具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器及測(cè)量方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器，包括電容分壓器和電磁單元，還包括串入電容器和電流互感器，高壓電容器、低壓電容器和串入電容器依次連接形成串聯(lián)電路，補(bǔ)償電抗器、中間變壓器和電流互感器依次連接形成串聯(lián)電路。本發(fā)明在常規(guī)電容式電壓互感器的電容分壓器的低壓電容支路中串入電容器，在電磁單元支路中串入常規(guī)電流互感器，利用測(cè)量得到的串入電容上的電壓和電磁單元支路的電流，結(jié)合電容分壓器的高壓和低壓電容值和串入電容值，即可計(jì)算出高壓系統(tǒng)電壓的諧波含量。本發(fā)明能夠在測(cè)量工頻高電壓的同時(shí)提供高精度的高壓諧波測(cè)量，為分析高壓系統(tǒng)諧波狀況提供必要的數(shù)據(jù)支持。
【專利說(shuō)明】具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器及測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電容式電壓互感器，尤其涉及一種具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，非線性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用日益增多，導(dǎo)致高壓電力系統(tǒng)的電壓畸變問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。供電部門和科研機(jī)構(gòu)迫切需要對(duì)高壓電力系統(tǒng)的電壓諧波進(jìn)行測(cè)量，以了解高壓系統(tǒng)的電壓諧波狀況，制定出針對(duì)性的諧波治理措施。
[0003]在現(xiàn)有的高壓諧波測(cè)量方法和設(shè)備中，采用電阻器分壓和電容器分壓的方案需要采用專門的設(shè)備，且這些設(shè)備體積大，價(jià)格昂貴。電容式電壓互感器因其體積小、重量輕、維護(hù)工作量少、電場(chǎng)強(qiáng)度裕度大、絕緣可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，且分壓電容可兼作耦合電容器供高頻載波通道使用，被廣泛應(yīng)用于IlOkV (甚至35kV)及以上高電壓中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的電壓測(cè)量、高頻通訊和繼電保護(hù)中。因而從實(shí)際情況來(lái)看，采用電容式電壓互感器來(lái)進(jìn)行高壓諧波測(cè)量是最方便經(jīng)濟(jì)的方法。常規(guī)電容式電壓互感器主要由電容分壓器和電磁單元組成；電容分壓器包括串聯(lián)的高壓電容和低壓電容，高壓電容和低壓電容之間連接有電磁單元，電磁單元由補(bǔ)償電抗器和中間變壓器串聯(lián)組成，中間變壓器的二次側(cè)連接有負(fù)載。由于常規(guī)電容式電壓互感器在諧波條件下的內(nèi)部諧振條件將被破壞，測(cè)量諧波將出現(xiàn)較大的誤差，因此無(wú)法直接利用常規(guī)電容式電壓互感器進(jìn)行高壓諧波測(cè)量。
[0004]目前也有研究分析了電容式電壓互感器的頻率響應(yīng)特性，利用該頻率響應(yīng)特性對(duì)電容式電壓互感器二次測(cè)量電壓進(jìn)行修正后，推導(dǎo)出高壓側(cè)的電壓諧波。但這種方案需要離線分析各種不同類型電容式電壓互感器的頻率響應(yīng)特性，需要知道電容式電壓互感器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)和組成元件參數(shù)，并且不同的負(fù)載條件下的頻率響應(yīng)特性也不同，因此這種方法實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜，限制了其應(yīng)用推廣。
·[0005]因此，如果能對(duì)電容式電壓互感器進(jìn)行簡(jiǎn)單改造，設(shè)計(jì)出帶有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器，能夠在測(cè)量工頻高電壓的同時(shí)提供高精度的高壓諧波測(cè)量。從而為實(shí)現(xiàn)高壓諧波電壓測(cè)量提供一種性價(jià)比很高的方案，具有很大的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)推廣前
旦
-5^ O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器及測(cè)量方法，能夠在測(cè)量工頻高電壓的同時(shí)提供高精度的高壓諧波測(cè)量，為分析高壓系統(tǒng)諧波狀況提供必要的數(shù)據(jù)支持。
[0007]本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0008]一種具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器，包括電容分壓器和電磁單元；電容分壓器包括串聯(lián)的高壓電容器和低壓電容器，高壓電容器和低壓電容器之間連接有電磁單元，電磁單元由補(bǔ)償電抗器和中間變壓器串聯(lián)組成，中間變壓器的二次側(cè)連接有負(fù)載，其特征在于:還包括串入電容器和電流互感器，高壓電容器、低壓電容器和串入電容器依次連接形成串聯(lián)電路，補(bǔ)償電抗器、中間變壓器和電流互感器依次連接形成串聯(lián)電路。所述的電流互感器串入中間變壓器T支路的接地點(diǎn)的位置。
[0009]一種利用權(quán)利要求1所述的電容式電壓互感器進(jìn)行高壓諧波測(cè)量的方法，包括以下步驟:
[0010]A:測(cè)量串入電容器兩端的電壓值，并對(duì)測(cè)得的電壓值利用傅里葉變化方法進(jìn)行諧波電壓分解，計(jì)算串入電容器上的各次諧波電壓；再根據(jù)串入電容器的電容值，計(jì)算流過(guò)串入電容器的各次諧波電流；
[0011]B:測(cè)量補(bǔ)償電抗器、中間變壓器和電流互感器所組成的電磁單元支路的電流值，并對(duì)測(cè)得的電磁單元支路電流值利用傅里葉變化方法進(jìn)行諧波電流分解；計(jì)算流過(guò)電磁單元支路的各次諧波電流；
[0012]C:根據(jù)步驟A中得到的流過(guò)串入電容的各次諧波電流以及步驟B中得到的流過(guò)電磁單元支路的各次諧波電流，計(jì)算流過(guò)低壓電容器的各次諧波電流；
[0013]D:根據(jù)低壓電容器的電容值以及步驟C中得到的流過(guò)低壓電容器的各次諧波電流，計(jì)算低壓電容器上的各次諧波電壓；
[0014]E:由于流過(guò)串入電容器的各次諧波電流與流過(guò)高壓電容器的各次諧波電流相等，根據(jù)高壓器的電容值以及步驟A中得到的流過(guò)串入電容器的各次諧波電流，計(jì)算高壓電容器上的各次諧波電壓；
[0015]F:將高壓電容器、低壓電容器和串入電容器上的各次諧波電壓進(jìn)行相加，計(jì)算得出高壓系統(tǒng)的各次諧波電壓，進(jìn)行高壓系統(tǒng)諧波電壓分析。
[0016]所述的步驟A中，串入電容器上的各次諧波電壓的計(jì)算公式為
【權(quán)利要求】
1.一種具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器，包括電容分壓器和電磁單元；電容分壓器包括串聯(lián)的高壓電容器和低壓電容器，高壓電容器和低壓電容器之間連接有電磁單元，電磁單元由補(bǔ)償電抗器和中間變壓器串聯(lián)組成，其特征在于:還包括串入電容器和電流互感器，高壓電容器、低壓電容器和串入電容器依次連接形成串聯(lián)電路，補(bǔ)償電抗器、中間變壓器和電流互感器依次連接形成串聯(lián)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有高壓諧波測(cè)量功能的電容式電壓互感器，其特征在于:所述的電流互感器串入中間變壓器T支路的接地點(diǎn)的位置。
3.一種利用權(quán)利要求1所述的電容式電壓互感器進(jìn)行高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:包括以下步驟: A:測(cè)量串入電容器兩端的電壓值，并對(duì)測(cè)得的電壓值利用傅里葉變化方法進(jìn)行諧波電壓分解，計(jì)算串入電容器上的各次諧波電壓；再根據(jù)串入電容器的電容值，計(jì)算流過(guò)串入電容器的各次諧波電流； B:測(cè)量補(bǔ)償電抗器、中間變壓器和電流互感器所組成的電磁單元支路的電流值，并對(duì)測(cè)得的電磁單元支路電流值利用傅里葉變化方法進(jìn)行諧波電流分解；計(jì)算流過(guò)電磁單元支路的各次諧波電流； C:根據(jù)步驟A中得到的流過(guò)串入電容的各次諧波電流以及步驟B中得到的流過(guò)電磁單元支路的各次諧波電流，計(jì)算流過(guò)低壓電容器的各次諧波電流； D:根據(jù)低壓電容器的電容值以及步驟C中得到的流過(guò)低壓電容器的各次諧波電流，計(jì)算低壓電容器上的各次諧波電壓； E:由于流過(guò)串入電容器的各次諧波電流與流過(guò)高壓電容器的各次諧波電流相等，根據(jù)高壓器的電容值以及步驟A中得到的流過(guò)串入電容器的`各次諧波電流，計(jì)算高壓電容器上的各次諧波電壓； F:將高壓電容器、低壓電容器和串入電容器上的各次諧波電壓進(jìn)行相加，計(jì)算得出高壓系統(tǒng)的各次諧波電壓，進(jìn)行高壓系統(tǒng)諧波電壓分析。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟A中，串入電容器上的各次諧波電壓的計(jì)算公式為

