一種電壓電流微分信號在線測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明一種電壓電流微分信號在線測量裝置,用于測量電力系統中電壓電流的一 次微分信號。
【背景技術】
[0002] 目前的電力系統中測量與保護裝置的前端主要是互感器,用W測量電壓電流信 號,供給繼保或者測量系統使用。作為得到逐步推廣的電子式互感器,基于空屯、線圈的電子 式電流互感器巧CT)和基于電容電流型原理的電子式電壓互感器巧VT)傳感頭輸出的信號 為一次側被測信號的微分值,為還原出被測電壓電流信號,電子式互感器中普遍加入了積 分環節,由此帶來一定的時間延遲和相位偏移,并且會降低頻響帶寬和增加高壓側功耗。另 夕F,無論是模擬積分還是數字積分,當前都存在著一定的缺陷。對于模擬積分技術,傳統的 模擬器件與理論值存在誤差,運放的漂移、電容的泄露與損耗、時漂、溫漂等問題都會影響 著最后的精度,對模擬器件的研究是無法從根本上克服運些問題的。對于數字積分技術,當 前的缺陷是高頻響應較差,因此多用于工頻信號短時測量。
[0003] 空屯、線圈和電容傳感器的輸出均為微分信號,如果不加積分環節,直接利用其微 分輸出進行測控和保護,則可W在很大程度上提高測量精度和繼電保護的準確性。目前有 部分學者進行了相關方向的研究:其中,中國專利CN201210049142. 8提出《一種基于微分 信號的改進型R-L模型距離保護算法》,利用電壓電流的一次微分值與電流的二次微分值即 可實現精準的故障測距與距離保護功能。類似的微分信號用途也逐漸被廣泛研究,如徐巖、 王增平等人所提出的基于變壓器電壓電流微分波形特性的變壓器保護,用作高壓直流輸電 新路主保護的微分欠壓保護依靠檢測電壓、電流微分值和電壓幅值水平實現保護。對于基 于微分方程的阻抗算法來說,直接獲得微分信號可W省去重復迭代或者積分求解,既可W 節省時間也可W提高測量精度,增加繼保裝置的靈敏性與準確性。
[0004] 雖然對于微分信號的研究在逐步推廣,但目前在工程中所需的微分信號化/dt,通 常采用差值做商的原理,利用電壓采樣值做差,再與采樣間隔時間做商,雖然可W通過降低 采樣間隔增加采樣點數提高測量精度,但運種(Ul-u2)/(tl-t2)的方式顯然沒有電子式互 感器傳感頭輸出的微分信號準確,精確度也受制于采樣時間間隔,所W當前急需一種電壓 電流微分信號高精度在線測量裝置。
【發明內容】
[0005] 針對目前電壓電流微分信號測量中存在的問題,包括缺乏一種可直接獲取微分信 號的高精度測量系統、采用差值做商法準確度較差、差值做商精度受采樣時間間隔限制、用 于保護算法的信號在測量中經過了積分環節存在誤差等問題。本發明提供了一種電壓電流 微分信號在線測量裝置,該裝置測量后輸出電路中的電壓電流的一次微分信號,供給PC機 進行故障測距或者求解過渡電阻,W進行保護動作,比傳統的差值做商求微分的方法的準 確度要高,也無需考慮積分環節帶來的誤差。所提供的微分信號可W有效的簡化一些使用 微分方程的故障測距或者距離保護算法,提高了繼保裝置的靈敏性與準確性;相比測量電 壓電流信號的電子式互感器結構要簡單。 陽006] 本發明所采用的技術方案是:
[0007] 一種電壓電流微分信號在線測量裝置,包括空屯、線圈、電壓傳感器,所述空屯、線圈 通過低通濾波電路連接A/D轉換器,空屯、線圈采集信號后輸出母線電流的一次微分信號, 該一次微分信號經過低通濾波電路消除高頻干擾后,輸送至A/D轉換器。
[0008] 所述電壓傳感器通過低通濾波電路連接A/D轉換器,電壓傳感器采集信號后輸出 母線電壓的一次微分信號,該一次微分信號經過低通濾波電路消除高頻干擾后,輸送至A/D 轉換器。A/D轉換器連接溫度傳感器。所述A/D轉換器連接微處理器,微處理器連接合并單 元,合并單元連接PC機。
[0009]A/D轉換器用于把模擬信號轉為數字信號,經過光纖送至微處理器中,微處理器用 于調整信號大小,根據溫度傳感器進行誤差補償,最后送至合并單元,由合并單元送至PC 機使用。
[0010] 所述微處理器由合并單元控制,微處理器連接一根同步光纖,用于接收同步信號; 微處理器連接一根數據光纖,用于送出采集到的電壓電流微分信號;微處理器連接一根電 纜,由合并單元提供工作電源。
[0011] 所述空屯、線圈為Rogowski線圈,具有測量范圍寬,頻率帶寬高,體積小等優點。
[0012] 所述電壓傳感器等效電路為:電容。串聯電阻R接地,電阻R的阻值大小相對于 電容C河從忽略,設母線L中的電壓為U(t),則電容C沖流過的電流相當于電壓U(t)的 一次微分信號。
