新型串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)

    新型串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)

    二、串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)的背景
    電抗器是電網(wǎng)中一種常用的、重要的電力設(shè)備，在電路中廣泛用于無(wú)功補(bǔ)償、限流、穩(wěn)流（平波）、濾波、阻尼、移相等方面。GB/T1094. 6-2011《電力變壓器第6部分：電抗器》將電抗器電抗值的測(cè)量列入出廠試驗(yàn)項(xiàng)目；對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)行的電抗器，其電抗值測(cè)量是判斷其正常運(yùn)行否的重要指標(biāo)，列入預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目；且根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)鐵芯電抗 器電抗測(cè)量應(yīng)在大于90%額定電流下才有效。

    傳統(tǒng)的串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量裝置，由發(fā)電機(jī)、調(diào)壓器、補(bǔ)償電容器組、電流互感 器、電壓互感器、電壓表、電流表、連接電纜及配套緊固件組成。此類(lèi)裝置存在占用空間大、 結(jié)構(gòu)零散、成本高的缺點(diǎn)，只能用于制造廠或?qū)�業(yè)試驗(yàn)機(jī)構(gòu)；目前，對(duì)已經(jīng)投入使用的電抗器，幾乎無(wú)法完成電抗測(cè)量。

    還有，傳統(tǒng)的串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量是基于三相對(duì)稱(chēng)電壓源測(cè)量方式，本身存在 如下缺陷：（1)電感測(cè)試結(jié)果與電源內(nèi)阻有關(guān)，不同的內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果不同，故存在系統(tǒng)誤 差；（2)很難做到三相電流的值較接近，三相電流大小不同通過(guò)互感影響相間感應(yīng)電壓，從 而影響測(cè)量結(jié)果，關(guān)于電流偏差無(wú)規(guī)定；（3)即便能做到三相電流值相等，但三相電流未必 對(duì)稱(chēng)，仍然影響相間感應(yīng)電壓，導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)。

    三、串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)核心內(nèi)容
    本文所要解決的第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提出一種串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量系統(tǒng)；本文所要解決的第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，就是提出一種采用所述系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值的測(cè)量方法。
 
    本文的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能先進(jìn)、試驗(yàn)效率高、方便現(xiàn)場(chǎng)使用的特點(diǎn)，且采用所述系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量方法測(cè)量準(zhǔn)確誤差小。解決上述第一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本文采用的技術(shù)方案是：一種串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：包括三相逆變電源單元、三相電信號(hào)檢測(cè)單元和計(jì)算控制單元；所述的三相逆變電源單元的直流側(cè)為系統(tǒng)經(jīng)整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電源、交流側(cè)的輸出經(jīng)RC組成的低通濾波器后分別接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器一端；被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器另一端接系統(tǒng)中性點(diǎn)；

    本文所述的三相電信號(hào)檢測(cè)單元分別串聯(lián)在三相逆變電源單元輸出至接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的三相線上、其采集的電流信號(hào)分別輸出至計(jì)算控制單元的第一接線端子；本文所述的計(jì)算控制單元的組成和連接關(guān)系為：依次連接的第一接線端子、調(diào)理電 路、A/D、CPLD(ComplexProgramableLogicDevice)、雙口RAM和DSP(DigitalSignal Processing)，所述的CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開(kāi)入開(kāi)出電路，所述的PWM傳輸電路 和開(kāi)入開(kāi)出電路通過(guò)第二接線端子外聯(lián)。

    RC組成的低通濾波器為串聯(lián)的電阻和電容，在電容兩端并聯(lián)霍爾電壓傳 感器，其輸出UA、UB、uc。三相逆變電源單元采用3個(gè)單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈 寬調(diào)制）技術(shù)，PWM的頻率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0. 5〜 50Hz；二相電f目號(hào)檢測(cè)單兀米用霍爾電流傳感器測(cè)量二相電流iA、iB、ip米用RC濾 波電路（見(jiàn)圖3調(diào)理電路）與霍爾電壓傳感器測(cè)量三相電壓uA、uB、uc;計(jì)算控制單元CPU采用TI公司高速浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可 達(dá)到225MHz。

    邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并發(fā)出PWM指令�？刂破鲀�(nèi)部 具備一定數(shù)量的開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接觸器。解決上述第二個(gè)技術(shù)問(wèn)題，本文采用的技術(shù)方案是：一種采用所述系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量的方法，包括以下步驟：第一步，根據(jù)被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計(jì)算出本 系統(tǒng)所能承受的最大頻率；第二步，根據(jù)本系統(tǒng)輸出頻率計(jì)算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數(shù)，反 推電壓過(guò)零點(diǎn)；第三步，根據(jù)檢測(cè)電壓值找到電壓過(guò)零點(diǎn)，并建立sincot與coscot;式中，《為電源角頻率；t為時(shí)間；第四步，根據(jù)sincot與coscot計(jì)算輸出電流的有功與無(wú)功電流：1"、1"2分別為有功電流、無(wú)功電流峰值；N為一個(gè)周波離散點(diǎn)數(shù)目；ik是檢測(cè) 的電流離散信號(hào)；sin(k)、cos(k)分別是sincot與coscot的離散量；第五步，根據(jù)電壓與無(wú)功電流計(jì)算電抗器的電感值：由十串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的容量公式為Pn = 3 «LnI2即電抗器的容量與施加電流的頻率成正比，因此在同樣的試驗(yàn)電流下，減小《可以有效減小試驗(yàn)容量，也就可以降低所需試驗(yàn) 設(shè)備容量。

    所以，本文的思路是通過(guò)減小測(cè)量電源的頻率達(dá)到降低測(cè)量設(shè)備容量問(wèn)題，滿 足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要求；制作三相受控頻率、受控電流的電流源替代三相電壓源以提高三相電感 測(cè)量的準(zhǔn)確性。

    四、與現(xiàn)有技術(shù)相比，串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：
    1、本文的系統(tǒng)輸出的正弦波頻率范圍為0. 5〜50Hz，而串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的容量公式為Pn = 3coLnI2因此在同樣的試驗(yàn)電流下，可以有效減小所需試驗(yàn)設(shè)備容量。

    2、本文所述三相逆變電源單元采用電流跟蹤PWM技術(shù)，輸出的三相電流值對(duì)稱(chēng)且相等，消除了電流偏差對(duì)互感電壓的不利影響，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，消除了電源內(nèi)阻的影響，測(cè)量結(jié)果沒(méi)有系統(tǒng)性誤差。附圖說(shuō)明圖Ia是本文的結(jié)構(gòu)示意圖之一（接線圖）；圖Ib是本文的結(jié)構(gòu)示意圖之二（三相逆變電路）；圖2是三相電信號(hào)檢測(cè)單元的接線示意圖；圖3是計(jì)算控制單元組成和連接關(guān)系示意圖。具體實(shí)施方式：參加四年圖1-圖3,本文的串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量系統(tǒng)實(shí)施例，包括三相逆 變電源單元、三相電信號(hào)檢測(cè)單元和計(jì)算控制單元。

    三相逆變電源單元直流側(cè)為系統(tǒng)經(jīng)整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電源、交流側(cè)的輸出經(jīng)RC組成的低通濾波器（圖Ia的A、B、C對(duì)外連接電路）后分別接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器一端，被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器另一端接系統(tǒng)中性點(diǎn)；三相電信號(hào)檢測(cè)單元分別串聯(lián)在三相逆 變電源單元輸出至接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的三相線上、其采集的電流信號(hào)分別輸出至計(jì)算控制 單元的第一接線端子；計(jì)算控制單的組成和連接關(guān)系為：依次連接的第一接線端子、調(diào)理 電路、A/D、CPLD、雙口RAM和DSP，CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開(kāi)入開(kāi)出電路，所述的 PWM傳輸電路和開(kāi)入開(kāi)出電路通過(guò)第二接線端子外聯(lián)。

    三相逆變電源單元采用3個(gè)單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈寬調(diào)制）技術(shù)，PWM的頻率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0.5〜 50Hz;三相電信號(hào)檢測(cè)單元采用霍爾電流傳感器測(cè)量三相電流iA、iB、i。采用RC濾波電路 與霍爾電壓傳感器測(cè)量三相電壓uA、uB、uc ;計(jì)算控制單元CPU采用TI公司高速浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可達(dá)到225MHz。邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD， 并發(fā)出PWM指令。控制器內(nèi)部具備一定數(shù)量的開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接 觸器。

    霍爾電流傳感器采集的電流信號(hào)經(jīng)控制板的RC濾波進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，CPLD控制AD采樣時(shí)間，將采集的信號(hào)寫(xiě)入雙口RAM;DSP根據(jù)被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器額定電流、額定電感值與試驗(yàn)設(shè)備的容量計(jì)算出指令電流的幅值與頻率，經(jīng)雙口RAM寫(xiě)回CPLD，CPLD采用滯環(huán)比 較方法產(chǎn)生所需的PWM信號(hào)，經(jīng)隔離芯片送至驅(qū)動(dòng)器；控制器與逆變器之間采用光纖通訊，提高試驗(yàn)設(shè)備計(jì)算與控制器單元的抗干擾性能。

