInterference Filter，电磁干涉滤波器)。

根据本实用新型的一种实施方式，测量设备包括用于为电光单元供电的供电单元，其中供电单元包括光学供电导线，借助该供电导线可以将接近接地电位产生的光信号可以传输到电光单元。借助能量产生单元，测量设备不依赖于基于导线的电流供应。因此，测量设备还可以在断开的高压导线中、例如在导线切换的过程中运行。光信号例如可以由连续的或者脉冲的激光给出。当然，供电单元还可以用于为测量设备的其他耗电部件供电，例如滤波器和/或A/D转换器。

优选地，测量设备被设计为以至少30kHz的采集频率来进行测量值采集。在此，采集频率被理解为如下频率：以该频率在测量电阻上产生测量值并且以该频率在传输导线上传输。已知的是，随着采集频率上升，测量设备的部件、尤其是传感器和电光单元的耗电也增加。因此要权衡耗电与测量在时间上的准确性。给出的解决方案允许采集频率高于30kHz，这尤其在结合模块化的多级变换器的应用中是有利的。

根据本实用新型的另外的实施方式设置监视单元，所述监视单元被设计为用于将测量设备的故障情况报告给上级的控制设备。例如，在测量值超过或者低于预设的阈值时，可以向上级的控制单元发送警告信号。以这种方式可以降低测量设备本身或者所连接的高压装置的中断或者故障情况的风险。

为了降低成本还可以想到，在相同电位的位置上、例如在具有多个支路的母线上设置用于处理测量信号的、具有多个模拟输入端的单个传感器，其中每个支路具有自己的测量电阻。输入端由此分别对于较小的电压差(在低压范围中) 彼此绝缘。

此外，本实用新型还涉及一种变换器装置，其具有模块化的多级变换器和用于测量变换器装置中的电流的测量设备。

模块化的多级变换器(MMC)例如已经从WO 2012/103936 A1中已知。所述模块化的多级变换器通常用于将直流电压转换为交流电压或者反之。为此，模块化的多级变换器具有在直流电压侧和交流电压侧之间布置的电流阀。在这种情况下，电流阀也被称为相模块。每个相模块在MMC中包括双极子模块的串联电路。每个子模块包括至少两个半桥开关和能量存储器。子模块例如可以被设计为本领域技术人员已知的半桥电路或者全桥电路。在直流电压侧，模块化的多级变换器可以与直流电压导线或者直流电压网络连接，在交流电压侧可以与交流电压网络连接。基于模块化的构造方式和分布在子模块上的能量存储器，在交流电压侧可以产生阶梯形的电压曲线，该电压曲线几乎是正弦状的。为了调节电压曲线，已知的变换器装置需要至少一个测量设备以测量在MMC中、在MMC的直流电压侧和MMC的交流电压侧流过的电流。

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种尽可能可靠地运行的变换器装置。

该技术问题通过如下来解决，即，测量设备包括如下部件：可以接入高压导线的测量电阻；用于将在测量电阻上产生的取决于电流的电气测量信号转换为光学测量信号的、在高压电位上布置的电光单元；用于将光学测量信号从高压电位传输到接地电位水平的光学传输导线；和用于将传输的光学测量信号转换为电气输出信号的、接近接地电位布置的光电单元。

根据本实用新型的变换器装置的优点在于，可以可靠地且准确地测量变流器装置中的高频电流分量和直流电流。非常特别地，结合MMC得出特别可靠地调节MMC的优点。因为由于MMC上的交流电压侧的电流的阶梯形状形成了变换器电流的高频分量。同时，MMC中的变换器电流具有直流电压分量。借助根据本实用新型的测量设备对该变换器电流的可靠测量允许特别可靠地调节 MMC。

此外，根据本实用新型的测量设备的之前描述的所有的变形和实施方式当然也可以在根据本实用新型的变换器装置中实现。

附图说明

下面参考图1和图2中示出的根据本实用新型的测量设备的实施例和根据本实用新型的变换器装置的实施例更详细地解释本实用新型。

图1以示意图示出了根据本实用新型的测量设备的实施例；

图2以示意图示出了根据本实用新型的变换器装置的实施例。

具体实施方式

图1详细示出了测量设备1。测量设备1包括测量电阻2，所述测量电阻2 接入高压导线，在所示例子中接入母线3中。母线3并且由此测量电阻2根据图 1中示出的例子，在运行中处于380kV的高压电位。

此外，测量设备1还包括传感器单元4，所述传感器单元4在输入端侧与测量电阻2连接。传感器单元4也处于高压电位。传感器单元4接收在测量电阻2 上产生的模拟测量信号。传感器单元4具有模拟处理单元41。测量信号被导入模拟处理单元41，在那里经受EMI滤波和抗混叠滤波(anti-alias-Filterung)。然后，处理的模拟测量信号被导入模拟-数字转换器42，借助该模拟-数字转换器 42测量信号被数字化并且进一步处理。传感器单元4还包括具有电光单元44的光学通信单元43，所述光学通信单元在输入端侧与A/D转换器42连接。借助电光单元44，数字电气测量信号被转换为光学测量信号，并且馈送到作为数据光纤存在的光学传输导线5中。

