一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，包括一次高压接线端、接地端、高压电容模块、双向保护模块、电压形成模块，一次高压接线端与高压母线相连，高压电容模块高压端与一次高压接线端连接，双向保护模块串接在高压电容模块低压端和接地端之间，电压形成模块输入端与高压电容模块低压端相连，电压形成模块输出端设有依次串接的稳暂态双通道信号积分模块、双积分信号采集处理模块、通信模块。本实用新型采用稳暂态双通道信号积分模块实现对谐波稳态信号和暂态扰动信号的积分，兼顾了谐波电压检测和暂态扰动电压检测，并具有数字输出，满足电子式互感器国际标准规定的电能质量品质测量要求。
【专利说明】
一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种电子式电压互感器，特别涉及一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器。
【背景技术】
[0002]智能电网中大量使用各种电力电子装置，并允许接入风能、太阳能等具有随机特性的分布式电源，系统中谐波和暂态扰动等电能质量问题日益突出。与此同时，智能电网中对电能质量敏感的负荷不断增加，对电能质量提出了更高的要求，因此对智能电网电能质量进行高精度、有效检测，对掌握电能质量情况、改善和提高智能电网电能质量具有重要的意义。利用电力互感器准确地传变和检测电能质量一次信号是实现电能质量参数进一步测量、分析的重要前提。
[0003]传统的高压电压互感器存在频带窄、暂态扰动传变特性不理想、不具备数字接口等问题，无法满足智能电网对电能质量信号高精度检测的需要。近十多年来，电子式互感器发展迅速，其具有体小质轻、无铁磁谐振、绝缘结构简单、采用数字量输出等优点，很好地适应了智能电网的发展需求。利用电子式互感器进行电能质量信号传变与检测是智能电网电能质量检测技术发展的必然趋势。
[0004]电子式电压互感器主要分为无源光学电压互感器和有源电子式电压互感器。光学电压互感器采用光学晶体及光学纤维实现对高电压的测量，具有良好的宽频响应特性和高精度特性，可以用来测量谐波，但光学电压互感器的工作性能受温度、振动等外界因素影响大，其长期运行的稳定性、可靠性需要进一步研究，因此至今国内外光学电压互感器都未在工程现场大规模应用。相比而言，由于没有光学传感头，有源电子式电压互感器比光学电压互感器的工作性能更加稳定，而且其一次传感技术比较成熟，运行经验丰富，因此在系统中获得了更加广泛的应用，现阶段国内智能变电站在运的高压电子式电压互感器几乎全部为有源电容分压型电子式电压互感器。电容分压型电子式电压互感器的传感头可以等效为一个电容分压器，为了在暂态过程中释放电容分压器低压电容上的滞留电荷、改善互感器的暂态性能，通常在低压电容两端并联一个小电阻，该并联电阻的存在导致电容分压型电子式电压互感器的谐波传变特性发生一定的畸变，频率越高，谐波的幅值误差和相位误差越大，影响谐波测量结果，无法满足IEC60044-8电子式互感器国际标准规定的电能质量品质测量要求。有鉴于此，对适用于智能变电站电能质量高精度检测的电子式电压互感器的研究具有重要的理论意义和实践意义。
【发明内容】
[0005]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种抗干扰能力强、测量精度高、谐波检测范围宽的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器。
[0006]本实用新型解决上述问题的技术方案是:一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，包括一次高压接线端、接地端、高压电容模块、双向保护模块、电压形成模块，一次高压接线端与高压母线相连，高压电容模块高压端与一次高压接线端连接，双向保护模块串接在高压电容模块低压端和接地端之间，在高压电容模块上流过反映一次高压信号的电容电流，电压形成模块输入端与高压电容模块低压端相连，形成反映一次高压信号的等比微分电压信号，所述电压形成模块输出端设有依次串接的稳暂态双通道信号积分模块、双积分信号采集处理模块、通信模块。
[0007]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述稳暂态双通道信号积分模块包括谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输入端与电压形成模块的输出端相连，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输出端与双积分信号采集处理模块相连。
