一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置及测量方法，谐波电压测量装置包括：电容式电压互感器、电压修正单元、采集单元、预处理单元和应用处理单元，只需要采集电容式电压互感器的低压电容接地电流以及其二次侧电压，根据低压电容接地电流的谐波含有率即能够较准确地得到一次侧的谐波电压含有率，结合二次侧的基波电压即可得到电容式电压互感器一次侧的谐波电压，且本发明专利技术还增加了电压修正单元以修正一次侧的谐波电压含有率，从而使一次侧的谐波电压测量更为准确，有利于对谐波的治理，同时能够提高作为计量时的精度。

A harmonic voltage measuring device and method of capacitor voltage transformer

【技术实现步骤摘要】
一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置及测量方法
本专利技术涉及电力电压测量
，尤其涉及一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置及测量方法。
技术介绍
在110kV、220kV及更高的电压等级电网中，主要应用的电压互感器为电容式电压互感器(CapacitorVoltageTransformer，CVT)。在应用CVT的现场中，谐波电压测量结果一般均来源于CVT。然而，由于CVT内部含有的电容单元及电磁单元构成谐振回路，其频率响应只适合额定工频的测量，因此，在基波频率下有准确的变比关系，但对于各次谐波变比一般不能达到基波的准确级要求，且各频率下变比不一。CVT对谐波的传递实际已经发生了非线性的变化，其二次侧谐波电压已经不能按额定变比反应高压侧谐波情况，尽管低压侧谐波测量设备精度可以满足要求，但也只能还原畸变后的CVT二次侧谐波水平导致通过CVT测量得到的电网中各次谐波电压含量及电压总谐波畸变率均存在误差，不能真实地反应电网中实际谐波水平，结果失真，对治理谐波问题和计量准确性问题造成严重影响。
技术实现思路
基于上述现状，本专利技术的主要目的在于提供一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置及测量方法，以解决直接通过CVT测量谐波电压的失真。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的第一方面提供了一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置，包括电容式电压互感器，具有一次侧和二次侧，所述一次侧为输入端，所述二次侧为输出端，所述谐波电压测量装置还包括：电压修正单元，连接于所述电容式电压互感器的一次侧，用于检测所述电容式电压互感器的一次侧各次谐波电压的实际含有率；采集单元，包括电压信号调理电路、电流信号调理电路和模数转换电路，所述电压信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的二次侧电压并将其调整到预设电压范围内；所述电流信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流，并将其调整到预设电流范围内；所述模数转换电路的输入端与所述电压信号调理电路、所述电流信号调理电路的输出端连接，以输出经模数转换的数字电压信号和数字电流信号；预处理单元，与所述模数转换电路的输出端连接，用于对所述数字电流信号进行处理，得到所述低压电容接地电流的基波电流、多个谐波次数和每个谐波次数的谐波电流，并计算每个谐波次数对应的谐波电流的电流含有率，然后计算所述一次侧各次谐波电压的理论含有率；所述预处理单元还用于对所述数字电压信号进行处理得到二次侧基波电压；并存储所述一次侧各次谐波电压的理论含有率与所述二次侧基波电压；应用处理单元，包括控制子模块，所述控制子模块与所述电压修正单元、所述预处理单元均连接，用于控制所述电压修正单元、所述预处理单元、所述采集单元工作，并用于读取所述一次侧各次谐波电压的实际含有率和所述一次侧各次谐波电压的理论含有率，并根据二者对应谐波次数的值计算各次谐波的一次侧谐波电压的修正系数，存储各次谐波的所述修正系数；然后根据所述修正系数和读取的各次谐波的理论含有率以及二次侧基波电压计算得到一次侧谐波电压。优选地，所述电压修正单元与所述控制子模块为可选择连接，以在预设时刻使所述控制子模块能够读取所述一次侧各次谐波电压的实际含有率进行各次谐波对应的所述修正系数的计算。优选地，一次侧各次谐波电压的理论含有率等于对应谐波次数的谐波电流的电流含有率与对应谐波次数的比值；所述一次侧电压的修正系数等于所述一次侧谐波电压的实际含有率与所述一次侧谐波电压的理论含有率的比值；对应于同一谐波次数的所述一次侧谐波电压等于所述二次侧基波电压、所述理论含有率、所述修正系数以及电容式电压互感器的变比的乘积。优选地，所述电压调理电路包括相互连接的电压互感器和对称分布的电压两级放大电路，所述电压互感器与所述二次侧的U端和N端连接，以采集所述二次侧电压；所述电压两级放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。优选地，所述电压互感器包括PT-HWGS-1型号的电压互感器，所述电压两级放大器包括级联的两个运算放大器，各所述运算放大器均为TLC074SM型号的运算放大器。优选地，所述电流调理电路包括相互连接的电流互感器和对称分布的电流两级放大电路，所述电流互感器用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流；所述电流两级放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。优选地，所述电流调理电路还包括反相设置的两个开关二极管，各所述开关二极管并联于所述电流互感器与所述电流两级放大电路之间。优选地，所述电流互感器包括CT-HWGS-9型号的电流互感器；所述电流两级放大电路包括级联的两个运算放大器，各所述运算放大器均为TLC074SM型号的运算放大器；所述开关二极管包括BAV99SM型号的开关二极管。