一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统，采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；根据杂散电容参数列写电容网络矩阵，并根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后，电压互感器中电容分压器的实际变比；根据杂散电容后的分压器的实际变比，确定杂散电容引起的附加误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统
本专利技术属于变电站自动化
，具体涉及一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统。
技术介绍
直流输电系统中直流电压互感器是不可缺少的主设备，承担着电能计量、电量监测、继保信号传送等的重要作用。目前现有直流电压互感器，主体是一系列电阻元件串联而成的电阻分压器构成。为了防止直流电阻分压器受各种暂态过电压(包括雷电过电压)的影响，通常在电阻分压器上，并联电容分压器，从而构成阻容并联分压器。见图1直流电压互感器原理图。根据电压等级的不同，组成的电阻分压器和电容分压器级数不同。以图1为例，最下端的一级称之为低压臂(R2，C2)，之上若干级构成高压臂(R1，C1)。其中高压臂中的测量电阻R1＝R11+R12+...+R1n，高压臂的测量电容C1＝C11∥C12∥...∥C1n。一次电压U1作用于高压臂，低压臂输出电压Un用于连接二次系统。直流电压互感器内部的主电路采用阻容并联拓扑结构，阻容并联分压器包括N个依次串联的阻容并联单元，所述阻容并联单元由测量电容元件和测量电阻元件并联组成。影响直流电压互感器高频电压信号测量准确度的因素有很多，包括电容值偏差、频率变化、温度变化带来的固有误差，也包括由杂散电容引起的附加误差。其中，杂散电容带来的附加误差是由于周围接地体或带电体与互感器之间存在杂散电容，导致互感器的实际分压比与理想分压比偏离，从而使准确度降低。且随着电压等级的增高，杂散电容引起的附加误差增大，有文献指出，1000kV电压互感器实际运行时，杂散电容带来的附加误差达0.3％，对准确度的影响不容忽略。杂散电容产生的附加误差对于电压互感器的影响不可忽略，在高电压等级下该附加误差的影响更为显著。由于缺乏相关的理论研究，在减少杂散电容附加误差进而提高电压互感器准确度方面尚未出现有效的手段，仅存一些现场修正的试验方法或近似的理论，尚未有系统的方法进行深入研究。综上所述，分析杂散电容对电压互感器准确度的影响对研制高精度、高电压等级电压的设计具有重要意义。
技术实现思路
为了弥补上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统，可以定量地研究杂散电容对电压互感器测量精度的影响，进而为电压互感器电气参数的设计提供指导，辅助更高精度、更高电压等级电压互感器的研究设计。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：一种基于电压互感器的附加误差分析方法，所述方法包括：采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；根据所述杂散电容参数列写电容网络矩阵，并根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后，电压互感器中电容分压器的实际变比；根据杂散电容后的分压器的实际变比，确定杂散电容引起的附加误差。优选的，所述电容网络矩阵的预先建立包括：将所有电容器的电介质储能和工作势能之和定义为电容网络矩阵总势能；采用瑞利里兹法，基于电容网络矩阵总势能建立电容网络矩阵，以确定所述矩阵的元素表达式。进一步地，通过下式确定电容网络矩阵总势能：式中，Π为电容网络矩阵总势能；为电容器的电介质储能；为电容器的工作势能；为导体i、j的电位，为的电位差，cij为导体i、j之间的杂散电容；qi为导体i的电荷量；其中，所述包括如下表达式：进一步地，所述电容网络矩阵如下式：式中，表示电位，q表示电荷量，Kn×n为电容网络矩阵；其中，所述K中的每一个元素，可表示为：式中，Kij表示电容网络矩阵Kn×n的元素。进一步地，所述采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取包括：在ANSYS静电场环境下建立电压互感器仿真模型，包括电容分压器本体和邻近带电设备；使得电压互感器仿真模型与电压互感器实际工作环境保持一致，获取仿真模型中的导体总数，并对每一个导体进行编号；对依次编号的导体赋电位，令导体j赋电位1，其余导体赋电位0；采用模拟电荷法，基于电容网络矩阵的元素表达式，计算各导体间的电位系数矩阵；通过求解电位系数矩阵的逆矩阵，获得电容分压器的杂散电容参数。进一步地，所述获取仿真模型中的导体总数，并对每一个导体进行编号包括：将电容分压器划分为若干个单元，所述单元按照电容分压器法兰顺序连接；将法兰和与所述法兰等电位的均压环作为一组导体编号；接地导体和大地共同为导体0。进一步地，通过下式确定各导体间的电位系数矩阵：式中，cij为导体i、j之间的杂散电容，ci0为第i个导体到无穷远处边界的电容。进一步地，所述列写电容网络矩阵，包括：令完整的电容矩阵C0为n×n矩阵，利用和C0，计算考虑杂散电容后的电容网络矩阵；根据考虑杂散电容后的，确定电容网络中各导体间电位的关系：定义边界条件，将所述边界条件带入电容网络中各导体间电位的关系式中，获得列写后的电容网络矩阵。进一步地，通过下式确定所述电压互感器电容网络中各导体间电位的关系：式中，K0表示考虑杂散电容后的电容网络矩阵，表示电位，q表示电荷量。进一步地，所述定义边界条件，包括：定义电容网络中，第i个导体为被测电源或者激励源，电位值给定U1的边界条件：定义电容网络中，除第i个导体外的其余导体没有施加激励源，静电荷量qj为0的边界条件：qj＝0(j≠i)。