本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于架空線分布式電壓傳感器中的基于串聯(lián)電容的單相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
：隨著我國電力工業(yè)水平的不斷發(fā)展，建設(shè)堅強(qiáng)的智能電網(wǎng)成為未來的發(fā)展方向。目前我國配電網(wǎng)線路量大面廣線長，所處環(huán)境復(fù)雜、故障率高，開發(fā)低成本分布式監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時在線監(jiān)測與故障定位對實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重大意義。對配網(wǎng)架空線路相電壓的分布式準(zhǔn)確測量是一個難點(diǎn)。目前廣泛使用的電壓傳感器主要有電磁式(PT)、電容式(CVT)電壓互感器、光學(xué)電壓傳感器等。光學(xué)電壓傳感器穩(wěn)定性問題尚未很好解決，需要高精度加工工藝和粘接工藝，尚未在電力互感器中得到大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)PT容量較小、成本高、絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在鐵磁諧振現(xiàn)象、有漏感分布電容等因素的影響，漸漸不適應(yīng)如今電網(wǎng)的需求。CVT主要應(yīng)用于330kV以上電網(wǎng)，體積大，造價昂貴，不易安裝，無法滿足低成本分布式裝置的要求。因此建立一種適用于配網(wǎng)分布式裝置的相電壓測量方法，并能實(shí)現(xiàn)非接觸式自校準(zhǔn)，對提高分布式裝置的電壓測量精度具有重大意義。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提出一種新型的適用于小型化分布式裝置的基于串聯(lián)電容的單相架空輸電線路相電壓的自校準(zhǔn)方法，克服現(xiàn)有PT、CVT、光學(xué)電壓傳感器的不足，具有高測量精度。其利用空間電容分壓原理，將輸電線路與大地視為電壓兩級，將一具有上下極板的平行板電容器作為采樣電容置于其中，充分考慮兩塊極板對電壓兩級的雜散電容，建立集中參數(shù)等效電路。將導(dǎo)線直接與上極板相連，其中串接一開關(guān)電容，通過改變其容值從而改變上極板對導(dǎo)線的雜散電容值，采樣電容上將測得不同的電壓值，從而可推算出各未知的雜散電容大小及待測電壓大小。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：一種基于串聯(lián)電容的單相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法，其特點(diǎn)在于，該方法包括如下步驟：1)將分布式電壓傳感器測量裝置安裝于單相架空線路上，其中采樣電容容值大小選取μF級別。采樣電容上極板與高壓導(dǎo)線金屬部分短接，不串接開關(guān)電容，下極板懸空。其測得分壓值為Uc1。輸入計算機(jī)建立如下方程：其中，Cg為下極板到大地的電容，C為兩極板之間的采樣電容的容值，U為待測線路電壓值。2)斷開短接線路，在測量裝置上極板與高壓導(dǎo)線之間串聯(lián)開關(guān)電容，其值為已知量，大小為Ch，則等效為下極板對大地電容Cg和Ch串聯(lián)，則第二次測得分壓值Uc2，輸入計算機(jī)建立如下方程：3)將前兩步所測得采樣值輸入計算機(jī)作如下運(yùn)算，即可求出Cg的容值大小4)將步驟3)所求出Cg代回步驟1)中的方程即可求得待測導(dǎo)線電壓U5)通過多次改變開關(guān)電容值Ch，可以實(shí)現(xiàn)多次校準(zhǔn)，提高測量精度。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，利用空間電容分壓原理，將線路與大地視為一個大電容對其進(jìn)行分壓測量，以空氣作為絕緣介質(zhì)。將導(dǎo)線金屬部分直接與上極板相連，其中串接開關(guān)電容，通過改變其容值從而改變上極板對導(dǎo)線的雜散電容值，采樣電容上將測得不同的電壓值，從而可推算出各未知的雜散電容大小及待測電壓大小，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線電壓的自校準(zhǔn)。附圖說明圖1是本發(fā)明的等效測量電路圖圖2是本發(fā)明的串聯(lián)開關(guān)電容自校準(zhǔn)等效電路圖圖3是本發(fā)明實(shí)例的電壓傳感器工作框圖圖4是本發(fā)明實(shí)例的架空線路實(shí)驗(yàn)環(huán)境模擬圖具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。請先參閱圖1、圖2，請先參閱圖1、圖2，圖1是本發(fā)明的測量裝置測量模型等效電路，圖2是本發(fā)明的串聯(lián)開關(guān)電容示意圖。由圖可見，該方法包括下列步驟：1)將分布式電壓傳感器測量裝置安裝于單相架空線路上，其中采樣電容容值大小選取μF級別。