新型串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术

新型串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术

    一、串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术摘要
    串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量技术，包括：三相逆变电源单元的直流侧为系统经整流或用蓄电池为逆变器提供的直流电源、交流侧的输出经RC组成的低通滤波器后分别接被测串联电抗器与进线电抗器一端；被测串联电抗器与进线电抗器另一端接系统中性点；三相电信号检测单元分别串联在三相逆变电源单元输出至接被测串联电抗器与进线电抗器的三相线上、其采集的电流信号分别输出至计算控制单元的第一接线端子；计算控制单元的组成和连接关系为：依次连接的第一接线端子、调理电路、A/D、CPLD、双口RAM和DSP，CPLD还分别外接PWM传输电路和开入开出电路，所述的PWM传输电路和开入开出电路通过第二接线端子外联。本文具有结构紧凑、功能先进、试验效率高、方便现场使用的特点，且测量准确误差小。

    二、串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术的背景
    电抗器是电网中一种常用的、重要的电力设备，在电路中广泛用于无功补偿、限流、稳流（平波）、滤波、阻尼、移相等方面。GB/T1094. 6-2011《电力变压器第6部分：电抗器》将电抗器电抗值的测量列入出厂试验项目；对已经投入运行的电抗器，其电抗值测量是判断其正常运行否的重要指标，列入预防性试验项目；且根据国家标准规定，对铁芯电抗 器电抗测量应在大于90%额定电流下才有效。

    传统的串联电抗器与进线电抗器电抗值测量装置，由发电机、调压器、补偿电容器组、电流互感 器、电压互感器、电压表、电流表、连接电缆及配套紧固件组成。此类装置存在占用空间大、 结构零散、成本高的缺点，只能用于制造厂或专业试验机构；目前，对已经投入使用的电抗器，几乎无法完成电抗测量。

    还有，传统的串联电抗器与进线电抗器电抗值测量是基于三相对称电压源测量方式，本身存在 如下缺陷：（1)电感测试结果与电源内阻有关，不同的内阻测试结果不同，故存在系统误 差；（2)很难做到三相电流的值较接近，三相电流大小不同通过互感影响相间感应电压，从 而影响测量结果，关于电流偏差无规定；（3)即便能做到三相电流值相等，但三相电流未必 对称，仍然影响相间感应电压，导致测量不准。

    三、串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术核心内容
    本文所要解决的第一个技术问题，就是提出一种串联电抗器与进线电抗器电抗值测量系统；本文所要解决的第二个技术问题，就是提出一种采用所述系统进行串联电抗器与进线电抗器电抗值的测量方法。
  
    本文的系统具有结构紧凑、功能先进、试验效率高、方便现场使用的特点，且采用所述系统进行串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量方法测量准确误差小。解决上述第一个技术问题，本文采用的技术方案是：一种串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量系统，其特征是：包括三相逆变电源单元、三相电信号检测单元和计算控制单元；所述的三相逆变电源单元的直流侧为系统经整流或用蓄电池为逆变器提供的直流电源、交流侧的输出经RC组成的低通滤波器后分别接被测串联电抗器与进线电抗器一端；被测串联电抗器与进线电抗器另一端接系统中性点；

    本文所述的三相电信号检测单元分别串联在三相逆变电源单元输出至接被测串联电抗器与进线电抗器的三相线上、其采集的电流信号分别输出至计算控制单元的第一接线端子；本文所述的计算控制单元的组成和连接关系为：依次连接的第一接线端子、调理电 路、A/D、CPLD(ComplexProgramableLogicDevice)、双口RAM和DSP(DigitalSignal Processing)，所述的CPLD还分别外接PWM传输电路和开入开出电路，所述的PWM传输电路 和开入开出电路通过第二接线端子外联。

    RC组成的低通滤波器为串联的电阻和电容，在电容两端并联霍尔电压传 感器，其输出UA、UB、uc。三相逆变电源单元采用3个单相逆变器组成，三相逆变电源单元采用PWM(脉 宽调制）技术，PWM的频率在2〜12kHz，指令周期40us，装置输出正弦波频率范围为0. 5〜 50Hz；二相电f目号检测单兀米用霍尔电流传感器测量二相电流iA、iB、ip米用RC滤 波电路（见图3调理电路）与霍尔电压传感器测量三相电压uA、uB、uc;计算控制单元CPU采用TI公司高速浮点DSP芯片TMS320C6713,内核频率可 达到225MHz。

