一种配电变压器能效计量检测方法
【专利摘要】本发明提供一种配电变压器能效计量检测方法，所述方法包括如下步骤：步骤S1，建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型；步骤S2，计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值；步骤S3，根据所述能源效率值，建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置，并用所述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。该方法能准确的测量出变压器在实际工况下的能源效率值，并且测量仪表引入的不确定度小，适应性强，实际应用价值高。
【专利说明】一种配电变压器能效计量检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种检测方法，具体讲涉及一种配电变压器在实际工况下配电变压器 能效计量检测方法。
【背景技术】
[0002] 电网中非线性负载引起的电力谐波加剧配电变压器的总损耗，导致其带负载能力 下降，电能的巨大浪费。而影响变压器总损耗因素众多，且部分因素存在模糊性和不确定 性，这就降低了能效状态评估的准确性。
[0003] 由于配电变压器的损耗受负载大小和类型的影响，不是一个固定值，长期以来，国 内外判断是否为高损耗配电变压器的方法一般通过空载试验和短路试验测量其铜耗和铁 耗大小，进而与国家制定的标准比较，这种评估变压器静态能效的方式忽略了实际电网中 非线性负载影响和负载不平衡等因素对变压器造成的损耗。
[0004] 因此需要提供一种实际工况下变压器能效计量的检测方法，以为变压器的降损节 能以及变压器的能效等级判定提供数据支撑。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种配电变压器在实际工况 下配电变压器能效计量检测方法。
[0006] 本发明提供的技术方案是：一种配电变压器能效计量检测方法，其改进之处在于： 所述方法包括如下步骤：
[0007] 步骤S1，建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型；
[0008] 步骤S2,计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值；
[0009] 步骤S3,根据所述能源效率值，建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置，并 用所述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。
[0010] 优选的，所述步骤Si的无功损耗二端口网络模型包括：配电变压器、虚拟电流源 和虚拟电压源；所述配电变压器包括两个输入和输出端口，所述两个输入端口之间并联所 述虚拟电流源，所述两个输出端口中的一个输出端与所述虚拟电压源的一端连接；所述两 个输出端口中的另一端输出端和所述虚拟电压源的另一端为所述无功损耗二端口网络模 型的输出端；所述虚拟电流源的两端为所述无功损耗二端口网络模型的输入端。 toon] 进一步，所述虚拟电流源电流为r = I1-I2A1，其中r为虚拟电流源的电流山为 配电变压器输入端口的电流；12为配电变压器输出端口的电流^为任意比例常数；I2A1为所述无功损耗二端口网络模型的输入电流；
[0012] 所述虚拟电压源电压为v# = V1A2-V2，其中v#为虚拟电压源两端的电压A为所 述配电变压器的两个输入端口之间的电压；v2为所述配电变压器的两个输出端口之间的电 压；K2为任意比例常数，K2 = K1 AA2为所述无功损耗二端口网络模型的输出电压；
[0013] 所述无功损耗二端口网络模型的输入电压等于所述配电变压器的两个输入端口 之间的电压等于V1;所述无功损耗二端口网络模型的输出电流等于所述配电变压器输出端 口的电流等于I2。
[0014] 进一步，步骤S2包括：根据下式（1)计算所述无功损耗二端口网络模型的输入功 率Pl :
[0015] Pl = V1XI2A1 (1);
[0016] 根据下式（2)计算所述无功损耗二端口网络模型的输出功率P2 :
[0017] P2 = V1A2XI2 (2)；
[0018] 由 K2= K1，可知 Pl = P2 ;
[0019] 根据Pl = P2,得到所述无功损耗二端口网络模型的输入功率等于其输出功率；所 述虚拟电压源和所述虚拟电流源提供的功率等于所述配电变压器消耗的功率；
[0020] 根据式（3)计算所述虚拟电流源提供的功率P' ：
