一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置的制造方法
一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在线测控装置，具体设及一种用于降低直流换相失败风险的在线 测控装置。
【背景技术】
[0002] 电容式电压互感器在国外已有四十多年的发展历史，在72.5~800kV电力系统中 得到普遍应用。国产电容式电压互感器从1964年在西安电力电容器厂诞生W来，也积累了 =十五年的制造和运行经验，现已进入成熟期。尤其是近几年，国产电容式电压互感器在 准确度及输出容量的提高W及成功地采用速饱和电抗型阻巧器使铁磁谐振阻巧特性和瞬 变响应特性明显改善等方面有了突破性进展。电力部口广大用户普遍认识到；国产电容式 电压互感器已达到或超过电磁式电压互感器的各项性能指标，同时还具有绝缘强度高、不 会与系统发生铁磁谐振、高电压下价格较低W及可兼作禪合电容器用于载波通信等优点。 所W，"九五"W来，国产电容式电压互感器得到广泛应用，产品电压范围覆盖35~500kV。 在110~220kV，电容式电压互感器用量已占绝对优势，不仅在新站优先选用，在老站改造 中往往用电容式电压互感器取代电磁式电压互感器，330~500kV等级无一例外地选用了 电容式电压互感器。即使在35~66kV，电容式电压互感器价格并不占优势，考虑到从根本 上消除电磁式电压互感器与系统产生的铁磁谐振，有的电站也选用了电容式电压互感器。 1995年W来，电容式电压互感器产销量平均W每年25%的高速增长，1998年达到4700台， 占1lOkV及W上电压互感器的90 %。
[0003] 在此期间，随着电力电容器绝缘技术和材料科学的发展，国外电容式电压互感器 在设计和制造工艺方面又有了很大改进，还有一些新型产品的发展动向。我们应当及时 总结国内外电容式电压互感器的制造和运行经验，进一步促进国产电容式电压互感器的发 展，为我国的城乡电网建设改造和超高压电网建设提供优质、可靠的产品。
[0004] 电容式电压互感器主要由电容分压器和中压变压器组成。电容分压器由瓷套和装 在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持O.lMI^a正压的绝缘油，并用钢制波纹管平 衡不同环境W保持油压，电容分压可用作禪合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密 封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻巧装置组成，油箱顶部的空间充氮。一次绕组 分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互 感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻巧 装置抑制谐振，阻巧装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻巧装置有 很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电 阻负载，使振荡能量很快被降低。
[0005] 随着电力系统的迅速发展和各种非线性电气设备的大量接入，电力系统的谐波问 题日趋严重，增加了能耗和噪声等污染。直流多馈入地区静止同步补偿器的快速控制器及 其谐波治理技术基于对谐波的精确测量。国家标准明确规定，电容式电压互感器不能用于 谐波测量。深入电容式电压互感器的谐波传递特性和测量误差，对于全面掌握电容式电压 互感器的谐波特性，并在此基础上寻求合适的测量误差减小方法等都具有重要意义。目前 有关电容式电压互感器谐波传递特性和测量误差方面的研究主要处于理论定性分析阶段， 量化分析并结合实际物理试验研究尚未深入开展，更没有可切实运用于现场的设施和技 术。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在 线测控装置，完成对直流多馈入地区直流换相失败风险的在线测控。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[000引本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于：所述 装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系 统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所 述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述 上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。
[0009] 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触 器；所述互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。
[0010] 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有 源交流型电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给 所述下位机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的 电流幅值信息传输给所述下位机。
[0011] 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和电流互感器组的高压磁 场信息，并将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后， 将电压相位信息和电流相位信息传输给所述下位机。
[0012] 所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极板型传 感器、电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。
[0013] 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近10cm范围内，其将电流互感器组 的高压磁场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息 进行光电转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信 号接收端口；
[0014] 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组 的高压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息 进行光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光 信号接收端口；
[0015] 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接 收的光信号W及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场 信息，然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电 流相位信息。
[0016] 所述线圈型传感器为在单面铜巧的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的天线；所 述极板型传感器的结构为双极型，一极为正方形铜板，另一极为接地线。