[0008]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述谐波稳态信号积分模块包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一模拟开关和第二模拟开关，所述第一运算放大器的同相输入端接地，第一运算放大器的反相输入端经第一电阻、第一模拟开关后接电压形成模块的输出端，第一运算放大器的输出端与双积分信号采集处理模块相连，所述第一电容跨接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第二电阻并接在第一电容两端，所述第二模拟开关并接在第二电阻两端，所述第一模拟开关和第二模拟开关的控制端分别与双积分信号采集处理模块相连。
[0009]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述暂态扰动信号积分模块包括第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容和第三电容，所述第二运算放大器的同相输入端经第四电阻、第三电阻后接电压形成模块的输出端，所述第二电容的一端接在第三电阻与第四电阻之间，第二电容的另一端与第二运算放大器的输出端相连，第三电容的一端与第二运算放大器的同相输入端相连，第三电容的另一端接地，第二运算放大器的反相输入端经第五电阻后接地，所述第六电阻跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三运算放大器的同相输入端接地，第三运算放大器的反相输入端经第七电阻后与第二运算放大器的输出端相连，第三运算放大器的输出端与双积分信号采集处理模块相连，第八电阻跨接在第三运算放大器的反相输入端与输出端之间。
[0010]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述高压电容模块为采用低膨胀合金4J36制作而成的高低压圆筒形电极。
[0011]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述双向保护模块包括串接在高压电容模块低压端和接地端之间的两个正反对接的二极管。
[0012]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，电压形成模块包括第四运算放大器和第九电阻，所述第四运算放大器的同相输入端连接接地端，第四运算放大器的反相输入端与高压电容模块低压端相连，第四运算放大器的输出端作为电压形成模块的输出端，第九电阻跨接在第四运算放大器的反相输入端与输出端之间。
[0013]本实用新型的有益效果在于:
[0014]1、本实用新型在电压形成模块输出端设有依次串接的稳暂态双通道信号积分模块、双积分信号采集处理模块、通信模块，稳暂态双通道信号积分模块分别对一次谐波稳态电压和暂态扰动电压的等比微分电压信号进行积分处理，形成反映一次谐波稳态电压和暂态扰动电压的二次模拟电压输出信号，双积分信号采集处理模块分别对二次谐波稳态电压和暂态扰动电压信号完成信号采样处理，并依据采样结果进行电压信号的识别，从而灵活地调整输出的数字信号，当一次电压处于稳态时，输出谐波稳态信号积分模块的采样数据；当一次电压处于暂态扰动状态时，输出暂态扰动信号积分模块的采样数据，并将输出结果输入通信模块后形成电子式电压互感器的二次输出，采用稳暂态双通道信号积分模块实现对谐波稳态信号和暂态扰动信号的积分，兼顾了谐波电压检测和暂态扰动电压检测，并具有数字输出，满足IEC60044-8电子式互感器国际标准规定的电能质量品质测量要求，同时可满足基波电压的检测要求。
[0015]2、本实用新型将高压电容模块直接并联在被测一次高压信号两端，利用高压电容电流反映一次电压，避免了电容分压型电子式电压互感器低压电容并联电阻对互感器谐波传变特性的影响，提高了电子式电压互感器的谐波检测频率范围；同时，利用传输电流信号受电磁场干扰影响小的特点，提高了电子式电压互感器的抗干扰性能。
[0016]3、本实用新型的高压电容模块为采用低膨胀合金4J36制作而成的高低压圆筒形电极，其电容量随温度变化极小，电容性能稳定，准确度高，提高了电子式电压互感器的检测精度。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的电路图。
[0018]图2为本实用新型稳暂态双通道信号积分模块中谐波稳态信号积分模块的电路图。
