专利名称：电压互感器及二次回路压降误差的补偿方法及补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电力测量领域、涉及一种电压互感器及二次回路压降误差的补偿方法及补偿装置。
背景技术：
迄今为止，高精度电压互感器与二次回路压降补偿装置是两个完全不同的产品，由于高精度电压互感器价格较高，通常用在校检的场所，在传统的电力测量领域通常使用0.2级的电压互感器，在变电所、发电厂及变压计量的大用户，其电压互感器二次电压经出口端子、开关、熔丝、电缆等组成的二次回路送入电能表，负载电流会在这些二次回路中产生二次压降而带来计量误差，为了减小二次回路的计量误差，目前出现了很多二次回路压降补偿装置，这些装置只能补偿二次回路压降但不能减小电压互感器的误差，本人在专利号为200420010848.4的专利中提出了一种新型电压互感器二次压降误差补偿装置，该装置可以使电压互感器及二次回路压降误差非常小，但该装置必须与进行空载补偿的电压互感器配合使用才能补偿电压互感器误差，否则仅能补偿二次压降，本发明对该专利进行了改进，提出了一种不需要对电压互感器作任何改进即能补偿电压互感器误差及二次回路压降误差的方法与补偿装置。该补偿装置可以装设在电能计量端也可装设在电压互感器端。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以对电压互感器的误差及二次回路压降误差进行补偿的方法，同时提供一种补偿电压互感器的误差及二次回路压降误差的补偿装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种电压互感器误差及二次回路压降误差的补偿方法，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻与变压器，通过控制变压器的输出电压来进行误差补偿，通过串联接入电阻检测二次回路中流过的电流，将串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再与一个参考电压信号相加送入运算放大器的一个输入端、电压互感器的二次侧出线端与负载(通常为计量电表)的接入端的电压信号隔离后送入运算放大器的另一个输入端，将这两个信号相减后的电压信号进行电压放大与功率放大，由功率放大电路驱动串联接入变压器的二次绕组，串联接入变压器的一次绕组接入电压互感器的二次回路，当电压放大器的放大倍数非常大时，串联接入变压器产生的电压即等于串接电阻上的电压及电压互感器的误差压降与二次回路压降之和，但两者方向相反。
在二次回路中串联接入的电阻与变压器采用投切的方法接入。
参考电压信号为定值交流电压，它由从串联接入电阻两端取样电压信号隔离后的电压信号经自动增益控制(AGC)电路得到。
与串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再进行相加的参考电压信号可以为零，即不接入参考电压信号。
本发明实现上述补偿方法的补偿装置由串接电阻(I)、串接变压器(II)、电压隔离电路(III)、电压运算放大电路(IV)、功率放大电路(V)、供电电源电路(VI)、投切电路(VII)组成，由串接电阻(I)两端引出的电压信号、电压互感器的二次侧出线端与负载(通常为计量电表)的接入端引出的电压信号接各自的电压隔离电路(III)，电压隔离电路(III)将这两路信号分别送入电压运算放大电路(IV)的集成运算放大器的两个输入端，其中隔离后的串接电阻(I)两端电压信号在集成运算放大器的一个输入端与一参考电压信号相加，集成运算放大器将同、反相输入端的信号进行减法运算后再进行电压放大，电压运算放大电路(IV)的输出接功率放大电路(V)，功率放大电路(V)的输出接串接变压器的二次侧，整个装置由供电电源电路(VI)供电，投切电路(VII)的常闭触点与串接电阻(I)及串接变压器(II)相并联。
供电电源电路(VI)由变压器、整流滤波电路、稳压电路组成。
供电电源电路(VI)的变压器的一次侧接变电站的220V交流电源或接补偿装置输出端的100V交流线电压。
电压隔离电路(III)由隔离变压器或隔离运算放大器组成。
参考电压信号由串联接入电阻两端取样电压信号经电压隔离电路(III)后，再经自动增益控制(AGC)电路得到，自动增益控制(AGC)电路采用变增益运放(如LMH6502)实现。
与现有技术相比，本发明具有以下优点1、本发明是通过在二次回路中串联接入精密电阻来进行电压取样，从而检测二次回路中流过的二次电流，进而确定互感器的一次及二次侧电阻压降误差。
