一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法技术

本发明专利技术涉及直流输电系统运维技术领域，具体地说，涉及一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法。构造由上位机、测试主机、直流电压发生器、电压功率放大器几部分组成的测试系统；搭建直流分压器暂态阶跃响应测试回路；进行暂态频率响应测试：小电压控制信号发送；标准与试品同步采集；突变量启动；录波并记录录波时刻；交流分量提取；频率响应测试。本发明专利技术设计可以使测试精度不受任意波形大电压发生器的阶跃响应过程的影响；可以不进行插值计算，保证原有信号的完整性；利用相位法进行频率跟踪，可以消除直流信号对交流信号频率精度的影响；通过加长傅里叶窗的方式，采用普通离散傅里叶变换DFT，可以获得高精度的交流幅值与相位。可以获得高精度的交流幅值与相位。可以获得高精度的交流幅值与相位。

【技术实现步骤摘要】
一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法


[0001]本专利技术涉及直流输电系统运维
，具体地说，涉及一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法。

技术介绍

[0002]直流电压互感器是直流输电系统建设和运行过程中重要的一次设备，为直流控保系统提供了精确可靠的测量信息，其运行可靠性和测量准确性直接关系到直流输电系统的安全稳定运行。现阶段，国内已掌握了直流输电成套设备的设计、试验、调试和生产全系列核心技术，但对直流电子式互感器的研究还相对落后。与直流输电设备相比，直流电子式的国有化进程还比较缓慢，尤其是直流电压互感器目前国产化率还比较低，直流分压器还是以斯尼文特的直流分压器为主，二次部分为了与控制保护配合基本已经国产化，这种功能的分布给现场测试带来了很大的麻烦。近年来各换流站偶尔会出现系统故障时由于直流电压互感器的响应时间过长而造成直流控制保护动作速度变慢而造成事故的情况发生。并且由于换流器在换流过程中交直流之间存在耦合通道，直流电压会含有大量的高频信号，所以直流电压互感器的频率响应测试已经是在现场必须要进行的测试了。
[0003]如图1所示的是直流电压互感器的原理示意图，直流电子式电压互感器一般由直流分压器、远端模块以及合并单元三部分组成。影响直流电子式电压互感器的频率响应特性主要是由直流分压器的阻容分压的频率特性、远端模块的低通滤波模块的频率特性、远端模块AD采样回路的采样速率以及远端模块与合并单元数字部分延时。这些因素都会对直流电压互感器的频率响应特性造成影响。
[0004]然而，在对换流器故障时的整流侧直流电压进行仿真时，直流系统故障时直流电压呈现交直流混叠以及高频混叠的现象。
[0005]目前直流电子式电压互感器的测试方法主要有三种，一种直流电压测试，施加直流电压信号来测试直流电子式电压互感器的直流电压传变精度，一种交流电压测试，施加交流电压信号来测试直流电压互感器的交流电压传变特性，第三种是阶跃响应测试，施加雷电冲击信号，来测试直流电压互感器的阶跃响应上升时间。但是，在采用上述方法对直流电子式电压互感器进行测试时仍然存在如下问题：
[0006](1)直流电压测试时的直流电压信号不包含相位信息，所以无法测量直流电压互感器的时间特性，同时直流信号不能反映直流分压器内电容的影响，无法反应直流电压互感器故障时的特性；
[0007](2)交流电压测试时，不能测试直流电压互感器故障时交直流高频混叠的传变能力，同时高频电压测试时，当测试频率过高，如达到3kHz时，试品的采样速率为10kHz，此时每周波仅有三个左右的电，频率测试精度也大受影响，且数字部分的延时也有可能会超过一个整周波333us，从而导致稳态相位法测试延时的方法失效；
[0008](3)阶跃响应测试时，对测试源要求很高，需在一次施加雷电冲击电压，现场基本无法开展，且输出波形无法控制测试结果受信号的影响很大。鉴于此，我们提出了一种直流
电压互感器暂态频率响应测试方法。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于提供一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0010]为实现上述技术问题的解决，本专利技术的目的之一在于，提供了一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法，包括如下步骤：
[0011]S1、构造由上位机、测试主机、直流电压发生器、电压功率放大器几部分共同组成的测试系统；
[0012]S2、搭建直流分压器暂态阶跃响应测试回路；该回路主要包括直流电压互感器、直流电子式互感器测试仪、任意波形大电压发生器和标准分压器；
[0013]S3、直流电压互感器的暂态频率响应测试；具体步骤为：
[0014]S3.1、小电压控制信号发送：直流电子式互感器测试仪发出小电压控制信号，控制任意波形大电压发生器发出测试用交直流叠加高电压，标准分压器采用纯电阻分压将高电压分压为测试仪可采样的小电压信号；
[0015]S3.2、标准与试品同步采集：直流电子式互感器测试仪采集标准分压器输出的小电压信号(即标准的模拟信号)，并同步采集直流电压互感器输出的数字信号(即试品的数字信号)；
[0016]S3.3、突变量启动：记录突变时刻，利用突变时刻求取直流电压互感器数字部分的延时即直流电压互感器的额定延时；
[0017]S3.4、录波并记录录波时刻：根据标准与试品的突变量启动的时刻记录录波起始时刻，并进行录波；
