电容式电压互感器暂态误差数字校正方法技术

一种电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法，该方法可使电容式电压互感器在一次输入电压突然下降时的二次输出误差下降到２％左右，为使用电容式电压互感器输出信号的快速继电保护、故障测距装置提供能准确、快速跟踪输入电压变化的电压信号的数字校正方法。其基本原理是将电容式电压互感器看作是一个时不变传输网络，其二次输出电压和一次输入电压之间必然存在某种对应关系，在采集得到二次电压输出值的基础上，可根据其对应关系推求出一次电压波形从而可以消除电容式电压互感器的暂态误差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统继电保护
，特别是涉及一种电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法。
技术介绍
电容式电压互感器内部有很大的电感和电容等储能元件，当其输入侧电压由于系统短路而突然下降时，其输出电压不能立即响应输入电压的变化，导致连接在其输出侧上的快速继电保护装置、故障测距装置等错误动作。电容式电压互感器暂态误差的调整和控制，目前只能靠制造厂家通过实验或仿真调整电容式电压互感器内部参数，使其暂态误差满足相关国家标准，即在额定电压下输入端电压为零(即输入端短路)后，电容式电压互感器输出电压在额定的一个周期内衰减到短路前电压峰值的10％以下。由于减少暂态误差的幅度与缩短暂态输出的过程是相矛盾的，并且电容式电压互感器内部参数还受正常状态精度、抑制铁磁谐振等因素的影响，因而使得靠改变电容式电压互感器内部参数来消除暂态误差的方法十分困难。电容式电压互感器的暂态误差虽然能通过电容式电压互感器内部参数的调整而使误差控制在10％内，但这一误差控制仍不能确保快速继电保护装置的正确动作。由于电容式电压互感器制造厂家未能将其暂态误差控制在较低水平，用户在使用时不得不采取相关补救措施。如《西安交通大学学报》(自科版)2003年4期公开的《电容式电压互感器暂态特性对距离保护影响的研究》中曾提出采用距离保护I段的反时限特性来防止暂态超越的方法，但这种方法存在一定的局限性，且不能适应其它原理的继电保护装置。综上所述，电力系统高压和超高压输电网络中广泛使用电容式电压互感器作为传感器采集高压系统的电压信号。当它的原始输入信号由于输电网络自身原因而突然下降时，电容式电压互感器的输出不能迅速跟踪其输入的变化，误差最高可达20％以上，可能导致使用该信号的电力系统继电保护和故障测距装置不正常工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法，该方法可使电容式电压互感器在一次输入电压突然下降时的二次输出误差下降到2％左右，为使用电容式电压互感器输出信号的快速继电保护、故障测距装置提供一种能准确、快速跟踪输入电压变化的电压信号的数字校正方法。本专利技术提供的电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法，可通过以下方法来加以实现(1)建立电容式电压互感器的等值电路模型；(2)根据等值电路，建立电容式电压互感器的数学模型；i2R2+L2di2dt=U2]]>WdψUdt=U2iU=f(ψU)]]>LfdiLfdt=UCfCfdUCfdt=U2-UCfRf-iLfif=(U2-UCf)/Rf]]>i1=i2+if+iUU1=1Ce∫0ti1dt+L1di1dt+R1i1+U2]]>(3)用叠加原理求解一阶微分方程组的初始值，初始值如下Ψu(0)＝0，iU(0)＝0，iL(0)＝0，i2(0)＝0(4)用改进欧拉法求解一阶微分方程，其求解方式如下i2(k)＝{AU+(Δt/2)-}/iU(k)＝(1/LU){AU+(Δt/2)}+iU(0)iLfp(k)=iLf(k-1)+(Δt/Lf)UCf(k-1)UCfp(k)=UCf(k-1)+(Δt/Cf){/Rf-iLf(k-1)}iLfc(k)=iLf(k-1)+(Δt/Lf)UCfp(k)UCfc(k)=UCf(k-1)+(Δt/Cf){/Rf-iLfp(k-1)}iLf(k)=/2UCf(k)=/2if(k)=/Rf]]>i1(k)＝i2(k)+iU(k)+if(k)U1(k)＝(1/Ce){Ai1+(Δt/2)}+(L1/Δt) Ai1=(Δt/2)Σi=1k-1Ai2=(Δt/2)Σi=1k-1AU=(Δt/2)Σi=1k-1]]>对以上方程式中的U2、U1进行叠加原理处理，求解上述方程式即可计算出U1(k)值，U1(k)值反映电容式电压互感器的一次电压波形，U1(k)乘以电压变换系数(C1+C2)/C1即得到反映电力系统一次电压变化的电压信号，将得到的电压信号再除以中间变压器变比系数NPT即可得到电容式电压互感器经过校正的二次电压值。