2、本发明是通过在进行减法运算的运算放大器的一侧接入参考电压信号来补偿由于电压互感器的负载定值补偿所造成的二次负载波动时的电压误差。
3、本发明的供电电源电路可以取自变电站的220V交流电压，也可取自电压互感器的二次电压。
4、本发明的二次回路中串联接入电阻与串接变压器采用继电器投切的方式，装置自身故障、供电电源故障停电时会自动切除串接电阻及串接变压器，不会影响电能表的正常计量。
5、本发明的电子补偿装置不仅可以补偿二次回路的压降，也可以补偿电压互感器本身的电压误差，从而使整个电压测量回路的误差非常小。
6、本发明的补偿方法及补偿装置的串接变压器产生的补偿电压的大小近似等于二次回路的压降误差与串接电阻上的电压降及电压互感器自身的压降误差之和。
图1为本发明的电子补偿装置各部分连接关系原理框图；图2为本发明的电子补偿装置中供电电源的电路示意图；图3为本发明的电子补偿装置(其中一相)的整体连接关系示意图；图4为本发明的电子补偿装置中参考电压产生电路中自动增益控制(AGC)部分电路示意图；具体实施方式
本发明对电压互感器误差及二次回路压降误差进行补偿的方法是通过在电压互感器的二次回路中串接电阻与串接变压器，通过串联接入电阻检测二次回路中流过的电流，进而提供负载时电压互感器一次及二次绕组电压误差信息，通过采集电压互感器的二次侧出线端与负载(通常为计量电表)的接入端的电压信号提供回路二次压降信息，将串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再与一个参考电压信号相加送入运算放大器的一个输入端、电压互感器的二次侧出线端与负载的接入端的电压信号隔离后送入运算放大器的另一个输入端，将这两个信号相减后的电压信号进行电压放大与功率放大，由功率放大电路驱动串联接入变压器的二次绕组，通过闭环控制串接变压器的一次侧输出电压来进行误差补偿，当闭环控制系统的电压放大倍数很高时，整个电压测量回路的误差便接近于零。在二次回路中串联接入的电阻与变压器采用投切的方法接入，参考电压信号为定值交流电压，它由从串联接入电阻两端取样电压信号隔离后的电压信号经自动增益控制(AGC)电路得到。与串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再进行相加的参考电压信号可以为零，即不接入参考电压信号。
本发明的补偿装置原理框图如图1所示，电子补偿装置主要由串接电阻(I)，串接变压器(II)，电压隔离电路(III)、电压运算放大电路(IV)、功率放大电路(V)、供电电源电路(VI)、投切电路(VII)组成，供电电源电路(VI)用于将交流220V(或100V)电源转换为直流电源供芯片、功率放大器及继电器工作，串接电阻取样电压信号及二次回路压降信号经电压隔离电路(III)后分别接电压运算放大电路(IV)中集成运放的两个输入端，两者在电压运算放大电路(IV)中进行相减及电压放大后接功率放大电路(V)，功率放大电路的输出接串接变压器的二次绕组。
如图2所示，供电电源电路取自单相220V交流电源(或电压互感器的二次100V交流线电压)，经具有两个次级线圈的输出变压器后分两路输出，每路输出再经过全波整流、电容滤波后连接型号为78XX如7805、7815、7824(IC5、IC7)与79XX如7905、7915、7924(IC6、IC8)的集成稳压电路，由集成稳压电路输出用于供给电压隔离电路(III)、电压运算放大电路(IV)、功率放大电路(V)及投切继电器工作的正、负直流电源。
如图3所示，电压互感器二次侧的出线电压为供电电源电路(VI)中的变压器提供100V的交流线电压，供电电源电路(VI)输出的正、负直流电压为整个补偿装置的芯片、继电器供电，投切电路(VII)继电器常闭触点与串接电阻(I)、串接变压器(II)并联，电压隔离电路(III)由隔离变压器或隔离运算放大器(如ISO122JP)组成，串接电阻两端的采样电压信号经电压隔离电路(III)隔离后再与一个参考电压信号相加接电压运算放大电路(IV)的运算放大器的一个输入端，二次回路电压信号经电压隔离电路(III)隔离后接电压运算放大电路(IV)的运算放大器的另一个输入端，运算放大器将两者相减后再进行电压放大、电压运算放大电路(IV)的输出接功率放大电路(V)，功率放大电路(V)采用集成功率放大器(如TDA7294)，功率放大电路(V)的输出接串接变压器(II)的二次绕组，当整个系统的电压放大倍数很大时，变压器的一次侧便输出用于补偿电压互感器误差及二次回路压降与串接电阻上压降的电压。串接电阻(I)采用精密电阻。三相电子补偿装置可由三个单相电子补偿装置组成。
