CN116755020B - 一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测方法 - Google Patents

一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***及方法，包括：交流谐波、直流电流源，交、直流电流回路，检测***控制器、互感器测量比较仪；交流谐波电流源通过数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型合成输出交流谐波信号，并通过变压器功率放大生成交流谐波大电流信号再通过隔直流电容输出到试验汇流母排，并与交流标准互感器及被测抗直流互感器的一次绕组组成交流回路；直流电流源通过与交流电源同步生成或采用可程控独立电流源方式，与被测抗直流互感器一次绕组构成直流回路；被测互感器及标准互感器的二次绕组与互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路。本发明解决了重造标准器及与传统互感器检测实现统一问题。

Description

一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测方法
技术领域
本发明涉及一种抗直流互感器半波误差试验方法---谐波比较法，属电力测量技术领域。
背景技术
抗直流电流互感器是一种适应当前新能源应用的新型电流计量互感器，可将电路大电流转换为可测量的小电流。随着新型电子类电器问世及光伏、直流电源的应用，电力负荷电流大多是谐波信号，其中半波整流电流信号最为典型，由于半波电流信号含有较大比例的直流分量，虽交流互感器不能传输直流信号，但直流分量产生的直流磁通作用于互感器铁芯，会导致铁芯磁饱和，使交流信号也不能等效传输，从而互感器丧失测量功能、用电计量发生失常。为此，一种抗直流新型电流互感器问世，解决了相应问题。
为检测新型互感器半波整流电流信号下的基本误差，目前所采用技术方案为利用二极管整流法或直接合成法生成半波试验电流，分别通入标准电流互感器、被测抗直流互感器，通过比较两者输出电流信号的基波分量，计算相应偏差得到被测互感器的误差。这里标准电流互感器采用的是交直流通用互感器(同时输出直流分量、交流分量)。
此方案的不足为：1)只检测抗直流互感器输出的基波电流误差而未检测谐波电流误差，检测不够全面，造成实验室检测结果与现场实际情况相差很大，致产品出厂退货率提高，用户与制造商对产品质量各执己见，矛盾重重；2)此外半波试验电流的生成采用二极管整流法因二极管存在导通死区，生成的半波电流不够准确、用电功耗大，影响检测结果，也使用电成本提高；而采用电子功率技术直接生成半波试验电流，其稳定性、可靠性都比传统变压器功率输出型的电流源性能差、维修成本高。3)与传统交流互感器检测标准不统一，没有科学利用现有的交流标准，致产品检验成本高；此外交直流标准器的计量溯源程式目前尚无统一，自身准确性无法把握，给企业产品检测质量带来风险。
发明内容
本发明所要解决：实施抗直流电流互感器半波整流电流信号下误差检测中，直接采用半波试验电流法带来的检测不够全面、结果不够准确、检测用电功耗大、成本高等技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***，包括交流谐波电流源、直流电流源、交流电流回路、直流电流回路、检测***控制器和互感器比较仪；
所述交流谐波电流源包括数字信号合成源、变压器功率放大器及检测***控制器，数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型，通过数字合成输出交流谐波信号，变压器功率放大器对输出的交流谐波信号进行功率放大，生成交流谐波大电流信号，谐波大电流信号通过隔直流电容输出到试验汇流母排；
所述谐波电流源、交流标准互感器及被测抗直流互感器的一次绕组组成交流回路；
所述直流电流源只与被测抗直流互感器一次绕组构成直流回路，对被测互感器形成直流偏磁影响量；
被测抗直流互感器的二次绕组、交流标准电流互感器二次绕组及互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路。
前述的一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***，所述变压器功率放大器为多个并联，分别接收相应数字合成信号生成的谐波电流信号，每个变压器功率放大器输出连接相应的隔直流电容。
前述的一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***，所述直流电流源与谐波电流源同步生成,或独立程控直流源通过检测***控制器实现可控输出。
前述的一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***，所述检测***控制器分别连接数字信号合成源、变压器功率放大器、程控直流电流源，分别控制相应输出。
一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，包括以下步骤：
1)构建谐波电流比较法检测***，包括交流谐波试验电流源、直流试验电流源、交流电流回路、直流电流回路、检测***控制器、一个标准电流互感器、一组被测抗直流电流互感器和互感器比较测量仪；所述交流谐波电流源包括数字信号合成源、变压器功率放大器及检测***控制器；汇流母排通过电流导体与被测抗直流互感器的一次绕组串、交流标准电流互感器一次绕组及电流模块构成交流试验回路；直流电流源与被测抗直流互感器一次绕组串构成直流试验回路；被测抗直流互感器的二次绕组、交流标准电流互感器二次绕组及互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路；检测***控制器连接数字信号合成源、功率放大器、程控直流电流源，分别控制相应单元可控化输出；
