基于数字积分算法的电子式电流互感器传变特性

电子式电流互感器是电力系统中用于电能计量、测量和继电保护的重要设备之一,文章以Rogowski线圈电子式电流互感器为例,对常用的矩形、梯形、Simpson和双线性变换积分算法进行比较分析,全面评估不同积分算法可能对其传变特性的影响。首先,基于电子式电流互感器等效电路和积分算法分别获取其传递函数;其次,通过各个环节幅频和相频特性分析,获取并比较了含不同积分算法的电子式互感器整体的频带特性;最后,以某实际110 k V变电站用电子式电流互感器参数为例,针对稳态和动态信号不同输入情况下,对含不同积分算法的电子式互感器传变特性进行仿真。结果表明:不同积分算法的互感器均有良好的频带特性和稳态传变特性,但在动态特性跟踪以及抗干扰能力方面则具有较为明显差别。     

一种实用的电子式电流互感器研制

本文对于电子式电流互感器传感头采用的模拟积分调理电路存在的缺陷,提出了实用改进型模拟积分器,降低了模拟积分器的积分漂移,提高了其抑制低频噪声能力。研制了由Rogowski线圈和改进型积分电路组成的实用电子式电流互感器,并对其进行了整体性能测试,得到了较好的效果。     

一种具有频率自适应能力的高精度数字积分算法

为增加空心线圈电子式电流互感器的工程实用性,必须解决其积分环节存在的误差与干扰问题。因此,在综合分析数字积分算法原理的基础上,以梯形积分算法为主体,结合FFT算法测量谐波频率的的功能,加入曲线拟合原理,设计出一种具有频率自适应能力的数字积分算法。根据谐波测量和电子式互感器校验系统的不同要求,提出算法的两种具体应用方案。仿真测试结果表明所设计算法展示出较好的性能:在电子式电流互感器的谐波信号测量中,可用多项式矫正各次谐波幅值误差,最终以12.8 kHz的采样速率使2~50次谐波电流信号计算出的幅值相对误差控制在0.01%以下。在电子式电流互感器校验系统中,以2 kHz的采样速率为例,该算法可有效抵抗电网信号频率±0.5 Hz波动的干扰,效果明显优于精度较高的辛普森算法。     

基于高精度数字积分方法的组合型电子式互感器

针对传统的互感器存在的易饱和、动态测量范围小、测量频带窄等缺点,提出了一种新型的组合型电子式互感器,其绝缘结构采用倒立式SF_6互感器绝缘结构,传感器采用Rogowski线圈和圆柱形同轴电容器,积分环节采用改进的数字积分方法,有效提高了互感器的可靠性和准确性。仿真结果及测试结果表明,该新型组合型电子式互感器测量准确度高,满足0.2S级及0.2级测量要求;与单一功能互感器相比,仅需一个绝缘本体即可实现电压电流的同时测量,具有占地面积小、成本低等优点。     

电子式互感器相位补偿技术

相比于传统的电磁式电流、电压互感器,电子式电流和电子式电压互感器具有光纤系统绝缘性好、抗干扰能力强、精度高、无磁饱和与铁磁谐振问题等优点。特别在已建或者在建的数字化变电站、智能化变电站中应用比较广泛。本文通过对电子式互感器原理的介绍,得知电子式互感器采集数据时,相位偏差。数字积分器技术较模拟积分器具有绝对的优势,可以补偿相位。基于理论推导和分析梯形积分算法的幅频特性,并用Matlab仿真验证相位补偿效果。最后基于FPGA,实现了梯形算法数字积分器,通过仿真验证,得出本文设计的数字积分器满足IEC 60044-7/8电子式互感器0.2级精度标准,具有一定的实用性。     

检测电流型电子式电压互感器的开发及精度分析

提出了一种高压电容器串接精密电流传感器,通过测量流经电容器的电流来反映一次电压变化的方法。精密电流传感器副边的感应电流经二次处理电路后可输出一个与一次高压成线性变化的电压信号,从而构成了基于检测电容电流型电子式电压互感器。高压电容器和精密电流传感器放置于开关站场地,通过铜导线将二次电流引入控制室,其它电子器件组装于机箱内放置在控制室以输出二次电压。针对影响电子式电压互感器的因素进行了分析,并对互感器做了相应的改进。文中提出的电子式电压互感器结构简单、体小质轻、无铁磁谐振、无须油箱及其绝缘介质,实验结果表明,其具有测量精度高、响应速度快、抗干扰能力强和工作稳定可靠等优点。     