    逻辑芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并发出PWM指令。控制器内部 具备一定数量的开关量输入输出模块，用于控制外部交流接触器。解决上述第二个技术问题，本文采用的技术方案是：一种采用所述系统进行串联电抗器与进线电抗器电抗值测量的方法，包括以下步骤：第一步，根据被测串联电抗器与进线电抗器的额定电感值、额定电流与本系统的容量计算出本 系统所能承受的最大频率；第二步，根据本系统输出频率计算RC滤波器引起的采样电压相移与幅值系数，反 推电压过零点；第三步，根据检测电压值找到电压过零点，并建立sincot与coscot;式中，《为电源角频率；t为时间；第四步，根据sincot与coscot计算输出电流的有功与无功电流：1"、1"2分别为有功电流、无功电流峰值；N为一个周波离散点数目；ik是检测 的电流离散信号；sin(k)、cos(k)分别是sincot与coscot的离散量；第五步，根据电压与无功电流计算电抗器的电感值：由十串联电抗器与进线电抗器的容量公式为Pn = 3 «LnI2即电抗器的容量与施加电流的频率成正比，因此在同样的试验电流下，减小《可以有效减小试验容量，也就可以降低所需试验 设备容量。

    所以，本文的思路是通过减小测量电源的频率达到降低测量设备容量问题，满 足现场测量要求；制作三相受控频率、受控电流的电流源替代三相电压源以提高三相电感 测量的准确性。

    四、与现有技术相比，串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术的优点：
    1、本文的系统输出的正弦波频率范围为0. 5〜50Hz，而串联电抗器与进线电抗器的容量公式为Pn = 3coLnI2因此在同样的试验电流下，可以有效减小所需试验设备容量。

    2、本文所述三相逆变电源单元采用电流跟踪PWM技术，输出的三相电流值对称且相等，消除了电流偏差对互感电压的不利影响，提高了测量准确度，消除了电源内阻的影响，测量结果没有系统性误差。附图说明图Ia是本文的结构示意图之一（接线图）；图Ib是本文的结构示意图之二（三相逆变电路）；图2是三相电信号检测单元的接线示意图；图3是计算控制单元组成和连接关系示意图。具体实施方式：参加四年图1-图3,本文的串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量系统实施例，包括三相逆 变电源单元、三相电信号检测单元和计算控制单元。

    三相逆变电源单元直流侧为系统经整流或用蓄电池为逆变器提供的直流电源、交流侧的输出经RC组成的低通滤波器（图Ia的A、B、C对外连接电路）后分别接被测串联电抗器与进线电抗器一端，被测串联电抗器与进线电抗器另一端接系统中性点；三相电信号检测单元分别串联在三相逆 变电源单元输出至接被测串联电抗器与进线电抗器的三相线上、其采集的电流信号分别输出至计算控制 单元的第一接线端子；计算控制单的组成和连接关系为：依次连接的第一接线端子、调理 电路、A/D、CPLD、双口RAM和DSP，CPLD还分别外接PWM传输电路和开入开出电路，所述的 PWM传输电路和开入开出电路通过第二接线端子外联。

    三相逆变电源单元采用3个单相逆变器组成，三相逆变电源单元采用PWM(脉宽调制）技术，PWM的频率在2〜12kHz，指令周期40us，装置输出正弦波频率范围为0.5〜 50Hz;三相电信号检测单元采用霍尔电流传感器测量三相电流iA、iB、i。采用RC滤波电路 与霍尔电压传感器测量三相电压uA、uB、uc ;计算控制单元CPU采用TI公司高速浮点DSP芯片TMS320C6713,内核频率可达到225MHz。逻辑芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD， 并发出PWM指令。控制器内部具备一定数量的开关量输入输出模块，用于控制外部交流接 触器。

    霍尔电流传感器采集的电流信号经控制板的RC滤波进入A/D转换器，CPLD控制AD采样时间，将采集的信号写入双口RAM;DSP根据被测串联电抗器与进线电抗器额定电流、额定电感值与试验设备的容量计算出指令电流的幅值与频率，经双口RAM写回CPLD，CPLD采用滞环比 较方法产生所需的PWM信号，经隔离芯片送至驱动器；控制器与逆变器之间采用光纤通讯，提高试验设备计算与控制器单元的抗干扰性能。