借助传输导线5，测量信号传输到基座单元6。传输导线5布置在绝缘子柱 7中。绝缘子柱7用于将高压导线3与接地电位绝缘。基座单元6布置在绝缘子托架61中，其相应地处于接地电位。基座单元6包括电光单元8。电光单元8 将光学测量信号转换为电气输出信号，所述输出信号可以被导入内部的或外部的数据处理装置以进行进一步分析。

基座单元6还包括供电单元9。供电电源9将外部电源的能量转换为激光。激光借助光学供电导线10传输到接收单元11和电光单元44。以这种方式为传感器单元4和其部件提供供电。

图2示出了变换器装置15。变换器装置15包括变换器16，所述变换器16 连接在交流电压接头17和直流电压接头18之间。因此，变换器16在直流电压侧可以与直流电压导线或者直流电压网连接，在交流电压侧可以与交流电压网连接。变换器16是模块化的多级变换器(MMC)。MMC具有在直流电压侧和交流电压侧之间布置的相模块21-26。

每个相模块包括双极子模块27的串联电路以及平滑扼流圈28。在图2中示出的实施例中，所有的子模块27被相同地构建，然而这一般不是必须的。借助虚线29在图2中说明，每个相模块21-26可以具有比图2中明确示出的两个子模块27更多数量的子模块。

每个子模块27包括分别与续流二极管301反并联连接的两个半导体开关 30，和以电容器31形式的能量存储器。子模块27被设计为半桥电路。子模块 27的半导体开关30可以彼此独立地控制。

变换器装置15还包括测量设备321-330。测量设备用于采集交流电压侧的电流的、直流电压侧的电流的以及相模块电流的电流测量值。此外，变换器装置还包括电压表，然而在图2中并未详细示出。测量设备321-330中的至少一个是根据图1中示出的实施例的测量设备。

测量设备321-330在输出端侧与用于调节变换器16的调节设备连接。然而，为了清楚起见，各个连接在图2中未详细示出。测量设备321-330的输出信号相应地被转发到调节设备。

Claims (8)

1.一种用于测量电气导线(3)中的电流的测量设备(1)，其具有能够接入电气导线的测量电阻(2)，其特征在于，

-在高压电位上布置的电光单元(44)，其用于将在测量电阻(2)上产生的取决于电流的电气测量信号转换为光学测量信号，

-光学传输导线(5)，其用于将光学测量信号从高压电位传输到接地电位水平，

-接近接地电位布置的光电单元(8)，其用于将传输的光学测量信号转换为电气输出信号，和

-用于为所述电光单元(44)供电的供电单元(9)，其中所述供电单元(9)包括光学供电导线(10)，借助所述光学供电导线能够将接近接地电位产生的光信号传输到电光单元(44)。

2.根据权利要求1所述的测量设备(1)，其特征在于，设置数据处理装置(6)，以用于分析所述输出信号。

3.根据权利要求1所述的测量设备(1)，其特征在于，所述光学传输导线(5)布置在绝缘单元(7)中，所述绝缘单元将电气导线(3)与接近接地电位布置的基座单元(6)绝缘。

4.根据权利要求3所述的测量设备(1)，其特征在于，所述光电单元(8)布置在所述基座单元(6)中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的测量设备(1)，其特征在于，设置模拟-数字转换器(42)，所述模拟-数字转换器被设计为用于将电气测量信号数字化。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的测量设备(1)，其特征在于，所述测量设备(1)被设计为以至少30kHz的采集频率来进行测量值采集。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的测量设备(1)，其特征在于，设置监视单元，所述监视单元被设计为用于将测量设备的故障情况报告给上级的控制设备。

8.一种变换器装置(15)，其具有模块化的多级变换器(16)和用于测量变换器装置(15)中的电流的测量设备(1，321-330)，其特征在于，所述测量设备(1，321-330)包括如下部件：

-测量电阻(2)，其能够接入高压导线(3)中，

-在高压电位上布置的电光单元(44)，其用于将在测量电阻(2)上产生的取决于电流的电气测量信号转换为光学测量信号，

-光学传输导线(5)，其用于将光学测量信号从高压电位传输到接地电位水平，

-接近接地电位布置的光电单元(8)，其用于将传输的光学测量信号转换为电气输出信号，和

-用于为所述电光单元(44)供电的供电单元(9)，其中所述供电单元(9)包括光学供电导线(10)，借助所述光学供电导线能够将接近接地电位产生的光信号传输到电光单元(44)。

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