一種軟硬體積分測量電壓的方法
2023-06-08 22:51:16 1
專利名稱：一種軟硬體積分測量電壓的方法
技術領域：
本發明涉及一種計算電壓的方法及採用該方法的裝置，尤其適用於採用電容分壓環作為傳感器的Gis電子式電壓互感器的測量電壓的計算。
背景技術：
目前在電力系統獲得廣泛應用的是電磁式電壓互感器。隨著電力系統向大容量， 高電壓等級方向發展，傳統的電磁式互感器逐漸暴露出許多缺點。近年來，隨著電子技術和光纖通訊的快速發展，有源電子式互感器如GIS電子式互感器在技術上也獲得了長足進步，並有部分產品在現場應用。GIS電子式互感器與GIS開關配合使用，GIS電子式互感器電壓測量採用電容分壓環作為一次電壓測量的傳感器。如圖1所示，GIS罐體中心導體12與中間電極11構成高壓電容Cl，中間電極與GIS罐體外殼13構成低壓電容C2，且Cl電容值遠小於C2電容值。 在電容分壓環的輸出端並聯一個精密小電阻R，其電阻值遠小於工頻時C2的容抗，故電容分壓環輸出端電壓Uo與被測電壓Ui存在如下的微分關係。Uq (t) = RC1 ^i-(天 <<+)式(1)
dt
因此通過電子電路對電容分壓環的輸出信號Uo經行積分，便可得到實際被測電壓信號Ui。GIS電子式互感器需要同時給保護、測控、計量等設備提供採樣數據，因此必須要滿足0. 2S級的計量精度要求，同時在系統故障時，也要如實反應被測電壓暫態變化以滿足保護設備需要。採用電容分壓環的GIS電壓互感器目前在工程上通常採用軟體積分算法來獲得被測電壓信號Ui。這種方法雖然解決了系統穩態時的電壓測量精度問題，但在系統暫態電壓快速變化時，不能完全跟蹤、如實反應系統電壓的快速變化過程，從而影響到保護繼電器的動作性能，難以滿足保護正確動作的性能要求。因此基於電容分壓環的GIS電壓互感器要想獲得廣泛應用，必須還要解決其暫態特性問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種通過硬體積分電路和軟體積分算法相互配合來滿足 GIS電子式電壓互感器穩態精度和暫態特性要求的方法。本發明採用的技術方案是一種軟硬體積分計算電壓方法，由電容分壓環等效電路1輸出的電壓信號Uo同時經硬體積分電路2積分和線性放大電路3分別得到兩路處理後的電壓信號Uml和Um2，然後所述二路電壓信號再分別通過模數轉換器進行模數轉換採樣， 將這兩路採樣數據同時送給CPU處理，其特徵是當通過硬體積分電路2積分後的電壓的突變量即Δ U小於或等於門檻值U時，則採用線性放大電路3輸出的電壓輸出給裝置進行軟體積分計算測量電壓；當通過硬體積分電路2積分後的電壓的突變量AU大於門檻值 U時，測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分，即採用硬體積分電路2輸出的電壓toil作為測量電壓。門檻值U與GIS電子式互感器的Ui有關聯性。發生電壓突變時，通過硬體積分電路(2)積分後的電壓的突變量Δυ大於門檻值U 時，測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分，即採用硬體積分電路(2)輸出的電壓toil作為測量電壓；經過延時At後，再自動切換到軟體積分算法。本發明的有益效果本發明採用硬體積分和軟體積分相互配合，既能滿足穩態時的高採樣精度要求，又能滿足暫態時的電壓快速、實時跟蹤要求。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是電容分壓環示意2是電容分壓環硬體電路圖
圖2中1-電容分壓環等效電路，2-硬體積分電路，3-線性放大電路。