[0019]图3为本实用新型稳暂态双通道信号积分模块中暂态扰动信号积分模块的电路图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0021]如图1所示，本实用新型包括一次高压接线端1、接地端2、高压电容模块3、双向保护模块4、电压形成模块5、稳暂态双通道信号积分模块6、双积分信号采集处理模块7、FPGA通信模块8和数字输出端9。
[0022]—次高压接线端I与高压母线相连，高压电容模块3高压端与一次高压接线端I连接，双向保护模块4包括串接在高压电容模块3低压端和接地端2之间的两个正反对接的二极管401和402，在高压电容模块3上流过反映一次高压信号的电容电流，电压形成模块5包括第四运算放大器501和第九电阻502，所述第四运算放大器501的同相输入端连接接地端2，第四运算放大器501的反相输入端与高压电容模块3低压端相连，第四运算放大器501的输出端作为电压形成模块5的输出端，第九电阻502跨接在第四运算放大器501的反相输入端与输出端之间，形成反映一次高压信号的等比微分电压信号，所述电压形成模块5输出端设有依次串接的稳暂态双通道信号积分模块6、双积分信号采集处理模块7、通信模块8和数字输出端9。
[0023]所述稳暂态双通道信号积分模块6包括谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输入端与电压形成模块5的输出端相连，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输出端与双积分信号采集处理模块7相连。
[0024]如图2所示，所述谐波稳态信号积分模块采用有损积分器，通过选取合适的元器件参数使其时间常数大，积分频带宽，可以满足60次以下谐波电压和基波电压检测精度要求，其包括第一运算放大器601、第一电阻602、第二电阻603、第一电容604、第一模拟开关605和第二模拟开关606，所述第一运算放大器601的同相输入端接地，第一运算放大器601的反相输入端经第一电阻602、第一模拟开关605后接电压形成模块5的输出端，第一运算放大器601的输出端与双积分信号米集处理模块7相连，所述第一电容604跨接在第一运算放大器601的反相输入端和输出端之间，所述第二电阻603并接在第一电容604两端，所述第二模拟开关606并接在第二电阻603两端，其中第一模拟开关605由双积分信号米集处理模块7控制分合，以控制谐波稳态信号积分模块在一次电压为稳态时在电压过零点投入工作，一次电压为暂态时退出工作，第二模拟开关606也由双积分信号米集处理模块7控制分合，在谐波稳态信号积分模块退出工作时对第一电容604放电，保证投入谐波稳态信号积分模块时不产生暂态过程，保证对谐波稳态信号的测量精度。
[0025]如图3所示，所述暂态扰动信号积分模块基于二阶低通滤波器构成，通过选取合适的元器件参数使其暂态过程短暂，能准确快速地反映一次暂态扰动信号，其包括第二运算放大器607、第三运算放大器608、第三电阻609、第四电阻610、第五电阻611、第六电阻612、第七电阻615、第八电阻616、第二电容613和第三电容614，所述第二运算放大器607的同相输入端经第四电阻610、第三电阻609后接电压形成模块5的输出端，所述第二电容613的一端接在第三电阻609与第四电阻610之间，第二电容613的另一端与第二运算放大器607的输出端相连，第三电容614的一端与第二运算放大器607的同相输入端相连，第三电容614的另一端接地，第二运算放大器607的反相输入端经第五电阻611后接地，所述第六电阻612跨接在第二运算放大器607的反相输入端与输出端之间，第三运算放大器608的同相输入端接地，第三运算放大器608的反相输入端经第七电阻615后与第二运算放大器607的输出端相连，第三运算放大器608的输出端与双积分信号采集处理模块7相连，第八电阻616跨接在第三运算放大器608的反相输入端与输出端之间。
[0026]上述适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器中，所述高压电容模块3为采用低膨胀合金4J36制作而成的高低压圆筒形电极，温度在-40 °C到70 °C范围内变化时电容值变化在0.01 %以内，性能稳定，准确度高。
[0027]双积分信号采集处理模块7由依次串接的信号调理模块、模数转换模块、信息处理模块组成。
[0028]通信模块8包括采样数据组帧打包模块、信息编码模块和电光转换模块。
