CN117054707A - 一种低衰减率高压宽频大电流发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种低衰减率高压宽频大电流发生装置，包括：宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器；所述宽频功率源组的一端与所述宽频升流器和宽频升压器连接，另一端与外部的信号发生器通信连接；所述宽频功率源组用于将所述信号发生器发出的低电压弱电信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，将所述功率信号传输给所述宽频升流器进行电流放大，得到宽频电流；还用于将所述功率信号传输给所述宽频升压器进行电压放大，得到宽频电压。本发明设计的低衰减率高压宽频大电流发生装置，主要功能是将输入的两路模拟量信号，按照比例关系放大输出为额定高电压和大电流，其中电压、电流同步输出性好。
Description
技术领域
本发明属于电力电源技术领域，具体涉及一种低衰减率高压宽频大电流发生装置。
背景技术
一二次融合配电设备的接地故障识别功能试验，目前主要技术瓶颈为进行该项试验时，需要在10kV额定电压、额定负荷电流下，叠加输出不同***接地方式、接地电阻、故障类型及故障角度时，发生小电流接地故障的暂态特征信号，而目前市场现有的试验装置均基于一体化高压试验电源，输出的高压宽频暂态波形信号易失真，电压及电流同步输出性差的问题。
现有技术中主要基于高压试验电源的通用原理改造而成，用于产生工频的高电压大电流信号。完成常规的互感器和开关稳态特性试验，比如工频信号下准确度试验等。无法实现非工频信号波形的加载与输出，从而无法实现在10kV配电线路额定电压及电流下叠加输出各种小电流接地故障的暂态特征波形的需求。基于高压试验电源的通用原理改造而成高压大电流源，电源输出控制方式通常为通讯参数控制，通过上位机或是其他控制设备向电源发送幅值，相位，频率的控制参数，电源内部根据输入参数输出对应的电压电流信号，输出信号为固定频率和相位的电压电流信号，无法实现非工频信号波形的输出。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种低衰减率高压宽频大电流发生装置，包括：
宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器；
所述宽频功率源组的一端与所述宽频升流器和宽频升压器连接，另一端与外部的信号发生器通信连接；
所述宽频功率源组用于将所述信号发生器发出的低电压弱电信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，将所述功率信号传输给所述宽频升流器进行电流放大，得到宽频电流；还用于将所述功率信号传输给所述宽频升压器进行电压放大，得到宽频电压。
优选的，所述宽频升压器包括：升压器低压侧、升压器高压侧和铁芯；所述升压器低压侧缠绕铁芯的一侧，所述升压器高压侧缠绕铁芯的另一侧；
所述升压器低压侧的两端分别和宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述升压器高压侧对外输出宽频电压。
优选的，所述铁芯采用坡莫合金。
优选的，所述升压器低压侧和升压器高压侧均包括线圈，所述线圈的绕线间隔按照预设的间隔值设置，所述线圈的层间间距按照预设的间距值设置。
优选的，所述宽频升压器还包括：一个或多个电容支路；
各电容支路分别与所述升压器低压侧并联；
每个电容支路均包括串联的开关和电容器；
所述开关与外部的控制器通信连接；
所述开关用于根据所述控制器的指令进行打开或闭合；
当所述开关闭合时，所述电容器用于对宽频升压器进行电容补偿。
优选的，所述宽频升流器包括：一次大电流导体、磁芯和缠绕所述磁芯的线圈；
所述线圈的两端分别和所述宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述一次大电流导体穿过所述磁芯，并对外输出宽频电流。
优选的，所述磁芯包括：组合安装在一起的多个坡莫合金片。
优选的，每个坡莫合金片的截面积和结构均不同。
优选的，每个坡莫合金片按照不同间距切成锯齿状结构。
优选的，所述线圈包括多个叠加在一起的单线圈。
优选的，所述各单线圈的结构均为空心圆柱体。
优选的，所述单线圈包括完整单线圈和半切深度不同的单线圈。
优选的，所述单线圈的半切深度包括：4mm、6mm、8mm、10mm和15mm。
优选的，所述宽频升流器还包括：一个或多个电容支路；
各电容支路分别与所述线圈并联；
每个电容支路均包括串联的开关和电容器；
所述开关与外部的控制器通信连接；
所述开关用于根据所述控制器的指令进行打开或闭合；
当所述开关闭合时，所述电容器用于对宽频升流器进行电容补偿。
优选的，所述宽频功率源组放大的功率信号范围为30Hz-5KHz。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
本发明提出一种低衰减率高压宽频大电流发生装置，包括：宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器；所述宽频功率源组的一端与所述宽频升流器和宽频升压器连接，另一端与外部的信号发生器通信连接；所述宽频功率源组用于将所述信号发生器发出的低电压弱电信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，将所述功率信号传输给所述宽频升流器进行电流放大，得到宽频电流；还用于将所述功率信号传输给所述宽频升压器进行电压放大，得到宽频电压；由于本发明可以将输入的低电压弱电信号，按照比例关系放大输出为配网***的额定宽频电压和宽频电流，实现了非工频信号波形的输出；且电压、电流同步输出性好。
