本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)測(cè)量領(lǐng)域，尤其是一種基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著配電網(wǎng)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)中電纜線路所占的比例越來(lái)越高，配電網(wǎng)的對(duì)地電容電流大大增加。為了使電網(wǎng)單相接地故障時(shí)所產(chǎn)生的接地電弧自行熄滅，目前配電網(wǎng)多采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，消弧線圈與配電網(wǎng)對(duì)地電容構(gòu)成并聯(lián)諧振回路，使電感電流與電網(wǎng)對(duì)地電容電流互相抵消。從而減小故障點(diǎn)電流，保證接地電弧可靠自熄，以提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性并保證供電的連續(xù)性。同時(shí)隨著電纜線路比例的升高，電網(wǎng)不對(duì)稱度進(jìn)一步下降，致使以往測(cè)量電容電流的方法測(cè)量精度降低，甚至無(wú)法測(cè)量。

現(xiàn)在確保直接面向用戶的配電系統(tǒng)不發(fā)生供電中斷顯得越來(lái)越重要。保證向用戶穩(wěn)定的供電，一個(gè)重要方面就是準(zhǔn)確的測(cè)量配電網(wǎng)的對(duì)地電容電流，從而根據(jù)電容電流的大小裝設(shè)容量適當(dāng)?shù)南【€圈，避免因電弧重燃引起的過(guò)電壓。在我國(guó)用電量比較大的地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)因新裝接地變壓器和消弧線圈補(bǔ)償容量太小而實(shí)際運(yùn)行中電容電流過(guò)大需要逐一更換的現(xiàn)象。因此準(zhǔn)確測(cè)量配電網(wǎng)對(duì)地電容電流是決定是否裝設(shè)消弧線圈和選擇消弧線圈容量的依據(jù)。準(zhǔn)確及時(shí)的測(cè)量配電網(wǎng)對(duì)地電容電流，對(duì)調(diào)整消弧線圈的檔位掌握其容量裕度，有效實(shí)施補(bǔ)償都具有重大意義。

此外，配電網(wǎng)的對(duì)地電容(對(duì)應(yīng)電容電流的大小)和電壓互感器(PT)的參數(shù)配合會(huì)產(chǎn)生PT鐵磁諧振過(guò)電壓。為了驗(yàn)證該配電系統(tǒng)是否會(huì)發(fā)生PT諧振以及發(fā)生什么性質(zhì)的諧振，必須準(zhǔn)確地測(cè)量配電網(wǎng)的對(duì)地電容值。通過(guò)測(cè)量配電網(wǎng)對(duì)地電容值后才會(huì)知道該配電系統(tǒng)是否在PT的諧振區(qū)域，從而采取相應(yīng)的措施抑制PT諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生。

電容電流測(cè)量方法分為兩種，即直接法和間接法。所謂直接法即將三相線路中的任意一相接地，測(cè)量其電容電流，這種方法雖然測(cè)量精確，但危險(xiǎn)系數(shù)極高，容易造成相間短路，一般不推薦。間接法又分為人工中性點(diǎn)法、偏置電容法和信號(hào)注入法。其中人工中性點(diǎn)法和偏置電容法仍然與一次側(cè)打交道，安全不能得到保證，一般不推薦。信號(hào)注入法是指從PT的二次側(cè)注入頻率不同的恒流信號(hào)，通過(guò)測(cè)量電壓和電流的幅值和相位關(guān)系，得出線路的對(duì)地電容值。

在信號(hào)注入中，應(yīng)用最為廣泛的是三頻法和分頻法。所謂三頻法，即從電壓互感器開(kāi)口三角側(cè)注入三個(gè)頻率不同的電流信號(hào)，測(cè)量開(kāi)口三角側(cè)電壓幅值，利用標(biāo)量計(jì)算得到三個(gè)方程，求解電網(wǎng)電容值。該方法計(jì)算復(fù)雜，受互感器漏阻抗影響較大，具有一定的局限性。所謂分頻法，即向配電網(wǎng)母線電壓互感器開(kāi)口二次側(cè)注入兩個(gè)不同頻率的恒流信號(hào)，測(cè)量三角開(kāi)口側(cè)電壓幅值與相位，利用相量方法列寫(xiě)方程組得到系統(tǒng)對(duì)地電容值。但是該方法測(cè)量范圍小，頻率選取困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種在電網(wǎng)帶負(fù)載運(yùn)行的情況下，對(duì)電網(wǎng)電容電流進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法，在傳統(tǒng)分頻法測(cè)量的基礎(chǔ)上采用掃頻加定頻的方式測(cè)量電網(wǎng)電容電流，即改進(jìn)后的測(cè)量方法綜合了掃頻法和分頻法的特點(diǎn)，它從母線電壓互感器二次側(cè)開(kāi)口三角端注入幅值相同、頻率不同的恒流信號(hào)，同時(shí)測(cè)量開(kāi)口三角端的零序電壓，根據(jù)系統(tǒng)反映到電壓互感器二次側(cè)的信息，通過(guò)計(jì)算得到對(duì)地電容電流。