[0017] 所述下位机包括采集模块和CPU;
[0018] 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息W及相位 传感器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模 块将得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。
[0019] 上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息， 然后向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状 态信号。
[0020] 所述数字量处理系统设有开关状态控制端W及开关状态反馈端；所述开关状态反 馈端接收上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述 系统一次设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集 系统开关的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态 反馈端将转换得到的开关状态信号发送给上位机。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0022] 1.根据电能质量的测量结果，快速对各种处理装置进行参数和数量的投切控制， 可W保证电网的电能水平，提高系统稳定性；
[0023] 2.本发明提供了动态实时准确测试电能质量的技术手段，测试方便、效率高，准确 测量31次W下各次谐波，误差小于0.2% ;
[0024] 3.可W更加有效和及时的了解系统的谐波状况，并根据测量的结果，快速形成谐 波治理的方式方法，发出控制指令，通过处理装置的投切，调配接入系统的滤波、动态无功 补偿等装置的参数和数目，维持电能质量的水平，从而改善供电系统电网效率和电力品质， 减少谐波造成的损耗，相对增加了现有设备供电容量，减少供电系统的扩容投资；
[0025] 4.可W保护用电设备，延长寿命；保证通讯、网络设备等的正常运行，保护环境， 减少谐波污染公共电网。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例中在线测控装置示意图；
[0027] 图2是本发明实施例中相位传感器组结构示意图；
[002引图3为本发明线圈型传感器示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0030] 如图1，本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在 于；所述装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量 处理系统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组 连接，所述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连 接，所述上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。
[0031] 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触 器，所述互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。
[0032] 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有 源交流型电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给 所述下位机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的 电流幅值信息传输给所述下位机。
[0033] 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和 电流互感器组的高压磁 场信息，并将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后， 将电压相位信息和电流相位信息传输给所述下位机。
[0034] 如图2,所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极 板型传感器、电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。
[0035] 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近10cm范围内，其将电流互感器组 的高压磁场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息 进行光电转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信 号接收端口；
[0036] 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组 的高压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息 进行光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光 信号接收端口；
[0037] 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接 收的光信号W及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场 信息，然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电 流相位信息。
[003引如图3,所述线圈型传感器为在单面铜巧的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的 天线，线圈螺旋数为4圈，A和B为天线输出的2个端口，印制电路板的尺寸为12cm边长的 正方形；所述极板型传感器的结构为双极型，一极为12cm边长的正方形铜板，另一极为接 地线。
[0039] 所述下位机包括采集模块和CPU;
[0040] 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息W及相位 传感器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模 块将得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。
[0041] 上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息， 然后向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状 态信号。
[0042] 所述数字量处理系统设有开关状态控制端W及开关状态反馈端；所述开关状态反 馈端接收上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述 系统一次设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集 系统开关的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态 反馈端将转换得到的开关状态信号发送给上位机。所述数字量处理系统为常规化C，例如西 口子、=菱、欧姆龙。