    采用上述系统进行串联电抗器与进线电抗器电抗值测量的方法，包括以下步骤：第一步，根据被测串联电抗器与进线电抗器的额定电感值、额定电流与本系统的容量计算出本 系统所能承受的最大频率；第二步，根据本系统输出频率计算RC滤波器引起的采样电压相移与幅值系数，反推电压过零点；第三步，根据检测电压信号找到电压过零点，并建立sincot与coscot;第四步，根据sincot与coscot计算输出电流的有功与无功电流；第五步，根据电压与无功电流计算电抗器的电感值。

    五、串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术核心要求
    1. 串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量系统，其特征是：包括三相逆变电源单元、三相电信 号检测单元和计算控制单元； 所述的三相逆变电源单元的直流侧为系统经整流或用蓄电池为逆变器提供的直流电 源、交流侧的输出经RC组成的低通滤波器后分别接被测串联电抗器与进线电抗器一端；被测串联电抗器与进线电抗器 另一端接系统中性点； 所述的三相电信号检测单元分别串联在三相逆变电源单元输出至接被测串联电抗器与进线电抗器 的三相线上、其采集的电流信号分别输出至计算控制单元的第一接线端子； 所述的计算控制单元的组成和连接关系为：依次连接的第一接线端子、调理电路、 A/D、CPLD(Complex Programable Logic Device)、双口 RAM 和 DSP(Digital Signal Processing)，所述的CPLD还分别外接PWM传输电路和开入开出电路，所述的PWM传输电路 和开入开出电路通过第二接线端子外联。

    2. 根据核心要求1所述的串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量系统，其特征是：所述的RC组成的低通滤波器为串联的电阻和电容，在电容两端并联霍尔电压传感器，其输出uA、uB、uc。

    3. 根据核心要求2所述的串联电抗器与进线电抗器的电抗值测量系统，其特征是：所述三相逆变电 源单元采用3个单相逆变器组成，三相逆变电源单元采用PWM(脉宽调制）技术，PWM的频 率在2〜12kHz，指令周期40us，装置输出正弦波频率范围为0. 5〜50Hz ; 所述三相电信号检测单元采用霍尔电流传感器测量三相电流iA、iB、，采用RC滤波电 路（见图3调理电路）与霍尔电压传感器测量三相电压uA、uB、Uc; 所述计算控制单元CPU采用TI公司高速浮点DSP芯片TMS320C6713,内核频率可达到 225MHz ;逻辑芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并发出PWM指令；控制器内部具备一 定数量的开关量输入输出模块，用于控制外部交流接触器。

    4. 一种采用如核心要求1-3任意一项所述的系统进行串联电抗器与进线电抗器电抗值测量的方法， 其特征是包括以下步骤： 第一步，根据被测串联电抗器与进线电抗器的额定电感值、额定电流与本系统的容量计算出本系统 所能承受:的最大频率； 第二步，根据本系统输出频率计算RC滤波器引起的采样电压相移与幅值系数，反推电 压过零点； 第三步，根据检测电压值找到电压过零点，并建立sin cot与coscot ; 式中，〇为电源角频率；t为时间； 第四步，根据sincot与coscot计算输出电流的有功与无功电流：式中，别为有功电流、无功电流峰值；N为一个周波离散点数目；ik是检测的电 流离散信号；sin (k)、cos (k)分别是sincot与coscot的离散量； 第五步，根据电压与无功电流计算电抗器的电感值：
    
    由于串联电抗器与进线电抗器的容量公式为Pn = 3 «LNI2即电抗器的容量与施加电流的频率成正比，因此在同样的试验电流下，可以有效减小试验容量，也就可以降低所需试验设备容量。

    六、串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术的结语
    本文涉及一种新型串联电抗器与进线电抗器电抗值测量技术。采用该技术进行串联电抗器与进线电抗器电抗值测量。具有如下优点：1、在同样的试验电流下，利用该技术可有效减小所需试验设备容量。2、利用该技术，输出的三相电流值对称且相等，消除了电流偏差对互感电压的不利影响，提高了测量准确度，消除了电源内阻的影响，测量结果没有系统性误差。