而且，所述對(duì)地電容電流的計(jì)算方法是：

當(dāng)HC-1型電容電流測(cè)試儀從母線PT二次側(cè)開(kāi)口三角端注入恒流信號(hào)時(shí)，由開(kāi)口三角端注入的電流有：

信號(hào)注入后，三個(gè)電流大小相等、相位相同的電流為零序電流通過(guò)線路對(duì)地電容形成回路，則有如下關(guān)系式：

在電壓互感器開(kāi)口三角端測(cè)量，使注入信號(hào)逐漸增大，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到諧振時(shí)，U₀達(dá)到最小值并記下ω₁,U₀₁,I₀₁，則有：

再次改變信號(hào)頻率至最大值，記下此時(shí)ω₂,U₀₂,I₀₂,則有：

利用上述三個(gè)方程即可得出電容C：

而且，在所述的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量信號(hào)測(cè)量端加入自適應(yīng)數(shù)字濾波器。

而且，所述恒流信號(hào)在使用數(shù)字頻率合成DDS芯片AD9850和微處理器實(shí)現(xiàn)恒流信號(hào)的注入。利用其帶寬較寬、信號(hào)分辨率高、相位連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，提高注入信號(hào)的頻譜純度，從而提高電容電流測(cè)量精度和減小注入信號(hào)源對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

本發(fā)明提供的基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法采用掃頻加定頻的方式測(cè)量電網(wǎng)電容電流，當(dāng)配電網(wǎng)對(duì)地電容較大時(shí)，電網(wǎng)電容電流較低，采用高低頻率搭配的信號(hào)注入模式能夠準(zhǔn)確測(cè)量出對(duì)地電容。當(dāng)配電網(wǎng)對(duì)地電容較小時(shí)，電網(wǎng)電容電流較高，相當(dāng)于注入兩個(gè)高頻信號(hào)，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)量出較小的對(duì)地電容具有操作簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高及測(cè)量范圍較大的優(yōu)點(diǎn)，可以使電網(wǎng)電容電流的測(cè)量更加準(zhǔn)確、便捷。

本發(fā)明提供的基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法在信號(hào)測(cè)量端加入自適應(yīng)數(shù)字濾波器，即在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，中性點(diǎn)存在三相不平衡電壓，感應(yīng)到PT二次側(cè)會(huì)有0～2V的三相不平衡電壓，有時(shí)甚至?xí)^(guò)5V，此時(shí)工頻為50Hz的不平衡電壓就會(huì)對(duì)測(cè)量信號(hào)產(chǎn)生極大的干擾，即被采集的電壓信號(hào)和電流信號(hào)中包含高于要求被測(cè)信號(hào)的幾倍的50Hz噪聲。

本發(fā)明提供的基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法采用數(shù)字頻率合成專用芯片和微處理器實(shí)現(xiàn)恒流源，利用其帶寬較寬、信號(hào)分辨率高、相位連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，提高注入信號(hào)的頻譜純度，從而提高電容電流測(cè)量精度和減小注入信號(hào)源對(duì)電力系統(tǒng)的影響。

附圖說(shuō)明

圖1是配電網(wǎng)母線開(kāi)口PT三角注入法測(cè)量原理圖；

圖2是電容電流測(cè)量等效電路圖；

圖3是自適應(yīng)濾波器原理圖；

圖4是數(shù)字頻率直接合成基本結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

一種基于改進(jìn)信號(hào)注入法的配電網(wǎng)電容電流測(cè)量方法，其原理是在傳統(tǒng)分頻法測(cè)量的基礎(chǔ)上采用掃頻加定頻的方式測(cè)量電網(wǎng)電容電流，如圖1所示，當(dāng)HC-1型電容電流測(cè)試儀從母線PT二次側(cè)開(kāi)口三角端注入恒流信號(hào)時(shí)，CA、CB、CC為三相線路對(duì)地電容，LA、LB、LC為PT三相高壓繞組，La、Lb、Lc為PT三相低壓繞組，配電網(wǎng)三相對(duì)地電容CA、CB、CC基本相等，三相電壓互感器特性基本相同，其中三相電壓互感器勵(lì)磁阻抗為MΩ級(jí)，而容抗、繞組電阻、漏抗約為kΩ級(jí)，則由開(kāi)口三角端注入的電流有：