进一步地，通过下式确定列写后的电容网络矩阵：式中，n为电容分压器输出端子，为n的电位。进一步地，所述根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后电压互感器中电容分压器的实际变比包括：利用高斯消去法消去被测电源i、电容分压器输出端子n外所有的节点，则得到考虑杂散电容邻近效应后电压互感器中电容分压器的实际变比M’：Un＝M′U1。进一步地，所述附加误差为所述实际变比M’与理想变比M的偏差。一种基于电压互感器的附加误差分析系统，所述系统包括：提取模块，用于采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；计算模块，用于根据杂散电容参数列写电容网络矩阵，并根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后，电压互感器中电容分压器的实际变比；确定模块，用于根据杂散电容后的分压器的实际变比，确定杂散电容引起的附加误差。优选的，所述提取模块包括：定义单元，用于将所有电容器的电介质储能和工作势能之和定义为电容网络矩阵总势能；第一建立单元，用于采用瑞利里兹法，基于电容网络矩阵总势能建立电容网络矩阵，以确定所述矩阵的元素表达式；第二建立单元，用于在ANSYS静电场环境下建立电压互感器仿真模型，包括电容分压器本体和邻近带电设备；处理单元，用于使得电压互感器仿真模型与电压互感器实际工作环境保持一致，获取仿真模型中的导体总数，并对每一个导体进行编号；赋值单元，用于对依次编号的导体赋电位，令导体j赋电位1，其余导体赋电位0；计算单元，用于采用模拟电荷法，基于电容网络矩阵的元素表达式，计算各导体间的电位系数矩阵；获取单元，用于通过求解电位系数矩阵的逆矩阵，获得电容分压器的杂散电容参数。与最接近的现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提出的一种基于电压互感器的附加误差分析方法及系统，实现了杂散电容对电压互感器精度影响的定量分析。首先采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；场路结合的方法可以准确地提取出电压互感器空间杂散电容分布。利用该方法可以定量地研究杂散电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电压互感器的附加误差分析方法，其特征在于，所述方法包括：采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；根据所述杂散电容参数列写电容网络矩阵，并根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后，电压互感器中电容分压器的实际变比；根据杂散电容后的分压器的实际变比，确定杂散电容引起的附加误差。

【技术特征摘要】
1.一种基于电压互感器的附加误差分析方法，其特征在于，所述方法包括：采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取；根据所述杂散电容参数列写电容网络矩阵，并根据列写后的电容网络矩阵，计算杂散电容邻近效应后，电压互感器中电容分压器的实际变比；根据杂散电容后的分压器的实际变比，确定杂散电容引起的附加误差。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述电容网络矩阵的预先建立包括：将所有电容器的电介质储能和工作势能之和定义为电容网络矩阵总势能；采用瑞利里兹法，基于电容网络矩阵总势能建立电容网络矩阵，以确定所述矩阵的元素表达式。3.如权利要求2所述方法，其特征在于，通过下式确定电容网络矩阵总势能：式中，Π为电容网络矩阵总势能；为电容器的电介质储能；为电容器的工作势能；为导体i、j的电位，为的电位差，cij为导体i、j之间的杂散电容；qi为导体i的电荷量；其中，所述包括如下表达式：4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述电容网络矩阵如下式：式中，表示电位，q表示电荷量，Kn×n为电容网络矩阵；其中，所述K中的每一个元素，可表示为：式中，Kij表示电容网络矩阵Kn×n的元素。5.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述采用场分析方法，对预先建立的电容网络矩阵中的杂散电容参数进行提取包括：在ANSYS静电场环境下建立电压互感器仿真模型，包括电容分压器本体和邻近带电设备；使得电压互感器仿真模型与电压互感器实际工作环境保持一致，获取仿真模型中的导体总数，并对每一个导体进行编号；对依次编号的导体赋电位，令导体j赋电位1，其余导体赋电位0；采用模拟电荷法，基于电容网络矩阵的元素表达式，计算各导体间的电位系数矩阵；通过求解电位系数矩阵的逆矩阵，获得电容分压器的杂散电容参数。6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述获取仿真模型中的导体总数，并对每一个导体进行编号包括：将电容分压器划分为若干个单元，所述单元按照电容分压器法兰顺序连接；将法兰和与所述法兰等电位的均压环作为一组导体编号；接地导体和大地共同为导体0。7.如权利要求5所述方法，其特征在于，通过下式确定各导体间的电位系数矩阵：式中，cij为导体i、j之间的杂散电容，ci0为第i个导体到无穷远处边界的电容。8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述列写电容网络矩阵，包括：令完整的电容矩阵C0为n×n矩阵，利用和C0，计算考虑杂散电容后的电容网络矩阵；根据考虑杂散电容后的，确定电容网络...

【专利技术属性】
技术研发人员：董巍，高冲，周建辉，庞辉，陈贤顺，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11