优选地，还包括外部扩展存储器，与所述预处理单元连接，以将所述一次侧谐波电压的理论含有率与所述二次侧基波电压存储至所述外部扩展存储器。优选地，所述外部扩展存储器包括与所述预处理单元连接的双口存储器，所述预处理单元将所述理论含有率与所述二次侧基波电压存储至所述双口存储器，以供所述预处理单元和所述应用处理单元共享所述双口存储器的内部数据。优选地，所述应用处理单元还包括与所述控制子模块连接的通讯子模块；所述谐波电压测量装置还包括网络通讯接口单元，所述通讯子模块与所述网络通讯接口单元连接，所述控制子模块控制所述通讯子模块将所述修正系数、所述理论含有率以及一次侧谐波电压通过所述网络通讯接口单元发送到上位机。优选地，所述谐波电压测量装置还包括辅助功能电路，所述辅助功能电路与所述控制子模块、所述预处理单元均连接，所述控制子模块还用于控制所述辅助电路以实现所述谐波电压测量装置的休眠、唤醒和复位功能。优选地，所述谐波电压测量装置还包括电源与充电电路，所述电源与充电电路与所述应用处理单元连接，所述电源与充电电路用于为所述应用处理单元供电。本专利技术的谐波电压测量装置，只需要采集电容式电压互感器的低压电容接地电流以及其二次侧电压，根据低压电容接地电流的谐波含有率即能够较准确地得到一次侧的谐波电压含有率，结合二次侧的基波电压即可得到电容式电压互感器一次侧的谐波电压，且本专利技术还增加了电压修正单元以修正一次侧的谐波电压含有率，从而使一次侧的谐波电压测量更为准确，有利于对谐波的治理，同时能够提高作为计量时的精度。本专利技术的第二方面提供了一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置，包括电容式电压互感器，具有一次侧和二次侧，所述一次侧为输入端，所述二次侧为输出端，所述谐波电压测量装置还包括：采集单元，包括电压信号调理电路、电流信号调理电路和模数转换电路，所述电压信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的二次侧电压并将其调整到预设电压范围内；所述电流信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流，并将其调整到预设电流范围内；所述模数转换电路的输入端与所述电压信号调理电路、所述电流信号调理电路的输出端连接，以输出经模数转换的数字电压信号和数字电流信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置，包括电容式电压互感器，具有一次侧和二次侧，所述一次侧为输入端，所述二次侧为输出端，其特征在于，所述谐波电压测量装置还包括：/n电压修正单元，连接于所述电容式电压互感器的一次侧，用于检测所述电容式电压互感器的一次侧各次谐波电压的实际含有率；/n采集单元，包括电压信号调理电路、电流信号调理电路和模数转换电路，所述电压信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的二次侧电压并将其调整到预设电压范围内；所述电流信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流，并将其调整到预设电流范围内；所述模数转换电路的输入端与所述电压信号调理电路、所述电流信号调理电路的输出端连接，以输出经模数转换的数字电压信号和数字电流信号；/n预处理单元，与所述模数转换电路的输出端连接，用于对所述数字电流信号进行处理，得到所述低压电容接地电流的基波电流、多个谐波次数和每个谐波次数的谐波电流，并计算每个谐波次数对应的谐波电流的电流含有率，然后计算所述一次侧各次谐波电压的理论含有率；所述预处理单元还用于对所述数字电压信号进行处理得到二次侧基波电压；并存储所述一次侧各次谐波电压的理论含有率与所述二次侧基波电压；/n应用处理单元，包括控制子模块，所述控制子模块与所述电压修正单元、所述预处理单元均连接，用于控制所述电压修正单元、所述预处理单元、所述采集单元工作，并用于读取所述一次侧各次谐波电压的实际含有率和所述一次侧各次谐波电压的理论含有率，并根据二者对应谐波次数的值计算各次谐波的一次侧谐波电压的修正系数，存储各次谐波的所述修正系数；然后根据所述修正系数和读取的各次谐波的理论含有率以及二次侧基波电压计算得到一次侧谐波电压。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电容式电压互感器的谐波电压测量装置，包括电容式电压互感器，具有一次侧和二次侧，所述一次侧为输入端，所述二次侧为输出端，其特征在于，所述谐波电压测量装置还包括：
电压修正单元，连接于所述电容式电压互感器的一次侧，用于检测所述电容式电压互感器的一次侧各次谐波电压的实际含有率；
采集单元，包括电压信号调理电路、电流信号调理电路和模数转换电路，所述电压信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的二次侧电压并将其调整到预设电压范围内；所述电流信号调理电路用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流，并将其调整到预设电流范围内；所述模数转换电路的输入端与所述电压信号调理电路、所述电流信号调理电路的输出端连接，以输出经模数转换的数字电压信号和数字电流信号；
预处理单元，与所述模数转换电路的输出端连接，用于对所述数字电流信号进行处理，得到所述低压电容接地电流的基波电流、多个谐波次数和每个谐波次数的谐波电流，并计算每个谐波次数对应的谐波电流的电流含有率，然后计算所述一次侧各次谐波电压的理论含有率；所述预处理单元还用于对所述数字电压信号进行处理得到二次侧基波电压；并存储所述一次侧各次谐波电压的理论含有率与所述二次侧基波电压；
应用处理单元，包括控制子模块，所述控制子模块与所述电压修正单元、所述预处理单元均连接，用于控制所述电压修正单元、所述预处理单元、所述采集单元工作，并用于读取所述一次侧各次谐波电压的实际含有率和所述一次侧各次谐波电压的理论含有率，并根据二者对应谐波次数的值计算各次谐波的一次侧谐波电压的修正系数，存储各次谐波的所述修正系数；然后根据所述修正系数和读取的各次谐波的理论含有率以及二次侧基波电压计算得到一次侧谐波电压。