信號(hào)注入后，三個(gè)電流大小相等、相位相同的電流為零序電流，不能在電源和負(fù)載之間流通，而是通過(guò)線路對(duì)地電容形成回路。測(cè)量電路的等效原理圖如圖2所示。

則有如下關(guān)系式：

在電壓互感器開(kāi)口三角端測(cè)量。使注入信號(hào)逐漸增大，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到諧振時(shí)，U₀達(dá)到最小值并記下ω₁,U₀₁,I₀₁，則有：

再次改變信號(hào)頻率至最大值，記下此時(shí)ω₂,U₀₂,I₀₂,則有：

利用上述三個(gè)方程即可得出電容C：

通過(guò)上文可知，在分頻法測(cè)量的基礎(chǔ)上采用掃頻加定頻的方式測(cè)量電網(wǎng)電容電流，當(dāng)配電網(wǎng)對(duì)地電容較大時(shí)，電網(wǎng)電容電流較低，采用高低頻率搭配的信號(hào)注入模式能夠準(zhǔn)確測(cè)量出對(duì)地電容。當(dāng)配電網(wǎng)對(duì)地電容較小時(shí)，電網(wǎng)電容電流較高，相當(dāng)于注入兩個(gè)高頻信號(hào)，從而能夠準(zhǔn)確測(cè)量出較小的對(duì)地電容，相比于傳統(tǒng)分頻法測(cè)量較小電容時(shí)精度差的狀況，此方法具有明顯優(yōu)勢(shì)。

上述配電網(wǎng)電容電流測(cè)量中的信號(hào)測(cè)量端采用自適應(yīng)數(shù)字濾波器。

通常濾除50Hz工頻信號(hào)的方法大都采用有源帶阻濾波器，但電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，頻率會(huì)有±0.5Hz的波動(dòng)，濾波效果會(huì)很差。基于上述問(wèn)題，本發(fā)明采用了基于自相干模板法濾波原理的自適應(yīng)濾波器，其本身有一個(gè)自適應(yīng)濾波算法，其噪聲干擾為處理對(duì)象，通過(guò)自適應(yīng)算法，自動(dòng)跟蹤頻率和相角，并根據(jù)外部環(huán)境變化對(duì)工頻噪聲進(jìn)行最大限度濾除工頻干擾，其原理如圖3所示。

上述恒流信號(hào)采用數(shù)字頻率合成專用芯片和微處理器實(shí)現(xiàn)恒流源的注入，注入信號(hào)法測(cè)量配電網(wǎng)電容電流要求信號(hào)源不能影響配電網(wǎng)的正常工作，由于本發(fā)明采用掃頻+定頻的測(cè)量方法，即信號(hào)源的頻率變動(dòng)范圍較大的情況下保持恒流，這就對(duì)信號(hào)源的精度和穩(wěn)定性提出了很高的要求，所以本發(fā)明采用字頻率合成專用DDS芯片AD9850和微處理器實(shí)現(xiàn)恒流源。DDS芯片AD9850包括依次串接的相位累加模塊、幅度轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、低通濾波模塊以及比較器，在相位累加模塊上設(shè)置有基準(zhǔn)時(shí)鐘模塊。DDS芯片AD9850可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制，產(chǎn)生一個(gè)頻率相位可控的正弦波或轉(zhuǎn)換成方波，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。

AD9850可通過(guò)串行或并行接口與微處理器連接，本發(fā)明通過(guò)調(diào)整32bit的頻率調(diào)整字來(lái)精確控制信號(hào)源的輸出頻率。

相位可以通過(guò)5bit的相位控制字改變，在每個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，通過(guò)頻率和相位累加器產(chǎn)生實(shí)時(shí)相位信息，從而轉(zhuǎn)換成正弦數(shù)字幅值，而后D/A部分將數(shù)字幅值轉(zhuǎn)換為模擬幅值，從而達(dá)到控制信號(hào)源頻率和相位的目的。

盡管為說(shuō)明目的公開(kāi)了本發(fā)明的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開(kāi)的內(nèi)容。