分布参数电力传输线路的模拟电路制造技术

技术编号:15618381 阅读:279 留言:0更新日期:2017-06-14 03:58
本实用新型专利技术涉及一种分布参数电力传输线路的模拟电路,包括集中电阻、戴维南等值模块、等值电压计算模块;其中戴维南等值模块包括第一运算放大器;等值电压计算模块包括第二运算放大器,输出端电压依次经模数转换模块、先进先出队列模块、数模转换模块后输出到传输线对端的第一运算放大器的反相输入端。本实用新型专利技术通过对电路结构的优化,减少了所用元器件数量,节省了实施成本。同时给出了所提出的实现电路中元件的参数计算公式,利用原始线路的传播延时、等效电阻、单位长度的电感和电容参数,可以方便地确定出电路中的元件参数。

【技术实现步骤摘要】
分布参数电力传输线路的模拟电路
本技术涉及一种分布式电力传输线的模拟技术,具体涉及一种分布参数电力传输线路的模拟电路。
技术介绍
电力系统动态模拟仿真技术主要采用全物理的动态模拟装置,由按比例缩小的旋转发电机、电动机、变压器、线路等元件构成,是研究电力系统行为特性的基础手段和主要研究工具。动态模拟技术的优点是能够比较精确地反映物理现象,适合于对原始物理现象和系统特性的研究,及对继电保护和自动控制等装置的试验研究等。暂态网络分析仪主要侧重于电力系统中各种快速电磁暂态现象的研究,是研究电磁暂态现象的主要工具之一,能比较精确地模拟电力系统中各元件的电磁暂态过程,主要用于电力系统过电压研究、故障暂态研究和控制暂态研究。通过将电力系统模拟仿真模型与数字仿真设备混合使用,可以形成功能更加强大,使用更加灵活方便的数模混合系统,可以对更大规模的电力系统进行精确建模和仿真分析。由于传输线在电力传输系统中的核心作用,其对电力系统的特性有着巨大的影响;如何在电力系统动态模拟仿真和暂态网络分析仪技术中实现和精确模拟实际电力系统中各种线路的特性是非常重要的。在电力系统传输线的各种特性中,分布参数特性和频率相关特性是两个比较显著并重要的特性,其模拟的准确性,对于电力系统(尤其是高压直流输电系统)的动态特性模拟起着至关重要的作用。电力系统电力传输线是典型的分布参数电路,在涉及电力传输线的相关研究中,经常需要考虑其参数的分布特性的所造成的影响。分布参数电路是必须考虑电路元件参数分布性的电路,参数的分布性指电路中的电压和电流不但是时间的函数,同时也是位置的函数,在电路中同一瞬间相邻两点的电位和电流都不相同。在电力系统中,传输线(尤其是高电压远距离的电力传输线)是典型的分布参数电路,因为这种电路虽然电压、电流的频率很低(50Hz),波长很长(6000公里),但其长度却达数百公里甚至几千公里,已可与波长相比拟,因此线路的分布参数效应是不能忽略的。如果关注频率更高的谐波特性,则即使对于距离较短的线路,也需要准确模拟线路分布参数效应所带来的影响。
技术实现思路
针对上述问题,本技术提供一种可用于电力系统动态模拟仿真、暂态网络分析仪、电磁暂态仿真、电路分析和仿真等领域的分布参数电力传输线路的模拟电路。为解决上述问题,本专利技术采取的技术方案为:分布参数电力传输线路的模拟电路,包括集中电阻、戴维南等值模块、等值电压计算模块;其中戴维南等值模块包括第一运算放大器,第一运算放大器的同相输入端接地,其反相输入端经输入电阻接电力传输线对端的等值电压计算模块所输出的电压,其反相输入端经第一反馈电阻接至第一运算放大器的输出端,其输出端通过特征阻抗连接到模拟线路分布式电阻的集中电阻;等值电压计算模块包括第二运算放大器,其同相输入端经第二电阻接至第一运算放大器的输出端与特征阻抗之间,其反相输入端经第一电阻接至特征阻抗与集中电阻之间,其同相输入端和反相输入端分别经第一接地电阻和第二接地电阻接地,反相输入端经第二反馈电阻接至第二运算放大器的输出端,输出端电压依次经模数转换模块、先进先出队列模块、数模转换模块后输出到传输线对端的第一运算放大器的反相输入端。戴维南等值模块使用负反馈连接的第一运算放大器构成反相闭环放大器,实现对线路戴维南等值电压的模拟,等值电压计算模块使用加减法运算放大器电路对本端的电压和电流进行加减运算,从而得到当前时刻对端的戴维南等值电压,使用模数转换模块、先进先出队列模块和数模转换模块的级联连接实现对戴维南等值电压的延时,延时的时间可以通过先进先出队列模块的长度精确控制。集中电阻阻值为电力传输线路等效电阻的一半。第一反馈电阻阻值等于输入电阻的阻值。第二反馈电阻阻值等于第二电阻阻值且为第一电阻阻值的二倍。特征阻抗阻值由电力传输线单位长度线路的电感值和电容值的比值开方得到。本技术给出了一种较简单的电路结构,用于模拟电力传输线的分布式参数效应,其通过对常用模拟和数字电路元件的有机结合,可以实现对任意传播延时的电力传输线的分布参数效应进行准确模拟。为了模拟电力传输线路的分布参数效应,本专利提出一种新的电路结构,使用电阻、运算放大器、模/数、数/模和先进先出队列这些常用的模拟和数字电路元件,实现了对任意传播延时的电力传输线路分布参数效应的准确模拟。通过对电路结构的优化,减少了所用元器件数量,节省了实施成本。本专利同时给出了所提出的实现电路中元件的参数计算公式,利用原始线路的传播延时、等效电阻、单位长度的电感和电容参数,可以方便地确定出电路中的元件参数。附图说明图1模拟电力传输线分布式参数效应的电路结构图。具体实施方式本专利提出一种新的电路结构,使用电阻、运算放大器、模/数、数/模和先进先出队列这些常用的模拟和数字电路元件,实现了对任意传播延时的分布参数线路进行准确模拟;并且通过优化电路结构,减少了所用元件数量,节省了实施成本。为了便于描述,以单根导体为例进行介绍,对于多根导体的情况,可以进行类似的扩展。单根导体时,用于实现电力传输线路分布参数效应的电路结构如图1所示。整个传输线分为A端和B端两部分,由于线路本身的对称性,A端和B端实现的结构是类似的,下面以A端为例进行详细介绍。分布参数电力传输线路的模拟电路,如图1所示,A端模拟电路结构包括集中电阻、戴维南等值模块、等值电压计算模块。其中戴维南等值模块包括第一运算放大器,第一运算放大器的同相输入端接地,其反相输入端经输入电阻Rin接电力传输线的B端等值电压计算模块所输出的电压,其反相输入端经第一反馈电阻Rf1接至第一运算放大器的输出端,其输出端通过特征阻抗Rc连接到模拟线路分布式电阻的集中电阻R/2;R为电力传输线路的等效电阻,集中电阻阻值为电力传输线路等效电阻的一半。特征阻抗可以由电力传输线单位长度线路的电感L和电容C得到。负反馈连接的运算放大器可以提供极大的输入阻抗和极小的输出阻抗,提供了一个理想的戴维南等值电压实现方式;其中第一反馈电阻阻值等于输入电阻的阻值,满足Rf=Rin,从而构成一个反相闭环放大器,因此其输出电压Vo和输入电压Vin之间的关系满足Vo=-Vin。等值电压计算模块包括第二运算放大器,其同相输入端经第二电阻R2接至第一运算放大器的输出端与特征阻抗Rc之间,其反相输入端经第一电阻R1接至特征阻抗Rc与集中电阻R/2之间,其同相输入端和反相输入端分别经第一接地电阻Rp和第二接地电阻Rn接地,反相输入端经第二反馈电阻Rf2接至第二运算放大器的输出端,输出端电压依次经模数转换模块、先进先出队列模块、数模转换模块后输出到传输线对端的第一运算放大器的反相输入端。第二运算放大器外围的电阻参数满足如下的关系:因此运算放大器的输出Vo为经过延迟后恰好为对端所需要的用来线路分布式参数效应的戴维南等值电压;同时负反馈连接的运算放大器可以提供极大的输入阻抗和极小的输出阻抗,从而不会影响到测点的电压V1和V2,并为数/模转换模块提供理想的输出电压。数/模模块及模/模模块使用相同的采样频率,并根据所模拟的电压和电流的最高频率来确定其采样频率。先进先出队列的长度则由根据电力传输线路的传播延时和数/模及模/模模块的采样频率决定。本文档来自技高网
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分布参数电力传输线路的模拟电路