具體實施例方式如圖2所示，電容分壓環輸出電壓信號Uo分別經一路硬體積分電路和一路線性放大電路調理，然後再通過ADC (模數轉換器)採樣進行模數轉換，這兩路採樣數據同時送給 CPU處理。當一次系統處於穩態時，電容分壓環輸出電壓Uo是一個幅值很小，相位超前於Ui (Ui是電容分壓環輸入電壓)一次電壓90°的正弦波。由於軟體積分基於數字電路，不受電容溫度係數的影響，因此輸出電壓值受環境溫度變化的影響很小，在-4(Γ+55°環境溫度範圍內，的精度能滿足0. 2S級計量的要求，故系統穩態時測量電壓採用軟體積分算法能滿足高精度的要求。線性放大器用於軟體積分，線性放大器的放大倍率可以在500以內。當一次系統故障，發生電壓變化時，電容分壓環輸出電壓Uo也是Ui的微分，這時變化速度相對穩態較快，硬體積分電路可快速跟蹤被測電壓Ui的變化得到一致的電壓採樣信號。硬體積分電路採用高精度、低溫度係數的電阻、電容元件和精密運算放大器， 在-4(Γ+55°環境溫度範圍內，採樣誤差小於0.5%，滿足保護裝置的精度要求。門檻值U與 GIS電子式互感器的Ui有一定關聯性，如是測量的Ui的幾倍幅值以內。當遠端模塊檢測到一次電壓變化時，測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分， 經過延時At後，又自動切換到軟體積分算法。因系統故障電壓突變時間持續很短，即測量電壓切換為硬體積分的時間很短，故對測控和計量的精度沒有影響。因此GIS電子式電壓互感器採用硬體積分和軟體積分相互配合，既能滿足穩態時的高採樣精度要求，又能滿足暫態時的電壓快速、實時跟蹤要求。即同時兼顧到保護、測控和計量等設備對採樣精度和暫態特性的雙重需求。
權利要求
1.一種軟硬體積分計算電壓方法，其特徵是由電容分壓環等效電路(1)輸出的電壓信號Uo同時經硬體積分電路(2)積分和線性放大電路(3)分別得到兩路處理後的電壓信號 Uml和咖2，然後所述二路電壓信號再分別通過模數轉換器進行模數轉換採樣，將這兩路採樣數據同時送給CPU處理，其特徵是當通過硬體積分電路(2)積分後的電壓的突變量即 Δ U小於或等於門檻值U時，則採用線性放大電路(3)輸出的電壓輸出給裝置進行軟體積分計算測量電壓；當通過硬體積分電路(2)積分後的電壓的突變量AU大於門檻值U時， 測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分，即採用硬體積分電路(2)輸出的電壓toil作為測量電壓。
2.如權利要求1所述的一種軟硬體積分計算電壓方法，其特徵是當通過硬體積分電路(2)積分後的電壓的突變量AU大於門檻值U時，測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分，即採用硬體積分電路(2)輸出的電壓toil作為測量電壓；經過延時At後，再自動切換到軟體積分測量。
全文摘要
軟硬體積分計算電壓方法，由電容分壓環等效電路(1)輸出的電壓信號Uo同時經硬體積分電路(2)積分和線性放大電路(3)分別得到兩路處理後的電壓信號Um1和Um2，然後所述二路電壓信號再分別通過模數轉換器進行模數轉換採樣，將這兩路採樣數據同時送給CPU處理，當通過硬體積分電路(2)積分後的電壓的突變量即ΔU小於或等於門檻值U時，則採用線性放大電路輸出的電壓Um2輸出給裝置進行軟體積分計算測量電壓；當通過硬體積分電路積分後的電壓的突變量ΔU大於門檻值U時，測量電壓從軟體積分自動切換到硬體積分。本發明解決了穩態時要求高採樣精度的問題及暫態時要求電壓快速、實時準確跟蹤的問題。
文檔編號G01R19/00GK102455376SQ201010513038
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月20日 優先權日2010年10月20日
發明者馮亞東, 吳正偉, 朱繼紅, 胡桂平, 董雋 申請人:南京南瑞繼保工程技術有限公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司