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柔性直流输电用直流阻容式电压互感器的建模与计量特性分析.docx
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柔性直流输电用直流阻容式电压互感器的建模与计量特性分析.docx
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摘要
建立了直流阻容式电压互感器的模型,考虑所测电压信号存在谐波的情况,基于其等效电路推导了
分压比的数学表达式,并分析了电阻和电容偏差、环境温度以及杂散电容等因素对分压比和计量误
差的影响。仿真结果表明,柔性直流输电中电压含谐波时,有多种因素会导致直流阻容式互感器出
现计量误差,且谐波含量越大,相应的误差越大,对计量准确度产生明显影响。最后给出降低计量
误差的具体方法。
Abstract
In this paper, the model of DC resistance capacitance voltage transformer is
established. Considering the harmonic of measured voltage signal, the mathematical
expression of partial voltage ratio is derived based on its equivalent circuit. The
influence of resistance and capacitance deviation, ambient temperature and stray
capacitance on the partial voltage ratio and measurement error is analyzed. The
simulation results show that when the voltage signal contains harmonics in the
flexible DC transmission, there are many factors that will lead to the measurement
error of DC resistance capacitance transformer. The more the harmonic content is,
the larger the corresponding error will be, which have a significant impact on the
measurement accuracy. Finally, the specific method to reduce the measurement
error is given.
译
关键词
直流阻容式电压互感器; 柔性直流输电; 分压比; 谐波; 计量误差
Keywords
DC resistance-capacitance voltage transformer; flexible DC transmission; partial
voltage ratio; harmonic; measurement error
译
柔性直流输电工程中多使用直流阻容式电压互感器测量直流侧电压,其一次侧分压器采集的电压通
过光纤进行信号传输,传输过程中所受干扰小、测量准确性较高。但实际柔性直流输电工程中,直
流侧电压中含有一定量的谐波,且部分环境因素也会影响分压器的分压比,这都会降低直流阻容式
互感器的准确性。
目前针对直流阻容式电压互感器计量性能的研究较少。现有计量性能研究多关注于对直流电压互感
器的误差测试,没有建立详细的电路模型,也没有对具体误差原因及相应的影响程度进行分析,只
能根据测试结果对直流电压互感器进行校准与修正
[ 1-3 ]
。有研究考虑到直流输电中直流侧的谐波问
题,分析了阻容式电压互感器对直流侧谐波测量的合理性,但仅考虑了谐波测量是否可行,并没有
考虑实际直流侧电压的谐波含量,以及不同谐波含量对直流侧电压计量准确性的影响
[ 4-7 ]
。
本文对直流阻容式电压互感器原理进行分析,建立直流阻容式电压互感器模型,分析不同因素对其
计量准确性的影响。通过仿真研究在多种因素影响下,输入实际柔性直流电压时直流阻容式电压互
感器的误差情况,评估谐波含量对于测量的影响,并给出提高测量准确度的方法。
1 直流阻容式电压互感器计量特性分析
1.1 直流阻容式电压互感器基本结构
直流阻容式电压互感器包括阻容分压器、电阻盒、远端模块、光纤绝缘子及合并单元等,其基本结
构如图 1 所示。
图 1 直流阻容式电压互感器基本结构
Fig. 1 Basic structure of DC resistance-capacitance voltage transformer
下载: 原图 | 高精图 | 低精图
阻容分压器由高精度电阻和电容组成,接于一次回路中,实现对电压的采集;电阻盒将采集到的电
压信号分成多路信号;远端模块对前端的电压信号进行滤波、放大、A/D 转换、电光转换等,得到
数字光信号输出至光纤传输系统;电压信号通过光纤传输进入合并单元,进行插值同步与数据处理,
并将数据合并打包后依照 FT3 格式传输到二次侧的测控及保护系统
[ 8-1 2]
。
一次设备中的主要设备为阻容分压器,它是直流阻容式电压互感器的核心部分,对直流阻容式电压
互感器的建模分析主要围绕该部分展开。
1.2 阻容分压器及其他一次设备等效电路
阻容分压器等效电路如图 2 所示,图中:R
1
、C
1
为高压臂的电阻和电容;R
2
、C
2
为低压臂的电阻
和电容;R
3
、R
4
分别为二次分压部分的高压电阻和低压电阻;R
5
为远端模块的等效输入电阻;V
1
为一次侧母线电压;V
2
为经过一次分压后的低压臂电压;V
o
为经过二次分压后远端模块输出电压。
精 密 电 阻 传 感 直 流 电 压 , 精 密 电 容 进 行 均 压 并 保 证 频 率 特 性 , 二 者 组 成 的 RC 网 络
(resistance-capacitance circuits)共同实现一次分压。
图 2 阻容式直流分压器等效电路
Fig.2 Equivalent circuit of resistance-capacitance DC voltage divider
下载: 原图 | 高精图 | 低精图
V
o
和 V
1
的比值 H 为
VoV1=H(jω)=R20R20+R1(1+jωC2R201+jωC1R1)⋅R4∥R5R3+R4∥R5=R20R4R5[R20+R1(1+jωC2R201+jωC1R1)]⋅(R3R4+R3R5+R4R
5)VoV1=H(jω)=R20R20+R1(1+jωC2R201+jωC1R1)⋅R4∥R5R3+R4∥R5=R20R4R5[R20+R1(1+jωC2R201+jωC1R
1)]⋅(R3R4+R3R5+R4R5)
(1)
式中:ω 为谐波频率;
R20=R2R3R4+R2R3R5+R2R4R5R2R4+R2R5+R3R4+R3R5+R4R5R20=R2R3R4+R2R3R5+R2R4R5R2R4+R2R5
+R3R4+R3R5+R4R5
(2)
若要消除式(1)中电压谐波频率对变比的影响,需要满足下列条件:
R1C1=R20C2R1C1=R20C2
(3)
该式为补偿条件,当满足补偿条件时,阻容分压器中不出现充放电过渡过程,分压比不会受到频率
的影响。但实际上在进行互感器设计时,相应的电阻和电容只能尽可能地做到匹配,无法做到完全
匹配。因此在含有多种频率的谐波时,互感器测量会存在一定的误差。
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