采樣電容上極板與高壓導(dǎo)線金屬部分短接，不串接開關(guān)電容，下極板懸空。其測得分壓值為Uc1。輸入計算機(jī)建立如下方程：其中，Cg為下極板到大地的電容，C為兩極板之間的采樣電容的容值，U為待測線路電壓值。2)斷開短接線路，在測量裝置上極板與高壓導(dǎo)線之間串聯(lián)開關(guān)電容，其值為已知量，大小為Ch，則等效為下極板對大地電容Cg和Ch串聯(lián)，則第二次測得分壓值Uc2，輸入計算機(jī)建立如下方程：3)將前兩步所測得采樣值輸入計算機(jī)作如下運(yùn)算，即可求出Cg的容值大小4)將步驟3)所求出Cg代回步驟1)中的方程即可求得待測導(dǎo)線電壓U本發(fā)明的原理如下：將分布式電壓傳感器測量裝置(以下簡稱為測量裝置)至于架空線路上，其運(yùn)用空間電容分壓的原理測量導(dǎo)線對地相電壓。采用空間電容分壓的原理實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線對地相電壓的測量與校準(zhǔn)，其核心元件為一個電容器，將導(dǎo)線視為大電容的一極，大地為另一極。將電容器置入導(dǎo)線與大地之間，并將其上極板與導(dǎo)線金屬部分直接相連，形成如圖1所示的等效測量電路。根據(jù)電容分壓原理，采樣電容上分壓值與導(dǎo)線電壓有如下關(guān)系：其中C為采樣電容值，Cg為下極板對地雜散電容值。由于Cg為雜散電容，一般都很小，數(shù)量級為幾個pF到幾十個pF級別，而分壓電容C的電容值可以選取的很大，比如達(dá)到μF級別，那么C＞＞Cg，則C+Cg≈C其中，Cg、U為未知量，其余為已知量。一種基于串聯(lián)電容的單相架空輸電線路相電壓自校準(zhǔn)方法，其特征如下：由于單相裸導(dǎo)線輸電線路模型較為簡單，其相電壓自校準(zhǔn)過程共有兩個未知參數(shù)需要校準(zhǔn)，分別為Cg為下極板到大地的電容、U為待測線路電壓值。因此改變采樣電容的容值已知量C的值大小并不能增加新的有效方程數(shù)，需改變未知量的大小才能增加新的有效方程。若能通過串接開關(guān)電容實(shí)現(xiàn)在某一未知量中疊加一已知量，根據(jù)前后其余已知量的變化既能求出所有未知量，實(shí)現(xiàn)基于串聯(lián)電容的單相架空輸電線路相電壓的自校準(zhǔn)。其校準(zhǔn)電路如圖2所示。具體可按如下步驟實(shí)現(xiàn)：步驟1，選取μF級別的采樣電容，采樣電容上極板與高壓導(dǎo)線之間短接，不串接開關(guān)電容，下極板懸空。其測得分壓值為Uc1.則其值有如下關(guān)系：步驟2，斷開短接線路，在上極板與高壓導(dǎo)線之間串接開關(guān)電容，其值為已知量，大小為Ch。則第二次測得分壓值Uc2，其值有如下關(guān)系：其中：步驟3，將兩次測得采樣值作如下運(yùn)算：步驟4，代回上式即可求得待測導(dǎo)線電壓U步驟5，通過多次改變開關(guān)電容值Ch，可以實(shí)現(xiàn)多次校準(zhǔn)，提高測量精度。為驗(yàn)證本發(fā)明的有效性，依據(jù)此發(fā)明設(shè)計了一個應(yīng)用于配網(wǎng)線路的智能電壓傳感器，將分壓電容C直接焊于PCB板，高壓線路通過導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接與C上極板相連，并在其中串聯(lián)開關(guān)電容。正常情況下短接，并按需求可串聯(lián)不同電容值。C上電壓信號經(jīng)過調(diào)理放大后經(jīng)由采樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再經(jīng)過CPU進(jìn)行處理交由通信模塊進(jìn)行無線傳輸至系統(tǒng)后臺，便于保存和后續(xù)分析，其簡化后工作框圖如圖3所示。通過ComsolMultiphysics計算出裝置對地雜散分布電容約為0.8pF，因此設(shè)計分壓電容C＝16nF，比雜散電容大4個數(shù)量級，用于分壓后采樣。采用支架來模擬桿塔，導(dǎo)線平行地面固定，并和高壓發(fā)生器連接。將傳感器懸掛于導(dǎo)線上，高壓發(fā)生器產(chǎn)生有效值為10kv工頻正弦電壓，實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建如圖4。傳感器采集電容兩端電壓差ΔU，其內(nèi)部工作芯片為MSP430F5438A，采樣率為1kHz，每次采樣十個周波。分別將C上極板與高壓導(dǎo)線之間連接關(guān)系設(shè)定為：短接、串一個電容、串聯(lián)兩個電容，測量C上分壓值，結(jié)果如下：連接方式短接串聯(lián)1nF分壓值(V)0.487950.48757采用前兩組采樣值代入公式可計算得：Cg＝0.77938pF，U＝10.01725kV綜上所述，此自校準(zhǔn)方法能準(zhǔn)確的求解單相線路未知電容參數(shù)及線路電壓，實(shí)現(xiàn)基于串聯(lián)電容的單相線路相電壓的自校準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁1 2 3