一种制备自供电的电容式电压互感器及其误差补偿方法与流程

1.本发明属于电力设备技术领域，更具体地，涉及一种制备自供电的电容式电压互感器及其误差补偿方法。


背景技术：

2.电容式电压互感器，包括电容分压器、补偿电抗器和中压变压器，结构原理简单，无电子器件，无电磁干扰问题，因而在电力系统中得到广泛引用。
3.现有技术中，“一种改善电容式电压互感器暂态误差的方法”(cn113156360a)，根据电容式电压互感器的物理结构推导出电容式电压互感器的等值电路；搭建电容式电压互感器暂态误差模型；输出真实暂态误差曲线；在电容式电压互感器的等值电路二次侧串接一个虚拟电容式电压互感器暂态误差补偿装置，构成虚拟电容式电压互感器暂态误差模型；通过参数辨识方法得出虚拟电容式电压互感器暂态误差模型的最优参数，使得虚拟电容式电压互感器暂态误差模型输出的虚拟暂态误差曲线，与真实暂态误差曲线最为拟合逼近；将真实暂态误差曲线减去虚拟暂态误差曲线，即可改善电容式电压互感器的暂态误差，提高了电压测量的准确度。然而，电容式电压互感器由于补偿电抗器的非线性、中压变压器的非线性，往往会造成电压互感器在80～120％un工作电压范围内的误差具有非线性问题，即误差随着一次电压un的变化而呈非线性变化。此外，由于中压变压器的副边绕组侧需要接入计量表计，计量表计进行测量的同时也需要副边绕组给计量表计供电，因此电压互感器会输出相应的供电电流，电压互感器的输出电压也会由于计量表计负荷的大小而变化，从而产生电压互感器的误差，严重的还会造成满载误差与轻载误差不能同时兼顾的现象。


