[发明专利]采用数据融合技术的电子式电压互感器及其误差校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统一次电压测量装置，本装置采用电容分压器作为电压传感器获得可供测量的小电压信号，并通过数据融合等多种数字信号处理技术，输出与被测一次电压同相、幅值正比于被测一次电压的数字信号。

背景技术

传统户外场110kV及以上电压等级的电压测量大多采用电容式电压互感器(简称CVT)，它主要由电容分压器和电磁单元组成，如图5所示，电容分压器包括高压臂电容C1和低压臂电容C2；电磁单元包括中间变压器T、补偿电抗器L、阻尼器Zz以及保护间隙G组成，并存在负载阻抗Zf。电容式电压互感器(CVT)相对电磁型电压互感器，具有防铁磁谐振、性价比较高以及运行维护工作量较小等明显优势，且其电容分压器与阻波器结合能兼作载波通讯的滤波装置。

日益智能化的变电站二次设备需要电压互感器提供数字化的电压采集量，而不再需要大功率的输入信号。在此背景下，电子式电压互感器技术得到了长足发展。基于光学原理、分压原理等的各类电子式电压互感器产品应运而生，并逐步推向市场并获得了一些工程应用。基于电容分压的电子式互感器由上述电容式电压互感器(CVT)发展而来，由于不含磁性材料，因此不受饱和以及磁滞效应的影响；电容分压器二次电压输出接入数据采集处理器，实现了电压模拟量的数字化采集和输出，满足智能变电站对电压互感器技术要求；并且结构简单，制造成本低廉，更加环保，是电子式电压互感器产品一个主要的发展方向。

目前，采用电容分压器作为一次传感器的电子式电压互感器在实际工程应用中还存在一些问题待解决。例如：大气环境对测量准确度稳定性的影响，一次传感头输出信号的相位偏移，电子式互感器的暂态特性等，上述因素一定程度上影响了该类电子式电压互感器的推广应用。

发明内容

本发明的发明目的是：

(1)消除或改善电容分压器分压比温度稳定性，使电子式电压互感器变比误差在整个工作温度范围内满足GB/T 20840.7-2007标准关于准确度的要求。

(2)消除或改善校准信号传输环节造成的相位偏移，使电子式电压互感器的相位误差满足GB/T 20840.7-2007标准关于准确度的要求。

(3)对取样电阻R合理取值，保证电子式电压互感器暂态性能，使之满足GB/T 20840.7-2007标准关于暂态性能的要求。

(4)建立该电子式电压互感器的误差校准系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种采用数据融合技术等多种数字信号处理技术的电容分压原理的电子式电压互感器，其特征在于，包括一次电压传感器(电容分压器)和数据采集处理器，通过阻值较小的取样电阻从电容分压器的中压端子与低压端子间获得电压取样输入数据采集处理器，数据采集处理器连接温度测量系统，采集温度测量系统测量的外部环境、电容分压器本体、数据采集处理器板件的温度信号；数据采集处理器对输入信号进行数据融合后，通过光纤接口输出数字化的一次电压被测值。

本发明还通过以下进一步的技术方案来实现：

(1)建立电子式电压互感器的一次传感器--电容分压器的温度模型；并依据此模型，在运行过程中动态对温度变化与电容分压器分压比进行数据融合。

(2)计及信号传输环节固有的相位偏移，动态融合信号频率变化信息对相位偏移进行校准，提高输出信号相位准确度。

(3)分析对暂态性能的具体要求和信号传输网络模型，计算取样电阻阻值。

(4)构建误差校准系统，标定误差并将误差信息输入电子式电压互感器，为误差校准提供依据。

本发明所达到的有益效果：本装置结构简单，安全实用，由数据采集处理器对电容分压器二次输出电压、环境及分压器本体温度等信息进行采集处理，物理结构简单，智能化程度高，不仅节省了材料，降低了制造成本，而且提高了使用性能，符合智能变电站技术的发展趋势，通过一系列实用的数字融合技术，在设计时对分压器二次电压取样电阻合理取值，并在运行过程中动态修正由于温度变化、信号传输系统等因素造成的测量误差，使得电子式电压互感器具有高准确度、良好的暂态性能及温度稳定性等优点。本电子式电压互感器适用于110kV及以上电压等级电力系统的一次电压测量，满足电力系统保护、测量、计量装置对测量电压准确度、暂态性能等方面的要求。电子式互感器在生产制造过程中的误差标定通过光纤接口由计算机软件完成，而不必通过调整内部模拟电路实现，提高了生产效率。产品应用于工程现场后，可以在不断电的情况下将多种误差信息通过光纤接口输入数据采集处理器，供输出测量值的数据融合，实现误差的在线修正。使得现场调试、运行变得十分安全、方便、快捷。