[0043] 本发明提供的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置原理如下：
[0044] 互感器组的非线性特性使得各次谐波的转换性质不相同，输出信号与输入信号的 波形发生崎变，且崎变程度与原始信号的频率有关，从而无法准确根据输出信号来判断输 入信号的各次谐波。在处理电力系统各次谐波的计算中，谐波与基波的幅值之比与相位之 比存在一定的关系，对幅值和相位的关系进行动态测试和拟合，可W相互校正，结合测量信 号的幅值和相位，动态拟合电压和电流互感器的传递特性，分析其各次谐波的幅频特性，从 而精确分析出原高压、大电流信号的各次谐波。从而获得较为精确的谐波测量。
[0045] 利用高转换速率的霍尔型传感器（即有源交流型电压传感器和有源交流型电流 传感器），动态处理信号幅值的大小，获得互感器的传递函数，通过相位传感器组获得相位 对传递函数进行校正，采用多码率数字信号处理技术处理谐波。
[0046] 动态拟合幅值传感器组和相位传感器组相结合的传递特性原理如下：
[0047] 周期信号的频谱由幅度谱和相位谱组成。各次谐波的相位与谐波次数相关。根据 反变换的公式，
由于f(t)必须为实数，要求由幅值和相位构成的 e+j'ut经过积分（数字处理时为求和）得到实数，数字处理时要求结果的虚部尽可能的小。 本装置即通过反复的调整权值使结果在一定误差范围内符合该要求，从而达到准确描述互 感器传递函数的目的。
[0048] 最后应当说明的是；W上实施例仅用m兑明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，该些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于：所述装置包括系统 一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系统；所述系统一 次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所述幅值传感器 和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述上位机及系统 一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。2. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触器，所述 互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。3. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有源交流型 电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给所述下位 机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的电流幅值 信息传输给所述下位机。4. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和电流互感器组的高压磁场信息，并 将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后，将电压相 位信息和电流相位信息传输给所述下位机。5. 根据权利要求1或4所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在 于：所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极板型传感器、 电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。6. 根据权利要求5所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近IOcm范围内，其将电流互感器组的高压磁 场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息进行光电 转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信号接收端 P; 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组的高 压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息进行 光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光信号 接收端口； 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接收的 光信号以及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场信息， 然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电流相位 信息。7. 根据权利要求5所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述线圈型传感器为在单面铜箔的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的天线；所述极板型 传感器的结构为双极型，一极为正方形铜板，另一极为接地线。8. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述下位机包括采集模块和CPU; 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息以及相位传感 器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模块将 得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。9. 根据权利要求8所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息，然后 向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状态信 号。10. 根据权利要求9所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述数字量处理系统设有开关状态控制端以及开关状态反馈端；所述开关状态反馈端接收 上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述系统一次 设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集系统开关 的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态反馈端将 转换得到的开关状态信号发送给上位机。
【专利摘要】本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，所述装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。与现有技术相比，本发明的优点是测试方便、效率高，准确测量31次以下各次谐波，误差小于0.2％。