2.根据权利要求1所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电压修正单元与所述控制子模块为可选择连接，以在预设时刻使所述控制子模块能够读取所述一次侧各次谐波电压的实际含有率进行各次谐波对应的所述修正系数的计算。


3.根据权利要求2所述的谐波电压测量装置，其特征在于，一次侧各次谐波电压的理论含有率等于对应谐波次数的谐波电流的电流含有率与对应谐波次数的比值；
所述一次侧电压的修正系数等于所述一次侧谐波电压的实际含有率与所述一次侧谐波电压的理论含有率的比值；
对应于同一谐波次数的所述一次侧谐波电压等于所述二次侧基波电压、所述理论含有率、所述修正系数以及电容式电压互感器的变比的乘积。


4.根据权利要求1所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电压调理电路包括相互连接的电压互感器和对称分布的电压两级放大电路，所述电压互感器与所述二次侧的U端和N端连接，以采集所述二次侧电压；所述电压两级放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。


5.根据权利要求4所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电压互感器包括PT-HWGS-1型号的电压互感器，所述电压两级放大器包括级联的两个运算放大器，各所述运算放大器均为TLC074SM型号的运算放大器。


6.根据权利要求1所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电流调理电路包括相互连接的电流互感器和对称分布的电流两级放大电路，所述电流互感器用于采集所述电容式电压互感器的低压电容接地电流；所述电流两级放大电路的输出端与所述模数转换电路的输入端连接。


7.根据权利要求6所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电流调理电路还包括反相设置的两个开关二极管，各所述开关二极管并联于所述电流互感器与所述电流两级放大电路之间。


8.根据权利要求7所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述电流互感器包括CT-HWGS-9型号的电流互感器；所述电流两级放大电路包括级联的两个运算放大器，各所述运算放大器均为TLC074SM型号的运算放大器；所述开关二极管包括BAV99SM型号的开关二极管。


9.根据权利要求1-8任一项所述的谐波电压测量装置，其特征在于，还包括外部扩展存储器，与所述预处理单元连接，以将所述一次侧谐波电压的理论含有率与所述二次侧基波电压存储至所述外部扩展存储器。


10.根据权利要求9所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述外部扩展存储器包括与所述预处理单元连接的双口存储器，所述预处理单元将所述理论含有率与所述二次侧基波电压存储至所述双口存储器，以供所述预处理单元和所述应用处理单元共享所述双口存储器的内部数据。


11.根据权利要求1-8任一项所述的谐波电压测量装置，其特征在于，所述应用处理单元还包括与所述控制子模块连接的通讯子模块；
所述谐波电压测量装置还包括网络通讯接口单元，所述通讯...

【专利技术属性】
技术研发人员：马振国，陈虹，刘绍东，梁锁宽，苏佳华，刘晓康，付强，涂文超，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司常州供电分公司，国网江苏省电力有限公司常州市金坛区供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32