技术实现要素：

4.为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种制备自供电的电容式电压互感器及其误差补偿方法，实现对二次端子串接负载导致的负载误差进行自动补偿，保证电容式电压互感器的线性度和准确度。
5.本发明采用如下的技术方案。
6.本发明一方面提出了一种制备自供电的电容式电压互感器。电容式电压互感器包括电容分压器和中压变压器；电容分压器包括高压电容器和中压电容器，高压电容器的一端连接电容式电压互感器的一次端子，高压电容器的另一端、中压电容器的一端均与中压变压器的原边绕组的一端连接，中压电容器的另一端和中压变压器的原边绕组的另一端均接地，中压变压器的副边绕组的两端分别连接电容式电压互感器的二次端子，二次端子串接负载；电容式电压互感器的一次端子接入的高电压经电容分压器分压成低电压后输入给中压变压器。
7.电容式电压互感器还包括电压功放；低电压作为输入信号输至电压功放的输入端，电压功放将低电压放大后输至中压变压器的原边绕组，同时中压变压器的副边绕组的电压转换为反馈电压输入至电压功放的反馈输入端，反馈电压对低电压进行补偿。
8.电压功放的信号输入端连接高压电容器的另一端和中压电容器的一端，电压功放的信号输出端连接中压变压器的原边绕组的一端。
9.电容式电压互感器还包括电压互感器；电压互感器包括原边线圈和副边线圈；
10.电压互感器的原边线圈与中压变压器的副边绕组并联连接，电压互感器的副边线圈的一端连接电压功放的反馈输入端，电压互感器的副边线圈的另一端接地；
11.电压互感器用于采集中压变压器的副边绕组的电压，并按照电压互感器的电压变比将中压变压器的副边绕组的电压转换为反馈电压输入至电压功放的反馈输入端。
12.电容式电压互感器还包括整流模块；整流模块的输入端连接电容式电压互感器的一次端子，整流模块的输出端连接电压功放的电源端。
13.整流模块包括：整流桥电路和dc/dc电源模块；
14.整流桥电路的第一交流输入端连接电容式电压互感器的一次端子，第二交流输入端接地；
15.整流桥电路的整流正极输出端和整流负极输出端分别连接dc/dc电源模块的第一输入端和第二输入端，dc/dc电源模块的第一输出端输出正直流电压、第二输出端输出负直流电压。
16.正直流电压和负直流电压作为电压功放的工作电源。
17.整流模块还包括：取能电容和直流滤波电容；
18.整流桥电路的第一交流输入端通过取能电容连接电容式电压互感器的一次端子；
19.直流滤波电容的一端连接整流桥电路的整流正极输出端，直流滤波电容的另一端连接整流桥电路的整流负极输出端。
20.整流模块还包括：限压电路；
21.限压电路的一端连接整流桥电路的整流正极输出端，限压电路的另一端连接整流桥电路的整流负极输出端。
22.dc/dc电源模块的接地端子接信号地。
23.电压功放的接地端子接信号地。
24.本发明另一方面还提出一种制备自供电的电容式电压互感器的误差补偿方法，用于对制备自供电的电容式电压互感器进行误差补偿，误差补偿方法包括：
25.步骤1，采集电容分压器的电气参数，电容式电压互感器的电压变比b和电压功放的放大倍数a1；
26.步骤2，利用电容分压器的电气参数计算电容分压器的分压比a2；
27.步骤3，调节电压互感器的电压变比a3，使得电压互感器的电压变比a3满足b＝a1×
a2×
a3。
28.进一步，电容分压器的电气参数包括：高压电容器电容值，中压电容器电容值；
29.电容分压器的分压比a2满足如下关系式：
[0030][0031]
式中，c1为高压电容器电容值，c2为中压电容器电容值。
[0032]
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的制备自供电的电容式电
压互感器中，使用电压功放替代传统的电容式电压互感器中的补偿电抗器，同时使用电压互感器采集电容式电压互感器输出的二次电压，并将二次电压转换为电压反馈信号输入至电压功放中，通过电压功放对中压变压器副边绕组侧带有负载而造成的负载误差进行补偿，从而使得电压功放输出的中压电压信号与副边绕组侧接入的负载无关，因此使得制备自供电的电容式电压互感器的线性度和准确度均得到显著提高；此外，本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器的二次绕组无需设置阻尼装置。
[0033]
整流桥电路的整流正极输出端和整流负极输出端接一个限压电路，避免电容式电压互感器一次电压过高造成中压端子上的电压经整流后超过dc/dc模块的输入最大限值电压，从而造成dc/dc模块损坏。
附图说明
[0034]
图1是现有技术中电容式电压互感器的电气接线图；
[0035]
图2是本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器的电气接线图；
[0036]
图中附图标记说明如下：
[0037]
c1-高压电容器；c2-中压电容器；c3-取能电容；c4-直流滤波电容；
[0038]
a-电容式电压互感器的一次端子；1a和1n-电容式电压互感器的二次端子；
[0039]
t1-中压变压器；t2-电压互感器；d-整流桥电路；z-限压电路；dc/dc-dc/dc电源模块；fb-电压功放的反馈输入端；vdd-正直流电压；vss-负直流电压；n-地；
[0040]a1-电压功放的放大倍数；a
2-电容分压器的分压比；a
3-电压互感器的电压变比。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图对本技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。
[0042]
现有技术中电容式电压互感器的电气接线如图1所示，采用补偿电抗器来补偿二次串接的负载带来的电压误差。
[0043]
本发明一方面提出了一种制备自供电的电容式电压互感器。如图2，所示电容式电压互感器包括电容分压器和中压变压器t1；电容分压器包括高压电容器c1和中压电容器c2，高压电容器c1的一端连接电容式电压互感器的一次端子a，高压电容器c1的另一端、中压电容器c2的一端均与中压变压器t1的原边绕组的一端连接，中压电容器c2的另一端和中压变压器t1的原边绕组的另一端均接地，中压变压器t1的副边绕组的两端分别连接电容式电压互感器的二次端子1a和1n，二次端子串接负载；电容式电压互感器的一次端子a接入的高电压u1经电容分压器分压成低电压u2后输入给中压变压器t1。