[0013] 所述低通濾波電路的帶寬設計為400Hz,在輸入信號上疊加了直流電平,在濾波網 絡前加衰減網絡,增加了A/D轉換器的輸入范圍。
[0014] 所述溫度傳感器使用TI系列中的TMP006,通過測量外部溫度變化在微處理器中 對信號進行誤差補償,從而有效抵抗因外界溫度變化帶來的誤差干擾。
[0015] 所述A/D轉換器4選用A/D7685,精度為16位,接收到微處理器傳來的控制信號后 將2路模擬信號轉換為數字信號輸送給微處理器。
[0016] 所述微處理器為DSP56200,微處理器用于接收由合并單元傳來的采樣脈沖信號, 捕捉到采樣脈沖上升沿之后,控制A/D轉換器進行采樣,將A/D轉換器傳來的2路數據按比 例放大后組成規定的帖格式,然后通過電光變換模塊,再傳給合并單元。電光變換模塊主要 作用是將微處理器中的電信號轉換為光信號,W供合并單元直接使用,微處理器由合并單 元經過電纜供電,從數據光纖直接發送采集到的信號。
[0017] 所述微處理器需要將兩路數據按比例調整,所輸出的微分信號均需按比例調整。 電流一次微分信號需縮小的比例系數為空屯、線圈的互感系數M,電壓一次微分信號需縮小 的比例系數為RCi。
[0018] 所述合并單元用于接收多個微處理器的數據并進行處理,按照IEC61850-9系列 格式傳送給后續的PC機。合并單元發送采樣脈沖信號控制微處理器發出同步信號給A/D 轉換器,同時將收到的信號發送給PC機。
[0019] 一種電壓電流微分信號在線測量方法,空屯、線圈和電壓傳感器作為一次側傳感 頭,測量并輸出母線L中電壓和電流的一次微分信號,低通濾波電路消除高頻干擾信號,溫 度傳感器將電流一次微分信號再次微分并輸出,A/D轉換器接收同步采集信號將兩路模擬 信號轉換為數字信號后,輸送到微處理器中進行比例調整、溫度誤差補償,微處理器調整信 號后,經過數據光纖送至合并單元,合并單元再進一步送給PC機。
[0020] 本發明一種電壓電流微分信號在線測量裝置,技術效果如下:
[0021] 1)、對于基于微分方程建立的繼電保護算法如基于微分輸出的改進R-L模型距離 保護算法等,直接獲得微分信號可W省去重復迭代或者積分求解,免去了積分環節帶來的 誤差與延遲,既可W節省時間也可W提高測量精度,增加繼保裝置的靈敏性與準確性。
[0022] 2)、相對于差值做商求微分的方法,所設計的電壓電流微分信號在線測量裝置精 度更高,輸出更準確,差值做商求微分需要兩個時刻的值做一次減法一次除法運算,所設計 的系統只需要在微處理器中做一次乘法運算,計算量更少。
[0023] 3)、微處理器中S個比例系數:空屯、線圈的互感系數M、電壓傳感器的電容量。、高 精度電阻的阻值R,受溫度干擾都較小,另外又加入了溫度傳感器,通過測量溫度變化在微 處理器中實現對測量結果的溫度誤差補償,因此所設計的裝置可W抵抗一定程度的溫度干 擾,適宜戶外使用。
[0024]4)、所設計的裝置可W同時測量并輸出電壓的一次微分信號與電流的一次微分信 號,相比單獨測量并計算出兩個微分信號成本要低,構造要簡單。
[00巧]5)、空屯、線圈和電壓傳感器輸出的是電流與電壓的一次微分值,相對于實際工程 中差值做商的求微分方法,直接測量的微分信號因為不存在積分環節所W精度更高,對于 基于微分方程建立的繼電保護裝置,直接獲得微分信號可W省去重復迭代或者積分求解, 既可W節省時間也可W提高測量精度,增加繼保裝置的靈敏性與準確性。添加的溫度傳感 器可W根據溫度變化在微處理器中對測量結果進行誤差補償,因而使得裝置具有抵抗溫度 變化干擾的作用。本發明一種電壓電流微分信號在線測量裝置,可W直接輸出被測電壓電 流的一次微分信號,在電氣測量與繼電保護方面具有重要作用。
【附圖說明】
[00%] 圖1為本發明的結構示意圖。
[0027] 圖2為本發明中低通濾波電路原理圖。
【具體實施方式】
[0028] 一種電壓電流微分信號在線測量裝置,結構如圖1所示:包括空屯、線圈1、電壓傳 感器2,所述空屯、線圈1通過低通濾波電路3連接A/D轉換器4,空屯、線圈1采集信號后輸 出母線電流的一次微分信號,該一次微分信號經過低通濾波電路3消除高頻干擾后,輸送 至A/D轉換器4。
[0029]所述電壓傳感器2通過低通濾波電路3連接A/D轉換器4,電壓傳感器2采集信號 后輸出母線電壓的一次微分信號,該一次微分信號經過低通濾波電路3消除高頻干擾后, 輸送至A/D轉換器4。
[0030]A/D轉換器4連接溫度傳感器6。溫度傳感器6測量溫度后在微處理器5中對信 號進行有關溫度的誤差補償。使用了溫度傳感器6來監測溫度,根據溫度變化進行實時補 償,