[0018]S3.5、交流分量提取：利用相位法进行频率跟踪，通过加长傅里叶窗的方式，采用普通离散傅里叶变换DFT来计算标准与试品在时间窗内的实部与虚部；
[0019]S3.6、频率响应测试：利用相位补偿最终获得直流电压互感器的频率响应延时。
[0020]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.1中，在进行小电压控制信号发送时，为了避免暂态过程的直流阶跃信号对高频信号测试结果的影响，同时满足直流电压互感器测试的交直流叠加电压输出，因此小电压需要满足以下函数：
[0021][0022]式中，U为小电压的电压值，t为当前时刻，U0为直流电压值，f为测试信号的输出频率。
[0023]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.2中，标准与试品同步采集过程中，首先同步采集标准的模拟量与试品的数字量信号，再根据模拟量采集时刻打上精确时间标记t
b
，数字量采集时刻按照数字量的到达时刻记录为t
s
，并生成两个采样序列。
[0024]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.3中，突变量的判定条件按照以下公式判断：
[0025]Δu＝[u(t)
‑
u(t
‑
T)]；
[0026]式中，Δu为电压波动差，u为电压瞬时值，t为当前时刻，T为设定时间周期；
[0027]当Δu大于预设的启动定值时则判为突变量启动。
[0028]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.4中，录波并记录录波时刻的过程中，标准与试品的突变量启动的起始时刻分别标记为t
b0
与t
s0
；进行录波时，录波时长按照基波50Hz的8周波为160ms。
[0029]作为本技术方案的进一步改进，所述S3.5中，交流分量提取的具体操作流程包括：
[0030]首先进行谐波频率的跟踪，采用相量法分析计算获得标准与试品输入信号的基波频率f
b
、f
s
；
[0031]由于试品的采样速率较低，在进行高频测试时为了减少频谱能量泄露，采用测频后加长傅里叶时间窗长度以提高参与傅里叶变换的数据点数，参与变换的数据点数越多，频谱泄露越小；
[0032]进而，采用普通离散傅里叶变换DFT来计算标准与试品在时间窗内的实部与虚部，从而获得相应的幅值U
b
、U
s
与相位φ
b
、φ
s
。
[0033]作为本技术方案的进一步改进，所述S3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直流电压互感器暂态频率响应测试方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、构造由上位机、测试主机、直流电压发生器、电压功率放大器几部分共同组成的测试系统；S2、搭建直流分压器暂态阶跃响应测试回路；该回路主要包括直流电压互感器、直流电子式互感器测试仪、任意波形大电压发生器和标准分压器；S3、直流电压互感器的暂态频率响应测试；具体步骤为：S3.1、小电压控制信号发送：直流电子式互感器测试仪发出小电压控制信号，控制任意波形大电压发生器发出测试用交直流叠加高电压，标准分压器采用纯电阻分压将高电压分压为测试仪可采样的小电压信号；S3.2、标准与试品同步采集：直流电子式互感器测试仪采集标准分压器输出的小电压信号，并同步采集直流电压互感器输出的数字信号；S3.3、突变量启动：记录突变时刻，利用突变时刻求取直流电压互感器数字部分的延时即直流电压互感器的额定延时；S3.4、录波并记录录波时刻：根据标准与试品的突变量启动的时刻记录录波起始时刻，并进行录波；S3.5、交流分量提取：利用相位法进行频率跟踪，通过加长傅里叶窗的方式，采用普通离散傅里叶变换DFT来计算标准与试品在时间窗内的实部与虚部；S3.6、频率响应测试：利用相位补偿最终获得直流电压互感器的频率响应延时。2.根据权利要求1所述的直流电压互感器暂态频率响应测试方法，其特征在于：所述S3.1中，在进行小电压控制信号发送时，为了避免暂态过程的直流阶跃信号对高频信号测试结果的影响，同时满足直流电压互感器测试的交直流叠加电压输出，因此小电压需要满足以下函数：式中，U为小电压的电压值，t为当前时刻，U0为直流电压值，f为测试信号的输出频率。3.根据权利要求2所述的直流电压互感器暂态频率响应测试方法，其特征在于：所述S3.2中，标准与试品同步采集过程中，首先同步采集标准的模拟量与试品的数字量信号，再根据模拟量采集时刻打上精确时间标记t
b
，数字量采集时刻按照数字量的到达时刻记录为t
s
，并生成两个采样序列。4.根据权利要求3所述的直流电压互感器暂态频率响应测试方法，其特征在于：所述S3.3中，突变量的判定条件按照以下公式判断：Δu＝[u(t)
‑
u(t
‑
T)]；式中，Δu为电压波动差，u为电压瞬时值，t为当前时刻，T为设定时间周期；当Δu大于预设的启动定值时则判为突变量启动。5.根据权利要求4所述的直流电压互感器暂态频率响应测试方法，其特征在于：所述S3.4中，录波并记...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨宇韬，吉德志，段军鹏，翟少磊，段根月，孙傲阳，李瀚云，朱文杰，邓立武，周志新，李起荣，赵兴攀，赵斌，周明鑫，宋立胜，拜之亮，杨凡，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司楚雄供电局，
类型：发明
国别省市：