電力系統(tǒng)測(cè)量方法-插值法的電容式電壓互感器諧波電壓測(cè)量方法

[全]電力系統(tǒng)測(cè)量方法-插值法的電容式電壓互感器諧波電壓測(cè)量方法電容式電壓互感器(CVT—CapacitorVoltageTransformer)以其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)獲得了越來(lái)越多的應(yīng)用。但是，由于其工作原理的特殊性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549—1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》明確規(guī)定CVT不能用于諧波測(cè)量，而隨著非線性負(fù)荷的日益增加，對(duì)于諧波電壓的測(cè)量已成為電力行業(yè)確保安穩(wěn)運(yùn)行所必需的一項(xiàng)要求，形勢(shì)的發(fā)展導(dǎo)致了對(duì)諧波電壓精準(zhǔn)測(cè)量的需要。現(xiàn)有技術(shù)中有通過(guò)設(shè)計(jì)一種包括諧波產(chǎn)生、高壓產(chǎn)生、準(zhǔn)確值輸出、被測(cè)CVT輸出、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出等幾個(gè)主要部分的諧波測(cè)量誤差修正裝置，通過(guò)對(duì)各臺(tái)具體的CVT設(shè)備進(jìn)行諧波傳遞特性的實(shí)驗(yàn)后，利用實(shí)測(cè)的諧波傳變特性曲線實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波測(cè)量的校正。該裝置雖然能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波測(cè)量的精確校正，但存在必須對(duì)每臺(tái)CVT設(shè)備分別校正，工作量大的問(wèn)題，實(shí)際應(yīng)用困難重重，具有成本高、效率低、速度慢等不足現(xiàn)有技術(shù)中還有在傳統(tǒng)的電容式電壓互感器的基礎(chǔ)之上，在低壓端加裝電容分壓器作為諧波測(cè)量的測(cè)量元件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電壓信號(hào)的分析測(cè)量。該方法一個(gè)固有缺陷是必須對(duì)CVT進(jìn)行改造，從理論上來(lái)說(shuō)是對(duì)CVT測(cè)量原理的顛覆性改變，有些類(lèi)似于電子式互感器的工作原理，其制造、設(shè)計(jì)成本將完全不再具有CVT的特點(diǎn)，并且，由于在CVT的內(nèi)部增加了新的元器件，其安全性難以評(píng)估和預(yù)測(cè)，可以說(shuō)是不適于對(duì)現(xiàn)有CVT應(yīng)用的改造的，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、有可靠性隱患等缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)中還有通過(guò)在CVT的內(nèi)部增加兩個(gè)電流傳感器，利用數(shù)據(jù)采集卡分別采集流過(guò)CVT高壓電容C1、低壓電容C2的電流信號(hào)；再通過(guò)諧波分析程序?qū)Σ杉降碾娏餍盘?hào)進(jìn)行諧波分析后，利用電流與電壓之間的相互關(guān)系計(jì)算，從而得到CVT電網(wǎng)側(cè)電壓諧波的情況。現(xiàn)有技術(shù)中還有根據(jù)預(yù)設(shè)模型的等效電路元件參數(shù)進(jìn)行擬合，得到變比幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)特性曲線，然后對(duì)其他型號(hào)的不同等效電路元件參數(shù)基于擬合結(jié)果采用平移等方式調(diào)整曲線，實(shí)現(xiàn)校正。