【IPC分类】H02J13/00, H02J3/01, H02J3/18
【公开号】CN104901311
【申请号】CN201510334865
【发明人】王轩, 付永生, 燕翚, 王宇红, 刘平竹, 桂峻峰, 胡小刚, 夏明超
【申请人】国家电网公司, 南京南瑞集团公司, 中电普瑞科技有限公司, 北京交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种在线测控装置，具体设及一种用于降低直流换相失败风险的在线 测控装置。
【背景技术】
[0002] 电容式电压互感器在国外已有四十多年的发展历史，在72.5~800kV电力系统中 得到普遍应用。国产电容式电压互感器从1964年在西安电力电容器厂诞生W来，也积累了 =十五年的制造和运行经验，现已进入成熟期。尤其是近几年，国产电容式电压互感器在 准确度及输出容量的提高W及成功地采用速饱和电抗型阻巧器使铁磁谐振阻巧特性和瞬 变响应特性明显改善等方面有了突破性进展。电力部口广大用户普遍认识到；国产电容式 电压互感器已达到或超过电磁式电压互感器的各项性能指标，同时还具有绝缘强度高、不 会与系统发生铁磁谐振、高电压下价格较低W及可兼作禪合电容器用于载波通信等优点。 所W，"九五"W来，国产电容式电压互感器得到广泛应用，产品电压范围覆盖35~500kV。 在110~220kV，电容式电压互感器用量已占绝对优势，不仅在新站优先选用，在老站改造 中往往用电容式电压互感器取代电磁式电压互感器，330~500kV等级无一例外地选用了 电容式电压互感器。即使在35~66kV，电容式电压互感器价格并不占优势，考虑到从根本 上消除电磁式电压互感器与系统产生的铁磁谐振，有的电站也选用了电容式电压互感器。 1995年W来，电容式电压互感器产销量平均W每年25%的高速增长，1998年达到4700台， 占1lOkV及W上电压互感器的90 %。
[0003] 在此期间，随着电力电容器绝缘技术和材料科学的发展，国外电容式电压互感器 在设计和制造工艺方面又有了很大改进，还有一些新型产品的发展动向。我们应当及时 总结国内外电容式电压互感器的制造和运行经验，进一步促进国产电容式电压互感器的发 展，为我国的城乡电网建设改造和超高压电网建设提供优质、可靠的产品。
[0004] 电容式电压互感器主要由电容分压器和中压变压器组成。电容分压器由瓷套和装 在其中的若干串联电容器组成，瓷套内充满保持O.lMI^a正压的绝缘油，并用钢制波纹管平 衡不同环境W保持油压，电容分压可用作禪合电容器连接载波装置。中压变压器由装在密 封油箱内的变压器、补偿电抗器、避雷器和阻巧装置组成，油箱顶部的空间充氮。一次绕组 分为主绕组和微调绕组，一次侧和一次绕组间串联一个低损耗电抗器。由于电容式电压互 感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而用阻巧 装置抑制谐振，阻巧装置由电阻和电抗器组成，跨接在二次绕组上，正常情况下阻巧装置有 很高的阻抗，当铁磁谐振引起过电压，在中压变压器受到影响前，电抗器已经饱和了只剩电 阻负载，使振荡能量很快被降低。
[0005] 随着电力系统的迅速发展和各种非线性电气设备的大量接入，电力系统的谐波问 题日趋严重，增加了能耗和噪声等污染。直流多馈入地区静止同步补偿器的快速控制器及 其谐波治理技术基于对谐波的精确测量。国家标准明确规定，电容式电压互感器不能用于 谐波测量。深入电容式电压互感器的谐波传递特性和测量误差，对于全面掌握电容式电压 互感器的谐波特性，并在此基础上寻求合适的测量误差减小方法等都具有重要意义。目前 有关电容式电压互感器谐波传递特性和测量误差方面的研究主要处于理论定性分析阶段， 量化分析并结合实际物理试验研究尚未深入开展，更没有可切实运用于现场的设施和技 术。
【发明内容】
[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在 线测控装置，完成对直流多馈入地区直流换相失败风险的在线测控。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[000引本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于：所述 装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系 统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所 述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述 上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。
[0009] 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触 器；所述互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。
[0010] 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有 源交流型电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给 所述下位机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的 电流幅值信息传输给所述下位机。
[0011] 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和电流互感器组的高压磁 场信息，并将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后， 将电压相位信息和电流相位信息传输给所述下位机。
[0012] 所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极板型传 感器、电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。
[0013] 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近10cm范围内，其将电流互感器组 的高压磁场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息 进行光电转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信 号接收端口；
[0014] 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组 的高压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息 进行光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光 信号接收端口；
[0015] 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接 收的光信号W及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场 信息，然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电 流相位信息。
[0016] 所述线圈型传感器为在单面铜巧的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的天线；所 述极板型传感器的结构为双极型，一极为正方形铜板，另一极为接地线。
[0017] 所述下位机包括采集模块和CPU;