附图说明
图1为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置的结构示意图；
图2为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置的接线图；
图3为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置中宽频功率源组的原理图；
图4为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置中宽频升压器的原理图；
图5为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置中宽频升流器的原理图；
图6为本发明提供的一种低衰减率高压宽频大电流发生装置的实施例中的三台装置组合成三相高电压大电流发生装置应用框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提出一种低衰减率高压宽频大电流发生装置，如图1所示，包括：
宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器；
所述宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器的具体连接，如图2所示：
宽频功率源组的一端与所述宽频升流器和宽频升压器连接，另一端与外部的信号发生器通信连接；
如图3所示，所述宽频功率源组，将所述信号发生器发出的低电压弱电信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，将所述功率信号传输给所述宽频升流器进行电流放大，得到宽频电流；还用于将所述功率信号传输给所述宽频升压器进行电压放大，得到宽频电压。
具体的，宽频功率源具有功率放大的功能，可在30Hz-5KHz范围内，对不同频率特征的输入信号保持良好的放大跟随效果。
具体的，区别于使用常规调压器驱动升压器升流器的方案，本发明采用宽频功率源驱动升压器升流器。常规调压器，输入信号通常为普通工频电源，输出也同样为普通工频信号，无法实现频率和相位的调节控制，输出信号单一。
具体的，宽频功率源输入信号为低电压弱电信号，弱电信号可来源于信号发生器或DA数模转换电路，使用数字电路处理技术，可方便生成幅值频率相位可调节的模拟小信号，宽频功率源将前述模拟小信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，用于驱动升压器升流器。
具体的，所述宽频升压器，如图4所示，包括：升压器低压侧T1、升压器高压侧T2和铁芯；所述升压器低压侧缠绕铁芯的一侧，所述升压器高压侧缠绕铁芯的另一侧；
所述升压器低压侧的两端分别和宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述升压器高压侧对外输出宽频电压。
具体的，宽频升压器采用磁导率更高，频率响应范围更宽的波莫合金替代普通硅钢片，在升压控制回路中加入容性负载，用于补偿电压互感器负载中的感性负载。
宽频升压器采用磁导率更高，频率响应范围更宽的波莫合金替代普通硅钢片铁芯，升压线圈绕线间隔增大，层间间距增大，减小线圈本身的分布电容。在升压控制回路中加入容性负载控制，用于补偿电压互感器负载中的感性特性。其中T1为升压器低压侧，T2位升压器高压侧。根据感性负载的大小，通过控制开关控制器件K1，K2，K3的通断，可部分或全部投入补偿电容器C1，C2，C3。由于补偿电容位于低压侧，可方便的控制电容是否介入升压器回路。
具体的，所述宽频升流器，如图5所示，包括：一次大电流导体、磁芯和缠绕所述磁芯的线圈；
所述线圈的两端分别和所述宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述一次大电流导体穿过所述磁芯，并对外输出宽频电流。
具体的，宽频升流器采用磁导率更高，频率响应范围更宽的波莫合金替代普通硅钢片，在结构上设计为穿心一匝的方式，有利于降低绝缘工艺要求，在升流控制回路中加入容性负载，用于补偿大电流回路中的感性负载对升流器升流特性的影响。
具体的，宽频升流器采用磁导率更高，频率响应范围更宽的波莫合金替代普通硅钢片，同时将波莫合金设计为不同的截面积，不同结构的波莫合金，按照不同间距切成锯齿状结构，组合安装在在一起，作为升流器的磁芯使用。
具体的，根据所述宽频升流器中的容性负载，通过控制开关控制器件K1，K2，K3的通断控制C1，C2，C3的闭合，进而进行电容补偿。
具体的，当升流器输入侧信号固定，升流器输出一次电流的导线线径大小不同，长度不同，一次导线接入的电流互感器数量不同，升流器输出电流幅值和相位也会不同。
具体的，参考结构尺寸设计如后所述。薄膜合金结构为空心圆柱体，单个线圈的结构尺寸为，外径130mm，内径100mm，高度30mm。为保证足够的磁通量，使用10个线圈叠加在一起，这种结构可有效避免单一线圈体积过大，因应力原因导致线圈内部薄膜合金出现裂隙，影响磁导率。10个线圈中的5个设计为完整的线圈，其余5个分别设置为不同的半切深度，内部设计半切深度分别为4mm，6mm，8mm，10mm，15mm，锯齿状半切数量为4，位置为内径等距离均分。
具体的，升流器在结构上设计为穿心一匝的方式，有利于降低绝缘工艺要求，在升流控制回路中加入容性负载，用于补偿大电流回路中的感性负载对升流器升流特性的影响。控制回路容性负载的数量，可根据一次电流回路中的感性负载变化，主动投入或切除。
具体的，如上所述，将宽频功率源，宽频升压器，宽频升流器组合再一起，可形成一台高电压大电流发生装置，输出信号的幅值，频率，相位等信息跟随输入模拟小信号变化，可保持良好的信号跟随特性。