該方法對(duì)CVT制造時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)(即：高壓電容C1、中壓電容C2和分壓比k參數(shù))的差異性引起的傳變特性變化(如圖1和圖2所示)的實(shí)際處理的可操作性考慮的較少，而且，對(duì)于雜散電容的影響考慮的不夠充分；并且，理論分析和計(jì)算機(jī)仿真研究表明，CVT的等效電路元件參數(shù)隨溫度變化的特點(diǎn)雖然對(duì)于基波的傳遞特性影響較小，但對(duì)于諧波信號(hào)的傳變影響很大，不考慮溫度影響的諧波測(cè)量校正方法在實(shí)際具體應(yīng)用時(shí)會(huì)引起較大的溫服附加誤差，圖3給出了考慮元件參數(shù)隨溫度變化的因素后，部分次數(shù)的諧波的傳感變比和相差的變化情況，可見(jiàn)，溫度對(duì)CVT諧波電壓測(cè)量精度的影響極大，諧波次數(shù)越高，受影響情況越嚴(yán)重，因此，在CVT諧波電壓精準(zhǔn)測(cè)量方法的研究中，必須考慮溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響問(wèn)題。問(wèn)題拆分該方法利用曲線擬合的方法，在離線條件下獲得不同參數(shù)組合條件下的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，再針對(duì)具體的CVT裝置，采用人機(jī)對(duì)話的方式將其銘牌參數(shù)(實(shí)際參數(shù))輸入到諧波校正裝置，利用該數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程獲得任意參數(shù)在常溫條件下的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)，即獲得針對(duì)具體參數(shù)下常溫時(shí)下的CVT幅頻曲線和相頻曲線；然后，利用溫度傳感器所測(cè)得的CVT運(yùn)行環(huán)境溫度，通過(guò)在離線條件下獲得的因溫度變化引起的等效電路參數(shù)偏移量的計(jì)算，獲得CVT幅頻曲線和相頻曲線隨溫度變化的修正曲線，實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT諧波含量的精確修正測(cè)量。問(wèn)題解決為了達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種基于插值法的電容式電壓互感器諧波電壓精準(zhǔn)測(cè)量方法，包括以下步驟：S1：根據(jù)電容式電壓互感器的等效電路模型，計(jì)算獲得不同主電容參數(shù)值組合情況下滿足基波測(cè)量精準(zhǔn)度要求的等效電路結(jié)構(gòu)參數(shù)；S2：由S1中得到的等效電路結(jié)構(gòu)參數(shù)，離線計(jì)算不同主電容值組合下電容式電壓互感器在常溫下的各次諧波的網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)校正系數(shù)，即：相對(duì)于由二次側(cè)輸出獲得的基本幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線的校正系數(shù)；S3：考慮電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)因制造時(shí)參數(shù)的差異性，由其銘牌參數(shù)利用二維線性插值的方法得到實(shí)際待校正電容式電壓互感器在常溫下在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合及不同溫度下各次諧波電壓的傳遞特性的校正系數(shù)，進(jìn)而由二次側(cè)輸出信號(hào)的快速傅立葉變換結(jié)果得到常溫下一次側(cè)各次諧波電壓信號(hào)的校正值；S4：通過(guò)溫度的測(cè)量，利用一維線性插值的方法實(shí)現(xiàn)在不同溫度條件下對(duì)電壓諧波的精準(zhǔn)校正測(cè)量；所述步驟S1的具體過(guò)程是：根據(jù)電容式電壓互感器生產(chǎn)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)GB/T4703-2001要求電容分壓器應(yīng)符合耦合電容器及電容分壓器標(biāo)準(zhǔn)JB/T8169-1999的規(guī)定：在電容分壓器分壓電容單元的選擇時(shí)，任何一個(gè)串聯(lián)電容器單元的實(shí)測(cè)值與標(biāo)稱(chēng)值之差應(yīng)不超過(guò)標(biāo)稱(chēng)值的-5％～+10％，且相串聯(lián)的任意兩電容器單元實(shí)測(cè)電容值的比值與這兩單元的額定電容之比值之差應(yīng)不大于后一比值的5％，確定電容式