新型电子式电流互感器测量精度分析

通过对新型电子式电流互感器的基本测量原理进行介绍和分析可知:采用Rogowski线圈为传感头的电子式电流互感器,就必须再加入积分环节,从而使电子式电流互感器的精度受积分器精度的影响较大。从集成运放输入失调电压、偏置电流及其漂移、集成运放增益和带宽、温度变化对积分电路的影响3个方面分析了传统的模拟积分器对测量精度的影响,并总结出了误差公式。最后,提出了数字式积分器的必要性和可行性,给出了数字式积分器的实现方案。     

电子式互感器合并单元的快速数据处理

结合数字化变电站对计量、保护等功能的特定技术要求,分析了电子式互感器应用中的关键问题,在此基础上阐述了数字化变电站中合并单元的数据处理功能的实现方法。文章讨论了采用Rogowski线圈的电子式电流互感器积分运算的可行方法,针对积分初值及零点漂移问题,提出预估法并采用一阶惯性环节来取代积分环节进行逐步逼近,给出了电流有效值和相位的简便计算方法。仿真分析表明,该算法与传统加数据窗口的离散傅里叶计算方法相比,可有效减少短路故障条件下电流信号的处理时间,且是可行的。此计算方法同样适用于电压信号的处理过程。     

螺线管空心线圈电子式电压互感器

目前,电子式电压互感器大都采用分压原理,一次侧与二次回路之间缺乏有效的电气隔离,为此提出一种螺线管空心线圈型电子式电压互感器.螺线管与电容器串联,通过测量流经电容器的电流来实现对一次侧高电压的测量.螺线管空心线圈作为电流传感器输出二次电压信号给处理电路,它不存在磁饱和问题,具有测量线性度好、测量动态范围宽等优点.装置中使用两套信号处理电路以提供多路测量信号供用户使用,采用功率放大器以保证电子式电压互感器有足够的二次负载能力.实验表明,该电子式电压互感器达到了一定的测量精度,具有良好的线性度,且响应速度快.     

基于隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统

为深入研究隔离开关分合时产生的暂态强电磁过程对电子式互感器的影响,建立了基于500 k V空气绝缘开关设备(AIS)隔离开关分合操作的电子式互感器电磁兼容检测系统。系统中的高频电流电压组合测量系统采用Rowgowski线圈和电容分压器作为传感器,传感部分和数据采集部分具有良好的电磁屏蔽。对高频电流电压测量系统进行了标定:高频电流测量带宽为1 Hz~10 MHz,高频电压测量带宽为0.1 Hz~30 MHz,满足测量要求。现场实测结果表明:在检测系统上实现了隔离开关分合闸时高频电流、高频电压和电子式互感器输出波形的同时测量,获得了隔离开关分合闸时暂态电流电压典型波形和电子式互感器输出波形。通过波形比对,可实现隔离开关分合操作时电子式互感器受暂态强电磁干扰的影响分析。     

存在脉冲噪声情况下的介损角算法

脉冲干扰是影响介损角测量精确度的重要因素之一,对含有脉冲噪声的电压和泄漏电流信号必须使用滤波方法进行抑制。采用53H算法抑制采样所得电压和电流信号中的脉冲噪声。对滤波前后的信号分别使用了相关函数法、高阶正弦拟合法、加汉宁窗插值算法、谱泄漏对消算法、改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法计算介损角,发现各种算法对滤波后信号的计算结果均要比滤波前信号使用对应算法具有更高的精确度;无论是对滤波前信号还是滤波后信号改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法均具有更高的精确度。同时分析了53H算法的相关参数对算法精确度的影响。对信号使用53H算法滤波后,使用改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法能有效提高在脉冲情况下介损角测量的精确度。     

线路电子式互感器渐变性故障诊断方法

目前对于电子式互感器渐变性故障在线诊断的研究较少。针对线路电子式互感器,从元件物理温度特性出发,构建线路电子式互感器电流电压漂移偏差故障和变比偏差故障数学模型。利用线路光纤差动保护装置采集的双端6个电流量及本端4个电压量,建立了线路电子式互感器渐变性故障诊断判据,通过将保护装置输出的电流电压值进行纵向及横向比较分析,能够快速准确地查找出故障互感器。该方法无附加硬件设备,在电子式互感器不停电、不脱网的条件下,可在现有保护装置上实现电子式互感器故障的在线诊断,通过Matlab仿真验证了该方法的正确性和有效性。     