[0029]本实用新型的工作原理如下:在高压电容模块3上流过反映一次高压信号的电容电流，电压形成模块5形成反映一次高压信号的等比微分电压信号，稳暂态双通道信号积分模块6对一次谐波稳态电压和暂态扰动电压的等比微分电压信号进行积分处理，形成反映一次谐波稳态电压和暂态扰动电压的二次模拟电压输出信号，双积分信号采集处理模块7分别对二次谐波稳态电压和暂态扰动电压信号完成信号采样处理，并依据采样结果进行电压信号的识别，从而调整输出的数字信号，当一次电压处于稳态时，输出谐波稳态信号积分模块的采样数据；当一次电压处于暂态扰动状态时，输出暂态扰动信号积分模块的采样数据，并将输出结果输入通信模块8后形成电子式电压互感器的二次输出，采用稳暂态双通道信号积分模块6实现对谐波稳态信号和暂态扰动信号的积分，兼顾了谐波电压检测和暂态扰动电压检测，并具有数字输出，满足IEC60044-8电子式互感器国际标准规定的电能质量品质测量要求，同时可满足基波电压的检测要求。
【主权项】
1.一种适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，包括一次高压接线端、接地端、高压电容模块、双向保护模块、电压形成模块，一次高压接线端与高压母线相连，高压电容模块高压端与一次高压接线端连接，双向保护模块串接在高压电容模块低压端和接地端之间，在高压电容模块上流过反映一次高压信号的电容电流，电压形成模块输入端与高压电容模块低压端相连，形成反映一次高压信号的等比微分电压信号，其特征在于:所述电压形成模块输出端设有依次串接的稳暂态双通道信号积分模块、双积分信号采集处理模块、通信模块。2.根据权利要求1所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:所述稳暂态双通道信号积分模块包括谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输入端与电压形成模块的输出端相连，谐波稳态信号积分模块和暂态扰动信号积分模块的输出端与双积分信号采集处理模块相连。3.根据权利要求2所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:所述谐波稳态信号积分模块包括第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第一电容、第一模拟开关和第二模拟开关，所述第一运算放大器的同相输入端接地，第一运算放大器的反相输入端经第一电阻、第一模拟开关后接电压形成模块的输出端，第一运算放大器的输出端与双积分信号采集处理模块相连，所述第一电容跨接在第一运算放大器的反相输入端和输出端之间，所述第二电阻并接在第一电容两端，所述第二模拟开关并接在第二电阻两端，所述第一模拟开关和第二模拟开关的控制端分别与双积分信号采集处理模块相连。4.根据权利要求2所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:所述暂态扰动信号积分模块包括第二运算放大器、第三运算放大器、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第二电容和第三电容，所述第二运算放大器的同相输入端经第四电阻、第三电阻后接电压形成模块的输出端，所述第二电容的一端接在第三电阻与第四电阻之间，第二电容的另一端与第二运算放大器的输出端相连，第三电容的一端与第二运算放大器的同相输入端相连，第三电容的另一端接地，第二运算放大器的反相输入端经第五电阻后接地，所述第六电阻跨接在第二运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三运算放大器的同相输入端接地，第三运算放大器的反相输入端经第七电阻后与第二运算放大器的输出端相连，第三运算放大器的输出端与双积分信号采集处理模块相连，第八电阻跨接在第三运算放大器的反相输入端与输出端之间。5.根据权利要求1所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:所述高压电容模块为采用低膨胀合金4J36制作而成的高低压圆筒形电极。6.根据权利要求1所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:所述双向保护模块包括串接在高压电容模块低压端和接地端之间的两个正反对接的二极管。7.根据权利要求1所述的适用于智能电网电能质量检测的电子式电压互感器，其特征在于:电压形成模块包括第四运算放大器和第九电阻，所述第四运算放大器的同相输入端连接接地端，第四运算放大器的反相输入端与高压电容模块低压端相连，第四运算放大器的输出端作为电压形成模块的输出端，第九电阻跨接在第四运算放大器的反相输入端与输出端之间。
【文档编号】G01R19/25GK205643468SQ201620487414
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】邵霞, 彭红海, 王娜
【申请人】湖南大学