電壓互感器的高壓電容C1和中壓電容C2的變化范圍；并在這個(gè)變化范圍內(nèi)將C1和C2分別用等差數(shù)列的形式形成數(shù)列，以組合的方式劃分成不同的C1和C2的組合；在保證基波傳變精度的前提下，由上述已知的高壓電容C1、中壓電容C2的各個(gè)組合，利用電容式電壓互感器在基波條件下是處于諧振測(cè)量狀態(tài)的原理，計(jì)算得到中間電抗器的理論電感值LS，并考慮到電容式電壓互感器的生產(chǎn)制造特點(diǎn)，將1.005LS設(shè)置為補(bǔ)償電抗器的作為實(shí)際電感值參數(shù)；雜散電容、阻尼回路和負(fù)載參數(shù)均按常規(guī)和額定運(yùn)行參數(shù)設(shè)置；從而獲得在不同具體參數(shù)下的電容式電壓互感器的等效電路模型。進(jìn)一步地，所述步驟S2的具體過(guò)程是：根據(jù)所述的C1和C2的組合，通過(guò)步驟S1中得到的參數(shù)配置，利用仿真方法離線計(jì)算電容式電壓互感器不同主電容值參數(shù)組合在常溫標(biāo)稱(chēng)參數(shù)條件下，各次諧波傳變相對(duì)于基本變比-頻率響應(yīng)曲線和相移-頻率響應(yīng)曲線的校正系數(shù)，通過(guò)曲線擬合的方法獲得各次諧波在不同參數(shù)組合條件下的頻率響應(yīng)校正系數(shù)曲面圖。進(jìn)一步地，步驟S3中考慮電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)因制造時(shí)參數(shù)的差異性，得到實(shí)際待校正電容式電壓互感器在常溫下各次諧波電壓的傳遞特性校正系數(shù)的過(guò)程是：1)、根據(jù)電容式電壓互感器的銘牌參數(shù)額定電容C1和實(shí)測(cè)分壓比k，由計(jì)算公式：和C2＝kCN，計(jì)算出電容式電壓互感器的高壓電容C1和中壓電容C2；2)、在給定參數(shù)條件下，利用二維線性插值的方法計(jì)算獲得各次諧波電壓的傳變變比值kh和相位偏移值的值，假設(shè)C1、C2的實(shí)際值落在由(C1(1),C2(1),kh1)、(C1(2),C2(1),kh2)、(C1(1),C2(2),kh3)、(C1(2),C2(2),kh4)構(gòu)成的計(jì)算空間，其中，第h次諧波在取值范圍四個(gè)頂點(diǎn)的電壓的傳變變比值用khi表示，第h次諧波在取值范圍四個(gè)頂點(diǎn)的相位偏移用表示，則kh、的計(jì)算公式為：其中，3)、由電容式電壓互感器二次側(cè)輸出的采樣值，利用快速傅里葉變換及其校正插值算法計(jì)算獲得一次側(cè)經(jīng)電容式電壓互感器(CVT)傳變后的二次側(cè)輸出的各次諧波的幅值Ush和相位值4)、根據(jù)二次側(cè)諧波電壓的數(shù)值以及得到的諧波傳變變比及相位偏移數(shù)值，計(jì)算出一次側(cè)的諧波電壓在常溫情況下的實(shí)際校正電壓值Uhc和相位值Φhc，其計(jì)算公式為：進(jìn)一步地，所述步驟S4中利用數(shù)學(xué)插值的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)任意溫度條件下電壓諧波的精準(zhǔn)測(cè)量的具體過(guò)程是：1)、根據(jù)所述的利用二維線性插值的方法可獲得任意電容式電壓互感器的高壓電容C1和中壓電容C2參數(shù)組合、常溫情況下的各次諧波實(shí)際校正電壓值Uhc和相位值Φhc；2)、通過(guò)對(duì)溫度變化時(shí)，等效電路各參數(shù)隨溫度變化后對(duì)傳遞特性的影響的離線仿真計(jì)算得到的各次諧波參數(shù)隨溫度變化曲線，由測(cè)得的電容式電壓互感器實(shí)際運(yùn)行溫度獲得各次諧波電壓的傳變變比和相位的溫度校正系數(shù)λhb和λhx；3)、由常溫情況下的實(shí)際電壓值Uhc和相位值Φhc，利用溫度校正系數(shù)λhb和λhx數(shù)值，計(jì)算出一次側(cè)的諧波電壓在任意運(yùn)行溫度下的實(shí)際電壓值Uht和相位值Φht，其計(jì)算公式為：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明方法利用曲線擬合的方法，在離線條件下獲得不同參數(shù)組合條件下的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，再針對(duì)具體的CVT裝置，采用人機(jī)對(duì)話的方式將其銘牌參