基于改进信号注入法的配电网电容电流测量

在信号注入法的基础上,改进了测量配电网电容电流的方法,并给出了新方法的误差分析。改进后的测量方法综合了扫频法和分频法的特点,它从母线电压互感器二次侧开口三角端注入幅值相同、频率不同的电流信号,同时测量开口三角端的零序电压,根据系统反映到电压互感器二次侧的信息,通过关系方程来计算系统的对地电容电流。最后,通过理论分析和仿真对比实验验证,改进后的测量方法具有操作简单、测量精度高的特点,可以使配电网电容电流的测量更加准确、便捷。     

基于Lagrange插值频率估计的数字电能计量算法

传统电能计量系统中电网电压/电流波形信号的采集由电子式电能表完成,电能表内部设计了频率跟踪电路,在电网频率出现波动的情况下能同步采样,电能计量误差小。在数字电能计量系统中电网波形的采集由电子式互感器或合并单元的A/D采样模块完成,由于电子式互感器或合并单元采集后到的电网波形信号需要组帧传输给后续不同的数字化设备使用,其采用固定的采样频率,所以,在电网频率出现波动的情况下,不能实时跟踪电网频率而改变采样频率实现同步采样,电能计量误差大,因此,为减小在频率波动条件下的电能计量误差,提出一种数字电能计量新算法,该方法利用三次拉格朗日(Lagrange)插值算法提取出电网基波频率,并利用离散傅里叶变换(DFT)算法的栅栏效应进行波形成分提取,实现电能计算,该方法实现简单,通过实验仿真验证了其电能计量误差小,具有实用价值。     

智能变电站电子式互感器故障分析及建议

电子式互感器是智能电网、数字化变电站的重要设备,其制造、运行及故障检修经验仍然不足。某变电站数字化改造3年后,部分电子式电压互感器二次电压值不稳定,电子式电流互感器二次电流值出现明显偏差。介绍了电子式互感器系统原理、设备结构,分析了设备异常、故障原因,进行了解体研究及实验验证。发现设备参数影响红外测温结果,电压互感器取能线圈短路可造成电压下降,电流互感器并联电阻开路可造成电流激增。最后对电子式互感器的设计制造、质量控制及运行维护提出了几点建议。     

Rogowski线圈电子式电流互感器积分技术研究

积分环节是影响Rogowski线圈电子式电流互感器精度的关键因素.论述了模拟积分器的设计与实现,分析了模拟积分器的频率特性,理论分析和试验结果表明低频信号和温度对其精度有较大的影响.为进一步优化积分环节,设计了基于ARM的数字积分器,分别论述了其硬件结构和梯形积分算法,并且仿真了梯形积分算法对稳态电流和暂态电流的响应.仿真和试验结果表明,梯形积分算法能够很好的还原一次电流,同模拟积分器相比,数字积分器具有更高的精度和稳定性.     

改进的主动频率偏移孤岛检测算法

针对被动孤岛检测存在检测盲区以及传统主动频率偏移(AFD)孤岛检测算法会带来有功电流波动的不足,提出一种改进的AFD孤岛检测算法。该算法通过控制无功电流的大小来实现电流频率偏移,从而实现孤岛状态下接入点电压频率的正反馈,进而检测出孤岛。为了减小无功电流对电力系统的污染,需将该AFD算法与传统的被动孤岛检测算法结合使用。仿真和实验结果表明,该孤岛检测算法不仅消除了被动孤岛检测算法在负载功率和逆变器功率匹配时存在的检测盲区,而且克服了传统AFD算法有功电流波动的缺点,提高了直流母线电压的稳定性。     

基于改进电压模型的感应电机无速度传感器矢量控制

磁链和转速信息直接影响矢量控制的动态特性。基于传统电压模型,设计了一种改进的磁链观测器和转速估算方案。利用低通滤波器替代积分器,消除了积分环节对磁链观测的不利影响;利用磁链参考值补偿观测误差,保证磁链观测的准确性。为消除测量噪声和随机扰动的影响,引入同步角频率的误差校正项和滤波环节,通过滑差迭代更新的方式保证参数估算的准确性。仿真和DSP电机对拖试验平台验证了改进方案的有效性。