2)数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型，通过数字合成输出交流谐波信号，变压器功率放大器对输出的交流谐波信号进行功率放大，生成交流谐波大电流信号，谐波大电流信号通过隔直流电容输出到试验汇流母排；
3)互感器比较仪对交流标准互感器及被测抗直流互感器两者输出的二次交流谐波电流信号进行矢量差值比较，计算等效于基波分量的幅值差f、相位差δ；
分别为被测互感器、标准互感器二次输出的正弦半波电流所对应的全波电流相量；/>f、δ分别为被测互感器复误差、幅值差、相位差；
4)对被测互感器、标准互感器二次输出的谐波交流电流进行瞬时差值比较，按复合误差数学模型计算复合误差ε：
ε为复合误差(单位，％)；i(t)、i0(t)分别为为被测、标准互感器二次电流瞬时值；
I0为标准互感器二次电流有效值；T为试验电流信号周期。
前述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，采用多个电流模块并联输出，每个电流模块由相应变压器功率放大器及隔直流电容组成，电流输出端连接到试验汇流母排，最终叠加为试验所需交流谐波电流值。
前述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，所有被测互感器一次绕组串联，形成一次绕组串。
前述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路。
本发明所达到的有益效果：本发明的基于谐波比较的抗直流互感器半波误差检测***，通过双电流源把半波试验电流信号一分为二，解决了重造标准器及与传统互感器检测实现统一问题；通过双回路合成方法解决了半波信号合成问题，采用等效法产生半波电流信号，降低设备技术要求与成本；采用已有的、经典的、可靠的传统标准计量器具实现了新型互感器检测，使新旧标准统一，简化了互感器计量体系，节省资源；计量检测更加全面、灵活，可以对互感器谐波传输性能检测又可以对互感器基波传输性能检测。
附图说明
图1为半波信号分解/合成示意图；
图2为谐波电流比较法检测***原理图；
图3为谐波电流比较法检测***组成图；
图4为被测互感器与标准互感器输入、输出波形图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
本发明的工作原理：半波试验电流信号的傅里叶级数数学模型可表示为：
式中，i半(t)为半波电流；IDC为半波电流的直流分量(直流电流)；iAC(t)为半波电流的交流分量(交流谐波电流)；Im、ω、t分别为半波电流的峰值、角频率、时间变量。
可以看出半波电流由其直流分量以及基波、偶次谐波组成的交流分量组成，如图1所示。
由上述数学模型及图1可知：半波电流信号可以分解为交流电流分量和直流电流分量；相反按数学模型比例构成的直流电流分量、交流电流分量信号可以合成为一个半波电流信号。
基于半波电流分别由上述直流电流、谐波交流电流组成原理，可以把半波试验电流源分解为一个直流电流源+一个谐波电流源，用两个不同电流源或一个双路电流源输出相应的直流试验电流、交流谐波试验电流；对标准电流互感器只通入交流谐波试验电流，对被测抗直流互感器则同时通入直流试验电流和交流谐波试验电流，最终等效为半波电流。如此，抗直流互感器可沿用传统互感器检测标准——交流标准互感器，与传统互感器检测标准实现了统一，同时解决了谐波误差检测需求，相应检测原理见图2、***组成见图3、互感器输入输出及信号比较见图4。
实施例1
如图2和图3所示，本发明的一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***，包括交流谐波电流源、直流电流源、交流电流回路、直流电流回路、检测***控制器和互感器比较仪；
所述交流谐波电流源包括数字信号合成源、功率放大器及检测***控制器，数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型，通过数字合成输出图1所示波形的交流谐波信号，变压器功率放大器对输出的交流谐波信号进行功率放大，生成交流谐波大电流信号，谐波大电流信号通过隔直流电容输出到试验汇流母排；
所述谐波电流源、交流标准互感器及被测抗直流互感器的一次绕组组成交流回路；
所述直流电流源只与被测抗直流互感器一次绕组构成直流回路，对被测互感器形成直流偏磁影响量；
被测抗直流互感器的二次绕组、交流标准电流互感器二次绕组及互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路。
所述变压器功率放大器为多个并联，分别接收相应数字合成信号生成谐波电流，每个变压器功率放大器输出连接相应的隔直流电容，所述隔直流电容可以阻止直流回路电流窜入到交流回路中，采用多个电流模块并联输出，可以实现更大的电流；
所述直流电流源，可采用与谐波电流源同步生成、一源二路输出模式，或采用独立程控直流源通过控制器实现可控输出模式；
所述检测***控制器连接数字信号合成源、功率放大器、程控直流电流源，分别对各单元实现程控输出；
一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，包括以下步骤：