具体的，如图6所示，三台装置组合使用，可组成三相高电压大电流发生装置，输出信号加载到被测试品（开关或环网柜），可满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。
具体的，本发明设计的低衰减率高压宽频大电流发生装置，主要功能是将输入的两路模拟量信号，按照比例关系放大输出为10kV配网***的额定高电压和大电流，其中非工频分量衰减率低，电压、电流同步输出性好。
本发明设计的低衰减率高压宽频大电流发生装置，用作高电压大电源，可解决一二次融合配电设备的接地故障识别功能试验中，实验电源的需求。输出的波形高频暂态特征明显，可在额定电压、电流条件下模拟输出接地故障波形时输出，其高频分量衰减率低，波形保真度高，零序电压、电流同步输出性好，可满足配电自动化设备开展小电流接地故障识别功能试验的要求。配合其他控制设备，可直接应用于一二次融合配电设备的接地故障识别功能试验。
配电网实际发生故障的波形，属于非工频信号，需要实验电源在极短时间内快速响应输出信号，快速响应的需求限制了实验电源的闭环反馈调节过程。本发明设计的低衰减率高压宽频大电流发生装置，信号输入端为模拟量信号，输入信号可以为工频和非工频信号，输出不需要闭环调节，可实现快速响应需求，解决了通用实验电源输出只能为单一频率信号缺点和输出需要闭环调节的缺点。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（***）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本发明后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。
Claims (15)
1.一种低衰减率高压宽频大电流发生装置，其特征在于，包括：
宽频功率源组、宽频升流器和宽频升压器；
所述宽频功率源组的一端与所述宽频升流器和宽频升压器连接，另一端与外部的信号发生器通信连接；
所述宽频功率源组用于将所述信号发生器发出的低电压弱电信号等比例放大为具有带负载能力的功率信号，将所述功率信号传输给所述宽频升流器进行电流放大，得到宽频电流；还用于将所述功率信号传输给所述宽频升压器进行电压放大，得到宽频电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽频升压器包括：升压器低压侧、升压器高压侧和铁芯；所述升压器低压侧缠绕铁芯的一侧，所述升压器高压侧缠绕铁芯的另一侧；
所述升压器低压侧的两端分别和宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述升压器高压侧对外输出宽频电压。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述铁芯采用坡莫合金。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述升压器低压侧和升压器高压侧均包括线圈，所述线圈的绕线间隔按照预设的间隔值设置，所述线圈的层间间距按照预设的间距值设置。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述宽频升压器还包括：一个或多个电容支路；
各电容支路分别与所述升压器低压侧并联；
每个电容支路均包括串联的开关和电容器；
所述开关与外部的控制器通信连接；
所述开关用于根据所述控制器的指令进行打开或闭合；
当所述开关闭合时，所述电容器用于对宽频升压器进行电容补偿。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽频升流器包括：一次大电流导体、磁芯和缠绕所述磁芯的线圈；
所述线圈的两端分别和所述宽频功率源组的两端进行连接构成回路；
所述一次大电流导体穿过所述磁芯，并对外输出宽频电流。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述磁芯包括：组合安装在一起的多个坡莫合金片。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每个坡莫合金片的截面积和结构均不同。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，每个坡莫合金片按照不同间距切成锯齿状结构。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述线圈包括多个叠加在一起的单线圈。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述各单线圈的结构均为空心圆柱体。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述单线圈包括完整单线圈和半切深度不同的单线圈。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述单线圈的半切深度包括：4mm、6mm、8mm、10mm和15mm。
14.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述宽频升流器还包括：一个或多个电容支路；
各电容支路分别与所述线圈并联；
每个电容支路均包括串联的开关和电容器；
所述开关与外部的控制器通信连接；
所述开关用于根据所述控制器的指令进行打开或闭合；
当所述开关闭合时，所述电容器用于对宽频升流器进行电容补偿。
15.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽频功率源组放大的功率信号范围为30Hz-5KHz。
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