如图4所示，参考电压产生电路由变增益运算放大器IC41、通用运算放大器IC42与IC43组成，由串接电阻两端的电压信号经隔离后接变增益运算放大器IC41的输入端Vin，IC41的输出信号由IC42进行高增益放大后由二极管进行整流后接由IC43组成的积分电路输入端，IC43的输出接变增益运算放大器IC41的电压控制端，从而控制IC41的放大倍数，保证Vout为一恒定输出电压信号，电路的实际输出电压Vout(即UREF)通过可调电位器R2来设置，可调电位器R1用于调节直流偏置。
权利要求
1.一种电压互感器及二次回路压降误差的补偿方法，其特征在于，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻与变压器，通过控制变压器的输出电压来进行误差补偿，通过串联接入电阻检测二次回路中流过的电流，将串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再与一个参考电压信号相加送入运算放大器的一个输入端、电压互感器的二次侧出线端与负载接入端的电压信号隔离后送入运算放大器的另一个输入端，将这两个信号相减后的电压信号进行电压放大与功率放大，由功率放大电路驱动串联接入变压器的二次绕组，串联接入变压器的一次绕组接入电压互感器的二次回路。
2.如权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，在二次回路中串联接入的电阻与变压器采用继电器投切的方法接入。
3.如权利要求1所述的补偿方法，其特征在于，参考电压信号为定值交流电压，它由从串联接入电阻两端取样电压信号隔离后的电压信号经自动增益控制电路得到。
4.如权利要求1或2所述的补偿方法，其特征在于，与串联接入电阻两端取样电压信号隔离后再进行相加的参考电压信号可以为零，即不接入参考电压信号。
5.一种实现权利要求1所述补偿方法的补偿装置，其特征在于，该装置由串接电阻(I)，串接变压器(II)，电压隔离电路(III)、电压运算放大电路(IV)、功率放大电路(V)、供电电源电路(VI)、投切电路(VII)组成，由串接电阻(I)两端引出的电压信号、电压互感器的二次侧出线端与负载(通常为计量电表)的接入端引出的电压信号接各自的电压隔离电路(III)，电压隔离电路(III)将这两路信号分别送入电压运算放大电路(IV)的运算放大器的两个输入端，其中隔离后的串接电组(I)两端电压信号在运算放大器的一个输入端与一参考电压信号相加，运算放大器将两个输入端的信号进行减法运算后再进行电压放大，电压运算放大电路(IV)输出的信号接功率放大电路(V)，功率放大电路(V)的输出接串接变压器的二次侧，整个装置由供电电源电路(VI)供电，投切电路(VII)的常闭触点与串接电组(I)及串接变压器(II)相并联。
6.如权利要求5所述的补偿装置，其特征在于，供电电源电路(VI)由变压器、整流滤波电路、稳压电路组成。
7.如权利要求5或6所述的补偿装置，其特征在于，供电电源电路(VI)的变压器的一次侧接变电站的220V交流电源或接补偿装置输出端的100V交流线电压。
8.如权利要求5所述的补偿装置，其特征在于，电压隔离电路(III)由隔离变压器或隔离运算放大器组成。
9.如权利要求5所述的补偿装置，其特征在于，参考电压信号由串联接入电阻两端取样电压信号经电压隔离电路(III)后，再经自动增益控制(AGC)电路得到，自动增益控制电路采用变增益运算放大器实现。
全文摘要
本发明涉及一种电压互感器误差及二次回路压降误差的补偿方法，是在电压互感器的二次回路中串联接入电阻与变压器，将串联接入电阻两端取样电压隔离后再与一个参考电压信号相加接运算放大器的一个输入端，二次回路压降信号隔离后接运算放大器的另一输入端，两者相减后再进行电压放大与功率放大，功率放大电路的输出与串接变压器的二次绕组相连。本发明还涉及一种补偿装置，装置由串接电阻、串接变压器、电压隔离电路、电压运算放大电路、功率放大电路、供电电源电路、投切电路组成，串接电阻电压与二次回路压降信号接电压隔离电路，隔离电路输出接电压运算放大电路，运算放大电路输出接功率放大电路，功率放大电路输出接串接变压器的二次侧。
文档编号G01R15/00GK101086917SQ20061001793
公开日2007年12月12日 申请日期2006年6月9日 优先权日2006年6月9日
发明者赵国生, 焦留成, 程志平 申请人:郑州大学