1)构建谐波电流比较法检测***，包括交流谐波试验电流源、直流试验电流源、交流电流回路、直流电流回路、检测***控制器、一个标准电流互感器、一组被测抗直流电流互感器和互感器比较测量仪；所述交流谐波电流源包括数字信号合成源、功率放大器及检测***控制器；汇流母排通过电流导体与被测抗直流互感器的一次绕组串、交流标准电流互感器一次绕组及电流模块构成交流试验回路；直流电流源与被测抗直流互感器一次绕组串构成直流试验回路；被测抗直流互感器的二次绕组、交流标准电流互感器二次绕组及互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路；检测***控制器连接数字信号合成源、功率放大器、程控直流电流源，分别控制相应单元可控化输出；
2)数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型，通过数字合成输出图1所示波形的交流谐波信号，变压器功率放大器对输出的交流谐波信号进行功率放大，生成交流谐波大电流信号，谐波大电流信号通过隔直流电容输出到试验汇流母排；
3)互感器比较仪对交流标准互感器及被测抗直流互感器两者输出的二次交流谐波电流信号进行矢量差值比较，计算等效于基波(正弦)分量的幅值差f、相位差δ；
分别为被测互感器、标准互感器二次输出的正弦半波电流所对应的全波电流相量；/>f、δ分别为被测互感器复误差、幅值差、相位差；
4)对被测互感器、标准互感器二次输出的谐波交流电流进行瞬时差值比较，按复合误差数学模型计算复合误差ε：
ε为复合误差(％)；i(t)、i0(t)为被测、标准互感器二次电流瞬时值；
I0为标准互感器二次电流有效值；T为试验电流信号周期；
5)图4表明了被测互感器、标准互感器输入、输出波形及谐波比较法信号比较的类型，可看出相互比较信号类型相同，利于同步比较。
为实现被测互感器的额定大电流，采用多个电流模块并联输出，每个电流模块由相应变压器功率放大器及隔直流电容组成，其电流输出端连接到试验汇流母排，最终叠加为试验所需交流谐波电流值，图3所示隔直流电容可以阻止直流回路电流窜入到交流回路中。
所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，所有被测互感器一次绕组串联，形成一次绕组串,可同时对一组被测互感器进行检测，以提高检测效率。
所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路，实现串联分时单一测量。
本发明的基于谐波比较的抗直流互感器半波误差检测***，通过双电流源把半波试验电流信号一分为二，解决了重造标准器及与传统互感器检测实现统一问题；通过双回路合成方法解决了半波信号合成问题，采用等效法产生半波电流信号，降低设备技术要求与成本。
以上所述仅为本发明的优选方案，并非作为对本发明的进一步限定，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的各种等效变化均在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)构建谐波电流比较法检测***，包括交流谐波试验电流源、直流试验电流源、交流电流回路、直流电流回路、检测***控制器、一个标准电流互感器、一组被测抗直流电流互感器和互感器比较测量仪；所述交流谐波电流源包括数字信号合成源、变压器功率放大器及检测***控制器；汇流母排通过电流导体与被测抗直流互感器的一次绕组串、交流标准电流互感器一次绕组及电流模块构成交流试验回路；直流电流源与被测抗直流互感器的一次绕组串构成直流试验回路；被测抗直流互感器的二次绕组、交流标准电流互感器二次绕组及互感器比较仪测量回路构成二次电流测量回路；检测***控制器连接数字信号合成源、变压器功率放大器、程控直流电流源，分别控制相应单元可控化输出；
2)数字信号合成源按半波傅里叶级数数学模型，通过数字合成输出交流谐波信号，变压器功率放大器对输出的交流谐波信号进行功率放大，生成交流谐波大电流信号，谐波大电流信号通过隔直流电容输出到试验汇流母排；
3)互感器比较仪对交流标准互感器及被测抗直流互感器两者输出的二次交流谐波电流信号进行矢量差值比较，计算等效于基波分量的幅值差f、相位差δ；
分别为被测互感器、标准互感器二次输出的正弦半波电流所对应的全波电流相量；/>f、δ分别为被测互感器复误差、幅值差、相位差；
4)对被测抗直流互感器、标准互感器二次输出的谐波交流电流进行瞬时差值比较，按复合误差数学模型计算复合误差ε：
ε为被测互感器复合误差,单位为％；i(t)、i0(t)分别为被测互感器、标准互感器二次电流瞬时值；
I0为标准互感器二次电流有效值；T为试验电流信号周期。
2.根据权利要求1所述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，其特征在于：采用多个电流模块并联输出，每个电流模块由相应变压器功率放大器及隔直流电容组成，电流输出端连接到试验汇流母排，最终迭加为试验所需交流谐波电流值。
3.根据权利要求1所述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，其特征在于：所述被测抗直流互感器由一组互感器组成，所有被测互感器一次绕组串联，形成一次绕组串。
4.根据权利要求1所述的基于谐波比较法的抗直流互感器半波误差检测***的检测方法，其特征在于：所述互感器比较仪采用分路控制，通过控制开关使被测抗直流互感器二次绕组分时接入测量回路。
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