[0044]
电容式电压互感器还包括电压功放；本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器中，使用电压功放替代传统的电容式电压互感器中的补偿电抗器。
[0045]
低电压u2作为输入信号输至电压功放的输入端，电压功放将低电压u2放大为输出电压u3并输至中压变压器t1的原边绕组，中压变压器t1的副边绕组的电压uout转换为反馈电压u4输入至电压功放的反馈输入端fb，反馈电压u4对低电压u2进行补偿。
[0046]
电压功放的信号输入端连接高压电容器c1的另一端和中压电容器c2的一端，电压功放的信号输出端连接中压变压器t1的原边绕组的一端。
[0047]
电容式电压互感器还包括电压互感器t2；电压互感器t2包括原边线圈和副边线圈；
[0048]
电压互感器t2的原边线圈与中压变压器t1的副边绕组并联连接，电压互感器t1的副边线圈的一端连接电压功放的反馈输入端fb，电压互感器t2的副边线圈的另一端接地。
[0049]
电压互感器用于采集中压变压器的副边绕组的电压，并转换为反馈电压输入至电压功放的反馈输入端。
[0050]
本实施例中，高压电容器c1和中压电容器c2将高电压u1分压至低电压u2给电压功放作为信号输入，电压功放将低信号u2放大输出电压u3后输出至中压变压器t1，中压变压器t1输出二次电压uout。二次电压uout通过电压互感器t2按照电压互感器的电压变比转换为反馈电压u4输入至电压功放的输入反馈端fb。本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器中，使用电压互感器采集电容式电压互感器输出的二次电压，并将二次电压转换为电压反馈信号输入至电压功放中
[0051]
可见，本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器中，通过使用电压功放替代传统的电容式电压互感器中的补偿电抗器，同时使用电压互感器采集电容式电压互感器输出的二次电压，并将二次电压转换为电压反馈信号输入至电压功放中，通过电压功放对中压变压器副边绕组侧带有负载而造成的负载误差进行补偿，从而使得电压功放输出的中压电压信号与副边绕组侧接入的负载无关，因此使得制备自供电的电容式电压互感器的线性度和准确度均得到显著提高。
[0052]
本发明提出的制备自供电的电容式电压互感器的二次绕组无需设置阻尼装置。
[0053]
电容式电压互感器还包括整流模块；整流模块的输入端连接电容式电压互感器的一次端子a，整流模块的输出端连接电压功放的电源端。
[0054]
整流模块包括：整流桥电路d和dc/dc电源模块dc/dc；
[0055]
整流桥电路d的第一交流输入端连接电容式电压互感器的一次端子a，第二交流输入端接地n。
[0056]
整流桥电路的整流正极输出端和整流负极输出端分别连接dc/dc电源模块的第一输入端和第二输入端，dc/dc电源模块的第一输出端输出正直流电压vdd、第二输出端输出负直流电压vss。
[0057]
正直流电压vdd和负直流电压vss作为电压功放的工作电源。
[0058]
整流模块还包括：取能电容c3和直流滤波电容c4；
[0059]
整流桥电路d的第一交流输入端通过取能电容c3连接电容式电压互感器的一次端子a；
[0060]
直流滤波电容c4的一端连接整流桥电路d的整流正极输出端，直流滤波电容c4的另一端连接整流桥电路d的整流负极输出端。
[0061]
整流模块还包括：限压电路z；
[0062]
限压电路z的一端连接整流桥电路d的整流正极输出端，限压电路z的另一端连接整流桥电路d的整流负极输出端。整流桥电路的整流正极输出端和整流负极输出端接一个限压电路，避免电容式电压互感器一次电压过高造成中压端子上的电压经整流后超过dc/dc模块的输入最大限值电压，从而造成dc/dc模块损坏。
[0063]
dc/dc电源模块的接地端子接信号地。
[0064]
电压功放的接地端子接信号地。
[0065]
本发明另一方面还提出了一种制备自供电的电容式电压互感器的误差补偿方法，用于对制备自供电的电容式电压互感器进行误差补偿，方法包括：
[0066]
步骤1，采集电容分压器的电气参数，电容式电压互感器的电压变比b和电压功放的放大倍数a1；
[0067]
电容式电压互感器的电压变比b是额定一次电压u1与额定二次电压uout的比值。例如那么电容式电压互感器的电压变比b为100:1。
[0068]
一般电压功放可以采用
±
24～
±
33v的供电电源，那么电压功放的输出额定电压(交流有效值)一般取值建议为14v～35v，功放的设计类型不同可以设计输出电压相差较大。可选地，电压功放的额定输入信号是时，输出电压是则电压功放的放大倍数
[0069]
步骤2，利用电容分压器的电气参数计算电容分压器的分压比a2。
[0070]
电容分压器的电气参数包括：高压电容器电容值，中压电容器电容值；
[0071]
电容分压器的分压比a2满足如下关系式：
[0072][0073]
式中，c1为高压电容器电容值，c2为中压电容器电容值。
[0074]
由于电容分压器的中压端只是给电压功放提供一个电压输入信号，该输入信号可以是弱信号，因此当电容式电压互感器在额定电压工况下，可以将电容分压器的中压端的额定输出电压设计成1～20v之间。因此，额定一次电压为时电容分压器的分压比a2为500:1～10000:1；额定一次电压为时电容分压器的分压比a2为1000:1～20000:1；额定一次电压为时电容分压器的分压比a2为1750:1～35000:1。可选地，额定一次电压为时可以设计电容分压器的分压比为即为3076.9:1。
[0075]
步骤3，步骤3，调节电压互感器的电压变比a3，使得电压互感器的电压变比a3满足b＝a1×
a2×
a3。
[0076]
电压互感器t2的电压变比a3需要和电容分压器的分压比a2和电压功放的放大倍数a1相匹配，即满足b＝a1×
a2×
a3。
[0077]
因此，
[0078]
此时，电容式电压互感器的电压变比b＝(3076.9:1)
×
(1:10)
×
(1:3.0769)＝100:1，可见通过本发明提出的误差补偿方法，通过电压功放对中压变压器副边绕组侧带有负载而造成的负载误差进行补偿，从而使得电压功放输出的中压电压信号与副边绕组侧接入的负载无关，可以使得电容式电压互感器的误差为零。
[0079]
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。