η

C3(h)

h=l 其中，h為諧波次數(shù)，η為所關(guān)注的最高諧波次數(shù)；ω?=2 Ji hf為h次諧波角頻率，f為工頻頻率為時(shí)間；U_和Θ _分別為電壓uC3中第h次諧波的有效值和相位角； 流過(guò)串入電容器的各次諧波電流的計(jì)算公式為 ?.Ic3(h) = UCMJiY jCOhC3.其中，(jC.為中的第h次諧波電壓的相量形式，Uc3(h) = UC3ih)Z0C3{h)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟B中，電磁單元支路的各次諧波電流的計(jì)算公式為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟C中，流過(guò)低壓電容器的各次諧波電流的計(jì)算公式為
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟D中，低壓電容器上的各次諧波電壓的計(jì)算公式為
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟E中，高壓電容器上的各次諧波電壓的計(jì)算公式為
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高壓諧波測(cè)量的方法，其特征在于:所述的步驟F中，高壓系統(tǒng)的各次諧波電壓的計(jì)算公式為
【文檔編號(hào)】G01R15/06GK103675445SQ201310695448
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月17日
【發(fā)明者】李瓊林, 余曉鵬, 張振安, 劉書銘, 郜洪亮, 唐鈺政, 代雙寅, 張博 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院