专利名称：一种软硬件积分测量电压的方法
技术领域：
本发明涉及一种计算电压的方法及采用该方法的装置，尤其适用于采用电容分压环作为传感器的Gis电子式电压互感器的测量电压的计算。
背景技术：
目前在电力系统获得广泛应用的是电磁式电压互感器。随着电力系统向大容量， 高电压等级方向发展，传统的电磁式互感器逐渐暴露出许多缺点。近年来，随着电子技术和光纤通讯的快速发展，有源电子式互感器如GIS电子式互感器在技术上也获得了长足进步，并有部分产品在现场应用。GIS电子式互感器与GIS开关配合使用，GIS电子式互感器电压测量采用电容分压环作为一次电压测量的传感器。如图1所示，GIS罐体中心导体12与中间电极11构成高压电容Cl，中间电极与GIS罐体外壳13构成低压电容C2，且Cl电容值远小于C2电容值。 在电容分压环的输出端并联一个精密小电阻R，其电阻值远小于工频时C2的容抗，故电容分压环输出端电压Uo与被测电压Ui存在如下的微分关系。Uq (t) = RC1 ^i-(天 <<+)式(1)
dt
因此通过电子电路对电容分压环的输出信号Uo经行积分，便可得到实际被测电压信号Ui。GIS电子式互感器需要同时给保护、测控、计量等设备提供采样数据，因此必须要满足0. 2S级的计量精度要求，同时在系统故障时，也要如实反应被测电压暂态变化以满足保护设备需要。采用电容分压环的GIS电压互感器目前在工程上通常采用软件积分算法来获得被测电压信号Ui。这种方法虽然解决了系统稳态时的电压测量精度问题，但在系统暂态电压快速变化时，不能完全跟踪、如实反应系统电压的快速变化过程，从而影响到保护继电器的动作性能，难以满足保护正确动作的性能要求。因此基于电容分压环的GIS电压互感器要想获得广泛应用，必须还要解决其暂态特性问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种通过硬件积分电路和软件积分算法相互配合来满足 GIS电子式电压互感器稳态精度和暂态特性要求的方法。本发明采用的技术方案是一种软硬件积分计算电压方法，由电容分压环等效电路1输出的电压信号Uo同时经硬件积分电路2积分和线性放大电路3分别得到两路处理后的电压信号Uml和Um2，然后所述二路电压信号再分别通过模数转换器进行模数转换采样， 将这两路采样数据同时送给CPU处理，其特征是当通过硬件积分电路2积分后的电压的突变量即Δ U小于或等于门槛值U时，则采用线性放大电路3输出的电压输出给装置进行软件积分计算测量电压；当通过硬件积分电路2积分后的电压的突变量AU大于门槛值 U时，测量电压从软件积分自动切换到硬件积分，即采用硬件积分电路2输出的电压toil作为测量电压。门槛值U与GIS电子式互感器的Ui有关联性。发生电压突变时，通过硬件积分电路(2)积分后的电压的突变量Δυ大于门槛值U 时，测量电压从软件积分自动切换到硬件积分，即采用硬件积分电路(2)输出的电压toil作为测量电压；经过延时At后，再自动切换到软件积分算法。本发明的有益效果本发明采用硬件积分和软件积分相互配合，既能满足稳态时的高采样精度要求，又能满足暂态时的电压快速、实时跟踪要求。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。图1是电容分压环示意2是电容分压环硬件电路图
图2中1-电容分压环等效电路，2-硬件积分电路，3-线性放大电路。
具体实施例方式如图2所示，电容分压环输出电压信号Uo分别经一路硬件积分电路和一路线性放大电路调理，然后再通过ADC (模数转换器)采样进行模数转换，这两路采样数据同时送给 CPU处理。当一次系统处于稳态时，电容分压环输出电压Uo是一个幅值很小，相位超前于Ui (Ui是电容分压环输入电压)一次电压90°的正弦波。由于软件积分基于数字电路，不受电容温度系数的影响，因此输出电压值受环境温度变化的影响很小，在-4(Γ+55°环境温度范围内，的精度能满足0. 2S级计量的要求，故系统稳态时测量电压采用软件积分算法能满足高精度的要求。线性放大器用于软件积分，线性放大器的放大倍率可以在500以内。当一次系统故障，发生电压变化时，电容分压环输出电压Uo也是Ui的微分，这时变化速度相对稳态较快，硬件积分电路可快速跟踪被测电压Ui的变化得到一致的电压采样信号。硬件积分电路采用高精度、低温度系数的电阻、电容元件和精密运算放大器， 在-4(Γ+55°环境温度范围内，采样误差小于0.5%，满足保护装置的精度要求。门槛值U与 GIS电子式互感器的Ui有一定关联性，如是测量的Ui的几倍幅值以内。当远端模块检测到一次电压变化时，测量电压从软件积分自动切换到硬件积分， 经过延时At后，又自动切换到软件积分算法。因系统故障电压突变时间持续很短，即测量电压切换为硬件积分的时间很短，故对测控和计量的精度没有影响。因此GIS电子式电压互感器采用硬件积分和软件积分相互配合，既能满足稳态时的高采样精度要求，又能满足暂态时的电压快速、实时跟踪要求。即同时兼顾到保护、测控和计量等设备对采样精度和暂态特性的双重需求。
权利要求
1.一种软硬件积分计算电压方法，其特征是由电容分压环等效电路(1)输出的电压信号Uo同时经硬件积分电路(2)积分和线性放大电路(3)分别得到两路处理后的电压信号 Uml和咖2，然后所述二路电压信号再分别通过模数转换器进行模数转换采样，将这两路采样数据同时送给CPU处理，其特征是当通过硬件积分电路(2)积分后的电压的突变量即 Δ U小于或等于门槛值U时，则采用线性放大电路(3)输出的电压输出给装置进行软件积分计算测量电压；当通过硬件积分电路(2)积分后的电压的突变量AU大于门槛值U时， 测量电压从软件积分自动切换到硬件积分，即采用硬件积分电路(2)输出的电压toil作为测量电压。
2.如权利要求1所述的一种软硬件积分计算电压方法，其特征是当通过硬件积分电路(2)积分后的电压的突变量AU大于门槛值U时，测量电压从软件积分自动切换到硬件积分，即采用硬件积分电路(2)输出的电压toil作为测量电压；经过延时At后，再自动切换到软件积分测量。
全文摘要
软硬件积分计算电压方法，由电容分压环等效电路(1)输出的电压信号Uo同时经硬件积分电路(2)积分和线性放大电路(3)分别得到两路处理后的电压信号Um1和Um2，然后所述二路电压信号再分别通过模数转换器进行模数转换采样，将这两路采样数据同时送给CPU处理，当通过硬件积分电路(2)积分后的电压的突变量即ΔU小于或等于门槛值U时，则采用线性放大电路输出的电压Um2输出给装置进行软件积分计算测量电压；当通过硬件积分电路积分后的电压的突变量ΔU大于门槛值U时，测量电压从软件积分自动切换到硬件积分。本发明解决了稳态时要求高采样精度的问题及暂态时要求电压快速、实时准确跟踪的问题。
文档编号G01R19/00GK102455376SQ201010513038
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者冯亚东, 吴正伟, 朱继红, 胡桂平, 董隽 申请人:南京南瑞继保工程技术有限公司, 南京南瑞继保电气有限公司