    采用上述系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量的方法，包括以下步驟：第一步，根據(jù)被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計(jì)算出本 系統(tǒng)所能承受的最大頻率；第二步，根據(jù)本系統(tǒng)輸出頻率計(jì)算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數(shù)，反推電壓過(guò)零點(diǎn)；第三步，根據(jù)檢測(cè)電壓信號(hào)找到電壓過(guò)零點(diǎn)，并建立sincot與coscot;第四步，根據(jù)sincot與coscot計(jì)算輸出電流的有功與無(wú)功電流；第五步，根據(jù)電壓與無(wú)功電流計(jì)算電抗器的電感值。

    五、串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)核心要求
    1. 串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：包括三相逆變電源單元、三相電信 號(hào)檢測(cè)單元和計(jì)算控制單元； 所述的三相逆變電源單元的直流側(cè)為系統(tǒng)經(jīng)整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電 源、交流側(cè)的輸出經(jīng)RC組成的低通濾波器后分別接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器一端；被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器 另一端接系統(tǒng)中性點(diǎn)； 所述的三相電信號(hào)檢測(cè)單元分別串聯(lián)在三相逆變電源單元輸出至接被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器 的三相線上、其采集的電流信號(hào)分別輸出至計(jì)算控制單元的第一接線端子； 所述的計(jì)算控制單元的組成和連接關(guān)系為：依次連接的第一接線端子、調(diào)理電路、 A/D、CPLD(Complex Programable Logic Device)、雙口 RAM 和 DSP(Digital Signal Processing)，所述的CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開(kāi)入開(kāi)出電路，所述的PWM傳輸電路 和開(kāi)入開(kāi)出電路通過(guò)第二接線端子外聯(lián)。

    2. 根據(jù)核心要求1所述的串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：所述的RC組成的低通濾波器為串聯(lián)的電阻和電容，在電容兩端并聯(lián)霍爾電壓傳感器，其輸出uA、uB、uc。

    3. 根據(jù)核心要求2所述的串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的電抗值測(cè)量系統(tǒng)，其特征是：所述三相逆變電 源單元采用3個(gè)單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈寬調(diào)制）技術(shù)，PWM的頻 率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0. 5〜50Hz ; 所述三相電信號(hào)檢測(cè)單元采用霍爾電流傳感器測(cè)量三相電流iA、iB、，采用RC濾波電 路（見(jiàn)圖3調(diào)理電路）與霍爾電壓傳感器測(cè)量三相電壓uA、uB、Uc; 所述計(jì)算控制單元CPU采用TI公司高速浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可達(dá)到 225MHz ;邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并發(fā)出PWM指令；控制器內(nèi)部具備一 定數(shù)量的開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接觸器。

    4. 一種采用如核心要求1-3任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量的方法， 其特征是包括以下步驟： 第一步，根據(jù)被測(cè)串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計(jì)算出本系統(tǒng) 所能承受:的最大頻率； 第二步，根據(jù)本系統(tǒng)輸出頻率計(jì)算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數(shù)，反推電 壓過(guò)零點(diǎn)； 第三步，根據(jù)檢測(cè)電壓值找到電壓過(guò)零點(diǎn)，并建立sin cot與coscot ; 式中，〇為電源角頻率；t為時(shí)間； 第四步，根據(jù)sincot與coscot計(jì)算輸出電流的有功與無(wú)功電流：式中，別為有功電流、無(wú)功電流峰值；N為一個(gè)周波離散點(diǎn)數(shù)目；ik是檢測(cè)的電 流離散信號(hào)；sin (k)、cos (k)分別是sincot與coscot的離散量； 第五步，根據(jù)電壓與無(wú)功電流計(jì)算電抗器的電感值：
   
    由于串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器的容量公式為Pn = 3 «LNI2即電抗器的容量與施加電流的頻率成正比，因此在同樣的試驗(yàn)電流下，可以有效減小試驗(yàn)容量，也就可以降低所需試驗(yàn)設(shè)備容量。

    六、串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)的結(jié)語(yǔ)
    本文涉及一種新型串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量技術(shù)。采用該技術(shù)進(jìn)行串聯(lián)電抗器與進(jìn)線電抗器電抗值測(cè)量。具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、在同樣的試驗(yàn)電流下，利用該技術(shù)可有效減小所需試驗(yàn)設(shè)備容量。2、利用該技術(shù)，輸出的三相電流值對(duì)稱(chēng)且相等，消除了電流偏差對(duì)互感電壓的不利影響，提高了測(cè)量準(zhǔn)確度，消除了電源內(nèi)阻的影響，測(cè)量結(jié)果沒(méi)有系統(tǒng)性誤差。

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