【技术保护点】
分布参数电力传输线路的模拟电路,其特征在于:包括集中电阻、戴维南等值模块、等值电压计算模块;其中戴维南等值模块包括第一运算放大器,第一运算放大器的同相输入端接地,其反相输入端经输入电阻接电力传输线对端的等值电压计算模块所输出的电压,其反相输入端经第一反馈电阻接至第一运算放大器的输出端,其输出端通过特征阻抗连接到模拟线路分布式电阻的集中电阻;等值电压计算模块包括第二运算放大器,其同相输入端经第二电阻接至第一运算放大器的输出端与特征阻抗之间,其反相输入端经第一电阻接至特征阻抗与集中电阻之间,其同相输入端和反相输入端分别经第一接地电阻和第二接地电阻接地,反相输入端经第二反馈电阻接至第二运算放大器的输出端,输出端电压依次经模数转换模块、先进先出队列模块、数模转换模块后输出到传输线对端的第一运算放大器的反相输入端。

【技术特征摘要】
1.分布参数电力传输线路的模拟电路,其特征在于:包括集中电阻、戴维南等值模块、等值电压计算模块;其中戴维南等值模块包括第一运算放大器,第一运算放大器的同相输入端接地,其反相输入端经输入电阻接电力传输线对端的等值电压计算模块所输出的电压,其反相输入端经第一反馈电阻接至第一运算放大器的输出端,其输出端通过特征阻抗连接到模拟线路分布式电阻的集中电阻;等值电压计算模块包括第二运算放大器,其同相输入端经第二电阻接至第一运算放大器的输出端与特征阻抗之间,其反相输入端经第一电阻接至特征阻抗与集中电阻之间,其同相输入端和反相输入端分别经第一接地电阻和第二接地电阻接地,反相输入端经第二反馈电阻接至第二运算放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员:周保荣熊卿涂亮张野范圣韬张庆华
申请(专利权)人:南方电网科学研究院有限责任公司积成电子股份有限公司
类型:新型
国别省市:广东,44

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