[0018] 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息W及相位 传感器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模 块将得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。
[0019] 上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息， 然后向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状 态信号。
[0020] 所述数字量处理系统设有开关状态控制端W及开关状态反馈端；所述开关状态反 馈端接收上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述 系统一次设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集 系统开关的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态 反馈端将转换得到的开关状态信号发送给上位机。
[0021] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0022] 1.根据电能质量的测量结果，快速对各种处理装置进行参数和数量的投切控制， 可W保证电网的电能水平，提高系统稳定性；
[0023] 2.本发明提供了动态实时准确测试电能质量的技术手段，测试方便、效率高，准确 测量31次W下各次谐波，误差小于0.2% ;
[0024] 3.可W更加有效和及时的了解系统的谐波状况，并根据测量的结果，快速形成谐 波治理的方式方法，发出控制指令，通过处理装置的投切，调配接入系统的滤波、动态无功 补偿等装置的参数和数目，维持电能质量的水平，从而改善供电系统电网效率和电力品质， 减少谐波造成的损耗，相对增加了现有设备供电容量，减少供电系统的扩容投资；
[0025] 4.可W保护用电设备，延长寿命；保证通讯、网络设备等的正常运行，保护环境， 减少谐波污染公共电网。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实施例中在线测控装置示意图；
[0027] 图2是本发明实施例中相位传感器组结构示意图；
[002引图3为本发明线圈型传感器示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0030] 如图1，本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在 于；所述装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量 处理系统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组 连接，所述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连 接，所述上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。
[0031] 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触 器，所述互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。
[0032] 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有 源交流型电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给 所述下位机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的 电流幅值信息传输给所述下位机。
[0033] 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和 电流互感器组的高压磁 场信息，并将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后， 将电压相位信息和电流相位信息传输给所述下位机。
[0034] 如图2,所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极 板型传感器、电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。
[0035] 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近10cm范围内，其将电流互感器组 的高压磁场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息 进行光电转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信 号接收端口；
[0036] 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组 的高压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息 进行光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光 信号接收端口；
[0037] 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接 收的光信号W及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场 信息，然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电 流相位信息。
[003引如图3,所述线圈型传感器为在单面铜巧的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的 天线，线圈螺旋数为4圈，A和B为天线输出的2个端口，印制电路板的尺寸为12cm边长的 正方形；所述极板型传感器的结构为双极型，一极为12cm边长的正方形铜板，另一极为接 地线。
[0039] 所述下位机包括采集模块和CPU;
[0040] 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息W及相位 传感器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模 块将得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。
[0041] 上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息， 然后向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状 态信号。
[0042] 所述数字量处理系统设有开关状态控制端W及开关状态反馈端；所述开关状态反 馈端接收上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述 系统一次设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集 系统开关的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态 反馈端将转换得到的开关状态信号发送给上位机。所述数字量处理系统为常规化C，例如西 口子、=菱、欧姆龙。