所述的，其特征在于，电容式电压互感器可视为一个时不变的二端口传输网络，利用电容式电压互感器一、二次电压之间存在的变换关系，通过数据采集装置获得电容式电压互感器的二次输出电压，再由电容式电压互感器的数学模型所得的电压变换关系推求出一次电压。利用电容式电压互感器的一、二次之间的传输关系，由二次电压采样值推求一次电压值。由于电容式电压互感器的物理模型可准确确定，且其参数不随时间改变，其输出与输入之间有固定对应关系，因而可通过其输出的电压信号推求其输入电压信号，从而可真实反映一次电压的变化。附图说明图1为信号处理流程图。图2为电容式电压互感器原理结构图。图3为电容式电压互感器等效电路图。图4为连接框图。图5为电容式电压互感器实例模型图。图6为电容式电压互感器测试波形图。具体实施例方式以下结合附图对作进一步描述在附图1中，一次电压信号输给电容式电压互感器，经电容式电压互感器电压变换后，其输出信号为未经校正的二次电压输出值，其校正方法为未经校正的二次电压输出值经信号采样得到二次电压采样值，再计算其电压变化量，并保存二次电压采样值和电压变化量；将电压变化量带入数学模型，运用改经欧拉法求解由数学模型得到的一阶微分方程组，再将求解结果和存储的稳态电压值相加，并将相加结果除以中间变压器变比N得到经过校正的电压输出信号；校正后的电压信号可作为微机保护和故障测距装置的输入电压信号。在附图2中，C1和C2为分压电容；L为补偿电抗器；PT为变比为N的中间变压器；Zf为铁磁谐振抑制回路(阻尼器)；Z2为负载阻抗；U为一次系统电压。在附图3中，Ce＝C1+C2，U1＝U，L1为L与中间变压器(PT)的原边漏电感之和，R1为PT原边等效电阻，Lμ为中间变压器激磁支路电感，Lf、Cf、Rf为铁磁谐振抑制回路参数，L2、R2为负载参数，U2为电容式电压互感器的二次输出电压，本方法可作以下假设1)不考虑中间变压器铁芯损耗及铁磁谐振抑制回路电感线圈电阻；2)中间变压器二次侧参数按其变比折算至中间变压器的原边。电容式电压互感器的数学模型表达式如下i2R2+L2di2dt=U2]]>①；WdψUdt=U2iU=f(ψU)]]>②；LfdiLfdt=UCfCfdUCfdt=U2-UCfRf-iLfif=(U2-UCf)/Rf]]>③；i1=i2+if+iUU1=1Ce∫01i1dt+L1di1dt+R1i1+U2]]>④。在方程式①～④中，W为中间变压器的原边匝数，f(Ψu)为中间变压器的励磁特性方程。在正弦稳态情况下，上述方程组可以由一组向量方程代替，U2与U1成比例对应关系；但在电容式电压互感器一次输入发生突变时，上述方程式表达了电容式电压互感器输出电压与输入电压之间的对应关系。继电保护装置和电力系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容式电压互感器暂态误差的数字校正方法，该方法包括以下步骤：（１）建立电容式电压互感器的等值电路模型；（２）根据等值电路，建立电容式电压互感器的数学模型；ｉ↓［２］Ｒ↓［２］＋Ｌ↓［２］ｄｉ↓［２］／ｄｔ＝Ｕ↓［ ２］＊＊＊（３）用叠加原理求解一阶微分方程组的初始值，初始值如下：Ψ↓［ｕ］（０）＝０，ｉ↓［Ｕ］（０）＝０，ｉ↓［Ｌ］（０）＝０，ｉ↓［２］（０）＝０（４）用改进欧拉法求解一阶微分方程，其求解方式如下： ｉ↓［２］（ｋ）＝｛Ａ↓［Ｕ］＋（Δｔ／２）［Ｕ↓［２］（ｋ）＋Ｕ↓［２］（ｋ－１）］－［Ａ↓［ｉ２］Ｒ↓［２］＋Ｒ↓［２］（Δｔ／２）ｉ↓［２］（ｋ－１）－Ｌ↓［２］ｉ↓［２］（０）］｝／［Ｌ↓［２］＋（Δｔ／２）Ｒ↓［２］］ｉ↓ ［Ｕ］（ｋ）＝（１／Ｌ↓［Ｕ］）｛Ａ↓［Ｕ］＋（Δｔ／２）［Ｕ↓［２］（ｋ）＋Ｕ↓［２］（ｋ－１）］｝＋ｉ↓［Ｕ］（０）＊＊＊ｉ↓［１］（ｋ）＝ｉ↓［２］（ｋ）＋ｉ↓［Ｕ］（ｋ）＋ｉ↓［ｆ］（ｋ）Ｕ↓［１］（ｋ）＝（ １／Ｃ↓［ｅ］）｛Ａ↓［ｉ１］＋（Δｔ／２）［ｉ↓［１］（ｋ）＋ｉ↓［１］（ｋ－１）］｝＋（Ｌ↓［１］／Δｔ）［ｉ↓［１］（ｋ）－ｉ↓［１］（ｋ－１）＋Ｒ↓［１］ｉ↓［１］（ｋ）＋Ｕ↓［２］（ｋ）］＊＊＊对以上方程式中的Ｕ↓ ［２］、Ｕ↓［１］进行叠加原理处理，求解上述方程式即可计算出Ｕ↓［１］（ｋ）值，Ｕ↓［１］（ｋ）值反映电容式电压互感器的一次电压波形，Ｕ↓［１］（ｋ）乘以电压变换系数（Ｃ↓［１］＋Ｃ↓［２］）／Ｃ↓［１］即得到反映电力系统一次电压变化的电压信号，将得到的电压信号再除以中间变压器变比系数Ｎ↓［ＰＴ］即可得到电容式电压互感器经过校正的二次电压值。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：熊小伏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]