基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备及方法与流程

本发明属于电压测量，具体涉及基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备及方法。

背景技术：

1、随着工业化和城市化的快速推进，对电力的需求持续上升，使得电网系统愈发复杂化。电力系统的稳定与可靠性是现代社会可持续发展的关键因素。尤其在大型电网中，区域间电力的调度与交换日趋频繁，这对电网的稳定性和可靠性提出了更高的挑战。

2、目前，电网中采用的主要输电技术有高压输电、特高压输电和超高压输电，这些技术已被广泛运用于电力系统的建设与运行中。智能电网的进步带来了电网实时监控和控制技术的发展。同时，电力系统的故障检测、预防与应急响应技术也在持续提升，以确保电力系统稳定可靠地运行。

3、尽管技术不断进步，现有技术在实际操作中仍有不足。现有的电容耦合原理的测量设备在高频信号测量中的效果较为理想，但在低频信号的测量方面则略有不足，其主要体现在低频信号测量中信噪比较小，缺乏对信号的保真能力，同时测量设备对降低下限截止频率的方法较为复杂，这影响了电网的实时调控能力以及智能化管理的水准。

4、即目前的电网技术在增强稳定性、提高效率、降低运营成本以及提升紧急事件应对能力等方面，仍需进一步优化和提升。急需新技术解决方案以推动电力系统现代化，满足社会发展需求；

5、基于对于输电线路电压测量精度不够且测量难度较高不便的问题，提出基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备及方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备，所述的测量设备内设置有测量电路，所述的测量电路为在输入电压ui与输出电压u0之间并联有低压区电容c2、积分电容c3和输入电阻r2，所述低压区电容c2靠近输入电压ui侧串联有高压区电容c1，所述低压区电容c2和积分电容c3之间串联有积分电阻r1；

3、其中，高压区电容c1、低压区电容c2和输入电阻r2联合构成了微分电路，积分电阻r1和积分电容c3则组建了一个积分电路，从而能将高电压信号转换为低电压信号，低电压信号被传送至外部数据采集系统以供分析。

4、作为本发明的进一步说明，所述输入电阻r2具体为连接至示波器的输入电阻。

5、作为本发明的进一步说明，测量高频信号时，把输入电阻r2作为开路状态，此时系统表现为高通特性，得到测量系统的高频截止频率fh为：

6、

7、标准雷电波响应时间为1.2μs，半波时间为50μs；

8、可得到传感器需要达到的高频截止频率为

9、

10、作为本发明的进一步说明，测量低频信号时，积分电容c3作为开路状态，此时系统表现为低通特性；

11、随着频率的升高，系统的幅频响应衰减，当幅频响应降至最大值的0.707倍时，为测量系统的3db低频截止频率fl，如下式所示：

12、

13、作为本发明的进一步说明，在测量电路与示波器之间串联有电压跟随电路，通过电压跟随电路为测量系统提供gω级高阻抗，降低测量设备的下限截止频率。

14、作为本发明的进一步说明，，增加电压跟随电路后，测量设备的下限截止频率为：

15、

16、用于完成对50hz交流电的测量。

17、本发明与现有技术相比具有以下优点：

18、本发明中的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备及方法解决了现有的电容耦合式非接触测量系统下限截止频率较高，且获得数据信噪比较低的问题,使其拥有更低的下限截止频率与较高的信噪比，便捷实用。

技术特征：

1.基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备，其特征在于：所述的测量设备内设置有测量电路，所述的测量电路为在输入电压ui与输出电压u0之间并联有低压区电容c2、积分电容c3和输入电阻r2，所述低压区电容c2靠近输入电压ui侧串联有高压区电容c1，所述低压区电容c2和积分电容c3之间串联有积分电阻r1；

2.根据权利要求1所述的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备，其特征在于，所述输入电阻r2具体为连接至示波器的输入电阻。

3.根据权利要求1所述的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备的测量方法，其特征在于，测量高频信号时，把输入电阻r2作为开路状态，此时系统表现为高通特性，得到测量系统的高频截止频率fh为：

4.根据权利要求1所述的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备的测量方法，其特征在于，测量低频信号时，积分电容c3作为开路状态，此时系统表现为低通特性；

5.根据权利要求1所述的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备的测量方法，其特征在于，在测量电路与示波器之间串联有电压跟随电路，通过电压跟随电路为测量系统提供gω级高阻抗，降低测量设备的下限截止频率。

6.根据权利要求5所述的基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备的测量方法，增加电压跟随电路后，测量设备的下限截止频率为：

技术总结本发明提供了基于电压跟随电路降低电容耦合式电压测量设备，测量设备内设置有测量电路，测量电路为在输入电压U<subgt;i</subgt;与输出电压U<subgt;0</subgt;之间并联有低压区电容C<subgt;2</subgt;、积分电容C<subgt;3</subgt;和输入电阻R<subgt;2</subgt;，低压区电容C<subgt;2</subgt;靠近输入电压Ui侧串联有高压区电容C<subgt;1</subgt;，低压区电容C<subgt;2</subgt;和积分电容C<subgt;3</subgt;之间串联有积分电阻R<subgt;1</subgt;；高压区电容C<subgt;1</subgt;、低压区电容C<subgt;2</subgt;和输入电阻R<subgt;2</subgt;联合构成了微分电路，积分电阻和积分电容组建的积分电路能将高电压信号转换为低电压信号，低电压信号被传送至外部数据采集系统以供分析。本发明解决了现有的电容耦合式非接触测量系统下限截止频率较高，且获得数据信噪比较低的问题,使其拥有更低的下限截止频率与较高的信噪比，便捷实用。技术研发人员：李山,张媛,杨定乾,许广虎,颉雅迪,袁曼曼,冯煜轩受保护的技术使用者：国网新疆电力有限公司电力科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/8/20