[0043] 本发明提供的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置原理如下：
[0044] 互感器组的非线性特性使得各次谐波的转换性质不相同，输出信号与输入信号的 波形发生崎变，且崎变程度与原始信号的频率有关，从而无法准确根据输出信号来判断输 入信号的各次谐波。在处理电力系统各次谐波的计算中，谐波与基波的幅值之比与相位之 比存在一定的关系，对幅值和相位的关系进行动态测试和拟合，可W相互校正，结合测量信 号的幅值和相位，动态拟合电压和电流互感器的传递特性，分析其各次谐波的幅频特性，从 而精确分析出原高压、大电流信号的各次谐波。从而获得较为精确的谐波测量。
[0045] 利用高转换速率的霍尔型传感器（即有源交流型电压传感器和有源交流型电流 传感器），动态处理信号幅值的大小，获得互感器的传递函数，通过相位传感器组获得相位 对传递函数进行校正，采用多码率数字信号处理技术处理谐波。
[0046] 动态拟合幅值传感器组和相位传感器组相结合的传递特性原理如下：
[0047] 周期信号的频谱由幅度谱和相位谱组成。各次谐波的相位与谐波次数相关。根据 反变换的公式，
由于f(t)必须为实数，要求由幅值和相位构成的 e+j'ut经过积分（数字处理时为求和）得到实数，数字处理时要求结果的虚部尽可能的小。 本装置即通过反复的调整权值使结果在一定误差范围内符合该要求，从而达到准确描述互 感器传递函数的目的。
[0048] 最后应当说明的是；W上实施例仅用m兑明本发明的技术方案而非对其限制，所 属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可W对本发明的【具体实施方式】进行修改或者 等同替换，该些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发 明的权利要求保护范围之内。
【主权项】
1. 一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于：所述装置包括系统 一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系统；所述系统一 次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所述幅值传感器 和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述上位机及系统 一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。2. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述系统一次设备组包括系统开关和互感器组；所述系统开关包括断路器和接触器，所述 互感器组包括电压互感器组和电流互感器组。3. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述幅值传感器组包括有源交流型电压传感器和有源交流型电流传感器；所述有源交流型 电压传感器采集电压互感器组的电压幅值信息，并将采集的电压幅值信息传输给所述下位 机；所述有源交流型电流传感器采集电流互感器组的电流幅值信息，并将采集的电流幅值 信息传输给所述下位机。4. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述相位传感器组采集电压互感器组的高压电场信息和电流互感器组的高压磁场信息，并 将采集的信息整理为方波，用过零比较法获得电压相位信息和电流相位信息后，将电压相 位信息和电流相位信息传输给所述下位机。5. 根据权利要求1或4所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在 于：所述相位传感器组包括线圈型传感器、磁场信号处理器、磁场信号光纤、极板型传感器、 电场信号处理器、电场信号光纤和相位运算器。6. 根据权利要求5所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述线圈型传感器放置在系统一次设备组附近IOcm范围内，其将电流互感器组的高压磁 场信号近距离传输给所述磁场信号处理器，所述磁场信号处理器将高压磁场信息进行光电 转换得到对应的光信号，该光信号由磁场信号光纤传输给相位运算器的磁场光信号接收端 P; 所述极板型传感器放置在系统一次设备组附近20cm范围内，其将电压互感器组的高 压电场信号近距离传输给所述电场信号处理器，所述电场信号处理器将高压电场信息进行 光电转换后得到对应的光信号，该光信号由电场信号光纤传输给相位运算器的电场光信号 接收端口； 所述相位运算器包括光电转换电路，所述光电转换电路将磁场光信号接收端口接收的 光信号以及电场光信号接收端口接收的光信号还原分别为高压磁场信息和高压电场信息， 然后进行整形处理转化为方波信号，通过过零比较法得到原始的电压相位信息和电流相位 信息。7. 根据权利要求5所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述线圈型传感器为在单面铜箔的印制电路板上刻制螺旋型电路构成的天线；所述极板型 传感器的结构为双极型，一极为正方形铜板，另一极为接地线。8. 根据权利要求1所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述下位机包括采集模块和CPU; 所述采集模块接收幅值传感器组发送的电压幅值信息和电流幅值信息以及相位传感 器发送的电压相位信息和电流相位信息，并对接收的信息进行A/D转换，所述采集模块将 得到的数字信息传输给CPU进行处理，CPU再将处理后的信息发送给上位机。9. 根据权利要求8所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述上位机接收来自于CPU的数字信息并对数字信息进行分析，得到电能质量信息，然后 向数字量处理系统发出开关控制信号，上位机同时获取数字量处理系统发送的开关状态信 号。10. 根据权利要求9所述的用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，其特征在于： 所述数字量处理系统设有开关状态控制端以及开关状态反馈端；所述开关状态反馈端接收 上位机发出的开关控制信号，并通过开关状态控制端将开关控制信号发送给所述系统一次 设备组的系统开关，对系统开关进行对应的控制操作；所述开关状态控制端采集系统开关 的开关状态，并通过数字量处理系统将开关状态转换为开关状态信号，开关状态反馈端将 转换得到的开关状态信号发送给上位机。
【专利摘要】本发明提供一种用于降低直流换相失败风险的在线测控装置，所述装置包括系统一次设备组、幅值传感器组、相位传感器组、下位机、上位机和数字量处理系统；所述系统一次设备组与幅值传感器组单向连接，并通过电磁场与相位传感器组连接，所述幅值传感器和相位传感器分别与下位机单向连接，所述下位机与上位机单向连接，所述上位机及系统一次设备组分别与数字量处理系统双向连接。与现有技术相比，本发明的优点是测试方便、效率高，准确测量31次以下各次谐波，误差小于0.2％。
【IPC分类】H02J13/00, H02J3/01, H02J3/18
【公开号】CN104901311
【申请号】CN201510334865
【发明人】王轩, 付永生, 燕翚, 王宇红, 刘平竹, 桂峻峰, 胡小刚, 夏明超
【申请人】国家电网公司, 南京南瑞集团公司, 中电普瑞科技有限公司, 北京交通大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月16日
最新回复(0)