[0021] P' = (IrI2A1) XV1 (3)；
[0022] 根据式（4)计算所述虚拟电压源提供的功率P":
[0023] P" = (V1A2-V2) XI2 (4)；
[0024] 根据式（3)和式（4)，用式（5)计算所述配电变压器的功率损耗Puss :
[0025] Ploss = P' +P" = (I1-I2A1) XV^(V1A2-V2) XI2 (5)；
[0026] 根据式（6)计算所述无功损耗二端口网络模型中的配电变压器的能源效率值n :
【权利要求】
1. 一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤： 步骤S1，建立所述配电变压器的无功损耗二端口网络模型； 步骤S2,计算所述无功损耗二端口网络模型中配电变压器的能源效率值； 步骤S3,根据所述能源效率值，建立配电变压器在实际工况下的能效检测装置，并用所 述检测装置检测所述配电变压器在实际工况下的能源效率值。
2. 如权利要求1所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述步骤S1的无功损耗二端口网络模型包括：配电变压器、虚拟电流源和虚拟电压 源；所述配电变压器包括两个输入和输出端口，所述两个输入端口之间并联所述虚拟电流 源，所述两个输出端口中的一个输出端与所述虚拟电压源的一端连接；所述两个输出端口 中的另一端输出端和所述虚拟电压源的另一端为所述无功损耗二端口网络模型的输出端； 所述虚拟电流源的两端为所述无功损耗二端口网络模型的输入端。
3. 如权利要求2所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述虚拟电流源电流为r=ii-L/Ki，其中r为虚拟电流源的电流山为配电变压器 输入端口的电流；12为配电变压器输出端口的电流屯为任意比例常数；12/1为所述无功 损耗二端口网络模型的输入电流； 所述虚拟电压源电压为V# = ，其中V#为虚拟电压源两端的电压；％为所述配 电变压器的两个输入端口之间的电压；V2为所述配电变压器的两个输出端口之间的电压；K2为任意比例常数，K2 = & 为所述无功损耗二端口网络模型的输出电压； 所述无功损耗二端口网络模型的输入电压等于所述配电变压器的两个输入端口之间 的电压等于％ ;所述无功损耗二端口网络模型的输出电流等于所述配电变压器输出端口的 电流等于12。
4. 如权利要求3所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 步骤S2包括：根据下式（1)计算所述无功损耗二端口网络模型的输入功率P1 : PI=ViXI^ (1); 根据下式（2)计算所述无功损耗二端口网络模型的输出功率P2 : P2 = (2)； 由K2 = &，可知PI=P2 ; 根据PI=P2,得到所述无功损耗二端口网络模型的输入功率等于其输出功率；所述虚 拟电压源和所述虚拟电流源提供的功率等于所述配电变压器消耗的功率； 根据式（3)计算所述虚拟电流源提供的功率P' ： P' = (Ii-L/igXV! (3)； 根据式（4)计算所述虚拟电压源提供的功率P": P" = (V/l-%)XI2 (4)； 根据式（3)和式（4)，用式（5)计算所述配电变压器的功率损耗I%ss : PL〇ss =P，+P" =(IrVDxv(Vk2-v2)X12 (5)； 根据式（6)计算所述无功损耗二端口网络模型中的配电变压器的能源效率值n:
5. 如权利要求1所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述步骤S3中的检测装置包括：电流检测部分，电压检测部分，智能宽带传感器，宽带 测试仪和上位机； 所述电流检测部分和所述电压检测部分分别通过电流互感器和电压互感器与所述智 能宽带传感器连接；所述智能宽带传感器、所述宽带测试仪、所述上位机依次连接。
6. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述电流检测部分通过电流互感器检测配电变压器在实际工况下的电流参数；所述电 压检测部分通过电压互感器检测配电变压器在实际工况下的电压参数；所述智能宽带传感 器测量所述电流互感器的输出电流和所述电压互感器的输出电压；所述宽带测试仪根据所 述输出电流和所述输出电压计算所述配电变压器在实际工况下的能源效率值；所述上位机 显示和存储所述能源效率值。
7. 如权利要求6所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述配电变压器的输入侧接工频电压源，其输出侧接负载。
8. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述电流检测部分包括电流互感器CT、CT1、CT2和CT3 ;所述电压检测部分包括电压互 感器VT、VT1 和VT2 ; 所述电压互感器VT2的一次绕组的一端分别与工频电压源的一端和所述电流互感器CT2的一次绕组的一端连接，所述电压互感器VT2的一次绕组的另一端分别与所述工频电 压源的另一端、所述电流互感器CT1的一次绕组的一端、所述电压互感器VT-次绕组的一 端和所述电流互感器CT的二次绕组的一端连接；所述电流互感器CT2的一次绕组的另一 端分别与所述电压互感器VT的一次绕组的另一端和所述配电变压器的一次绕组的一端连 接，所述电流互感器CT1的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器一次绕组的另一端和 所述电流互感器CT的二次绕组的另一端连接； 所述电流互感器CT的一次绕组的一端分别与所述配电变压器的二次绕组的一端和所 述电压互感器VT的二次绕组的一端连接，所述电流互感器CT的二次绕组的另一端与所述 电流互感器CT3的一次绕组的一端连接，所述电流互感器CT3的一次绕组的另一端与负载 连接，所述电压互感器VT的二次绕组的另一端与所述电压互感器VT1的一次绕组的一端连 接，所述电压互感器VT1的一次绕组的另一端分别与所述配电变压器的二次绕组的另一端 和所述负载连接； 所述电压互感器VT2的二次绕组的两端、所述电压互感器VT1的二次绕组的两端、所述 电流互感器CT1的二次绕组两端、所述电流互感器CT2的二次绕组两端、以及所述电流互感 器CT3的二次绕组两端分别与所述智能宽带传感器连接。
9. 如权利要求8所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述电流互感器CT的变比为K1 :1，所述电流互感器CT1的变比为1:1，所述电流互感 器CT2的变比为1:1 ;所述电流互感器CT3的变比为1 :1 ;所述电压互感器VT的变比为K2 : 1，所述电压互感器VT1的变比为1:1，所述电压互感器VT2的变比为1:1 ;其中K1和K2为 任意比例常数，且Kl=K2 ; 所述电流互感器CT1测量配电变压器在实际工况下的电流参数I1-I2/K1，其中II为所 述配电变压器在实际工况下的输入电流，12为所述配电变压器在实际工况下的输出电流； 所述电流互感器CT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电流II; 所述电流互感器CT3测量所述配电变压器在实际工况下的输出电流12 ; 所述电压传感器VT1测量所述配电变压器在实际工况下的电压参数V1/K2-V2,其中VI为所述配电变压器在实际工况下的输入电压，V2为所述配电变压器在实际工况下的输出电 压； 所述电压互感器VT2测量所述配电变压器在实际工况下的输入电压VI。
10. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述智能宽带传感器包括电流传感器、电压传感器、信号调理电路、AD转换器、微控制 器、第一光纤通信接口和隔离电源； 所述电流传感器包括与所述电流互感器输出端相连的输入以及与所述信号调理电路 输入端相连的输出；所述电压传感器包括与所述电压互感器输出端相连的输入以及与所述 信号调理电路输入端相连的输出；所述信号调理电路包括分别与所述AD转换器输入端连 接的输出以及与所述微控制器输入端连接的输出，所述微控制器包括与所述AD转换器输 出端连接的输入以及与所述第一光纤通信接口连接的输出； 所述隔离电源分别与所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器连接。
11. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述电流传感器测量所述电流互感器的输出电流，并将其传输给信号调理电路；所述 电压传感器测量所述电压互感器的输出电压，并将其传输给信号调理电路；所述信号调理 电路对接收到的信号调理后分别传输给所述AD转换器和所述微控制器；所述AD转换器对 接收到的信号进行AD转换后传输给微控制器；所述微控制器接收所述信号调理电路的输 出信号，计算所述输出信号的周期后通过光纤通信接口传输给宽带测试仪；所述微控制器 接收所述AD转换器的输出信号，读取和修正所述输出信号后通过所述第一光纤通信接口 传输给宽带测试仪； 所述隔离电源用于给所述信号调理电路、所述AD转换器、所述微控制器供电。
12. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述电流传感器包括第一电流传感器、第二电流传感器和第三电流传感器；所述电压 传感器包括第一电压传感器和第二电压传感器；所述信号调理电路包括A、B、C、D和E五个 信号调理电路； 所述第一电流传感器包括与电流互感器CT1的二次绕组相连的输入以及与所述信号 调理电路A的输入端相连的输出；所述第二电流传感器包括与电流互感器CT2的二次绕组 相连的输入以及与所述信号调理电路B的输入端相连的输出；所述第三电流传感器包括与 电流互感器CT3的二次绕组相连的输入以及与所述信号调理电路C的输入端相连的输出； 所述第一电压传感器包括与电压互感器VT1的二次绕组相连的输入以及与所述信号 调理电路D的输入端相连的输出；所述第二电压传感器包括与电压互感器VT2的二次绕组 相连的输入以及与所述信号调理电路E的输入端相连的输出； 所述AD转换器包括分别与所述信号调理电路A、所述信号调理电路B、所述信号调理电 路C、所述信号调理电路D以及所述信号调理电路E连接的输入。
13. 如权利要求10所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述信号调理电路包括缓冲放大器、增益控制器、次级运算放大器、二阶Butterworth 低通滤波器、相位补偿电容、输出缓冲器、基波范围低通滤波器和过零检测电路； 所述缓冲放大器、所述增益控制器、所述次级运算放大器、所述二阶Butterworth低通 滤波器以及所述输出缓冲器依次连接，所述相位补偿电容与所述二阶Butterworth低通滤 波器并联，所述缓冲放大器的另一端为与所述电流传感器输出端或所述电压传感器输出端 连接的输入，所述输出缓冲器器的另一端为与所述AD转换器连接的输出； 所述基波范围低通滤波器包括与所述增益控制器输出端连接的输入以及与所述过零 检测电路输入端连接的输出；所述过零检测电路包括与所述微控制器输入接口相连的输 出。
14. 如权利要求13所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述缓冲放大器对所述电压传感器或所述电流传感器输出信号进行阻抗匹配及初级 放大后输出给增益控制器，所述增益控制器在所述微控制器的控制下调整电路放大系数， 保持输出信号幅度恒定不变，并在所述微控制器的控制下分别输出信号给所述次级运算放 大器和所述基波范围低通滤波器； 所述次级运算放大电路对信号进行固定倍数放大后向所述二阶Butterworth低通滤 波器输出，所述二阶Butterworth低通滤波器对信号中的高频部分进行衰减，低频部分完 好保留后向所述输出缓冲器输出，所述输出缓冲器对输出信号进行缓冲后向AD转换器输 出并采样； 所述基波范围低通滤波器对信号中的基波范围以外的信号部分进行衰减，保留基波范 围内的信号输出给所述过零检测电路，所述过零检测电路对接收信号的过零时刻进行记录 后向微控制器的捕获中断口输出； 所述相位补偿电容使信号调理电路输出达到相位一致。
15. 如权利要求14所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述微控制器接收所述过零检测电路的输出信号，计算所述信号周期，并向宽带测试 仪输出，所述宽带测试仪根据所述信号周期计算频率并将所述频率作为能源效率计算的基 础频率；所述AD转换器将所述频率作为同步采样频率。
16. 如权利要求5所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述宽带测试仪包括第二光纤通信接口，数字信号处理器DSP，现场可编程逻辑门阵列FPGA、USB通信接口和LED显示屏；所述第二光纤通信接口、所述数字信号处理器DSP、所述 现场可编程逻辑门阵列FPGA和所述USB通信接口依次连接，所述LED显示屏与所述数字信 号处理器DSP连接； 所述第二光纤通信接口与智能传感器的第一光纤通信接口相连；所述USB通信接口与 上位机连接。
17. 如权利要求16所述的一种配电变压器能效计量检测方法，其特征在于： 所述数字信号处理器DSP在所述现场可编程逻辑门阵列FPGA的同步逻辑控制下通过 所述第二光纤通信接口接收所述智能传感器输出的电流参数I1-I2/K1、II、12和电压参数 V1/K2-V2、VI，并采用如下式（7)计算所述配电变压器的能源效率值n'，并将计算数据通 过USB通信接口发送到上位机，进行实时波形显示和谐波分析，所述LED显示屏显示当前计 算的能源效率值n' ；
【文档编号】G01R21/06GK104407209SQ201410601509
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】殷小东, 熊博, 周峰, 姜春阳 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院