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新型串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)

    新型串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)

    一、串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)摘要
    串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量技術(shù),包括: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串聯(lián)電抗器與進線電抗器一端;被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器另一端接系統(tǒng)中性點;三相電信號檢測單元分別串聯(lián)在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子;計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、雙口RAM和DSP,CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開入開出電路,所述的PWM傳輸電路和開入開出電路通過第二接線端子外聯(lián)。本文具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能先進、試驗效率高、方便現(xiàn)場使用的特點,且測量準(zhǔn)確誤差小。
新型串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)

    二、串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(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功補償、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量列入出廠試驗項目;對已經(jīng)投入運行的電抗器,其電抗值測量是判斷其正常運行否的重要指標(biāo),列入預(yù)防性試驗項目;且根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對鐵芯電抗 器電抗測量應(yīng)在大于90%額定電流下才有效。

    傳統(tǒng)的串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量裝置,由發(fā)電機、調(diào)壓器、補償電容器組、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。此類裝置存在占用空間大、 結(jié)構(gòu)零散、成本高的缺點,只能用于制造廠或?qū)I(yè)試驗機構(gòu);目前,對已經(jīng)投入使用的電抗器,幾乎無法完成電抗測量。

    還有,傳統(tǒng)的串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量是基于三相對稱電壓源測量方式,本身存在 如下缺陷:(1)電感測試結(jié)果與電源內(nèi)阻有關(guān),不同的內(nèi)阻測試結(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互感影響相間感應(yīng)電壓,從 而影響測量結(jié)果,關(guān)于電流偏差無規(guī)定;(3)即便能做到三相電流值相等,但三相電流未必 對稱,仍然影響相間感應(yīng)電壓,導(dǎo)致測量不準(zhǔn)。

    三、串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)核心內(nèi)容
    本文所要解決的第一個技術(shù)問題,就是提出一種串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量系統(tǒng);本文所要解決的第二個技術(shù)問題,就是提出一種采用所述系統(tǒng)進行串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值的測量方法。
 
    本文的系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能先進、試驗效率高、方便現(xiàn)場使用的特點,且采用所述系統(tǒng)進行串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量方法測量準(zhǔn)確誤差小。解決上述第一個技術(shù)問題,本文采用的技術(shù)方案是:一種串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統(tǒng),其特征是:包括三相逆變電源單元、三相電信號檢測單元和計算控制單元;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串聯(lián)電抗器與進線電抗器一端;被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器另一端接系統(tǒng)中性點;

    本文所述的三相電信號檢測單元分別串聯(lián)在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子;本文所述的計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傳輸電路和開入開出電路,所述的PWM傳輸電路 和開入開出電路通過第二接線端子外聯(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目號檢測單兀米用霍爾電流傳感器測量二相電流iA、iB、ip米用RC濾 波電路(見圖3調(diào)理電路)與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、uc;計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可 達到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。解決上述第二個技術(shù)問題,本文采用的技術(shù)方案是:一種采用所述系統(tǒng)進行串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法,包括以下步驟:第一步,根據(jù)被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計算出本 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 推電壓過零點;第三步,根據(jù)檢測電壓值找到電壓過零點,并建立sincot與coscot;式中,《為電源角頻率;t為時間;第四步,根據(jù)sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流:1"、1"2分別為有功電流、無功電流峰值;N為一個周波離散點數(shù)目;ik是檢測 的電流離散信號;sin(k)、cos(k)分別是sincot與coscot的離散量;第五步,根據(jù)電壓與無功電流計算電抗器的電感值:由十串聯(lián)電抗器與進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,因此在同樣的試驗電流下,減小《可以有效減小試驗容量,也就可以降低所需試驗 設(shè)備容量。

    所以,本文的思路是通過減小測量電源的頻率達到降低測量設(shè)備容量問題,滿 足現(xiàn)場測量要求;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 測量的準(zhǔn)確性。

    四、與現(xiàn)有技術(shù)相比,串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)的優(yōu)點:
    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)電抗器與進線電抗器的容量公式為Pn = 3coLnI2因此在同樣的試驗電流下,可以有效減小所需試驗設(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稱且相等,消除了電流偏差對互感電壓的不利影響,提高了測量準(zhǔn)確度,消除了電源內(nèi)阻的影響,測量結(jié)果沒有系統(tǒng)性誤差。附圖說明圖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是三相電信號檢測單元的接線示意圖;圖3是計算控制單元組成和連接關(guān)系示意圖。具體實施方式:參加四年圖1-圖3,本文的串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統(tǒng)實施例,包括三相逆 變電源單元、三相電信號檢測單元和計算控制單元。

    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對外連接電路)后分別接被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器一端,被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器另一端接系統(tǒng)中性點;三相電信號檢測單元分別串聯(lián)在三相逆 變電源單元輸出至接被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制 單元的第一接線端子;計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傳輸電路和開入開出電路,所述的 PWM傳輸電路和開入開出電路通過第二接線端子外聯(lián)。

    三相逆變電源單元采用3個單相逆變器組成,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;三相電信號檢測單元采用霍爾電流傳感器測量三相電流iA、iB、i。采用RC濾波電路 與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、uc ;計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可達到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經(jīng)控制板的RC濾波進入A/D轉(zhuǎn)換器,CPLD控制AD采樣時間,將采集的信號寫入雙口RAM;DSP根據(jù)被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器額定電流、額定電感值與試驗設(shè)備的容量計算出指令電流的幅值與頻率,經(jīng)雙口RAM寫回CPLD,CPLD采用滯環(huán)比 較方法產(chǎn)生所需的PWM信號,經(jīng)隔離芯片送至驅(qū)動器;控制器與逆變器之間采用光纖通訊,提高試驗設(shè)備計算與控制器單元的抗干擾性能。

    采用上述系統(tǒng)進行串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法,包括以下步驟:第一步,根據(jù)被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計算出本 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),反推電壓過零點;第三步,根據(jù)檢測電壓信號找到電壓過零點,并建立sincot與coscot;第四步,根據(jù)sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流;第五步,根據(jù)電壓與無功電流計算電抗器的電感值。

    五、串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量技術(shù)核心要求
    1. 串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統(tǒng),其特征是:包括三相逆變電源單元、三相電信 號檢測單元和計算控制單元; 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串聯(lián)電抗器與進線電抗器一端;被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器 另一端接系統(tǒng)中性點; 所述的三相電信號檢測單元分別串聯(lián)在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器 的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子; 所述的計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傳輸電路和開入開出電路,所述的PWM傳輸電路 和開入開出電路通過第二接線端子外聯(lián)。

    2. 根據(jù)核心要求1所述的串聯(lián)電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統(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)電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統(tǒng),其特征是:所述三相逆變電 源單元采用3個單相逆變器組成,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 ; 所述三相電信號檢測單元采用霍爾電流傳感器測量三相電流iA、iB、,采用RC濾波電 路(見圖3調(diào)理電路)與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、Uc; 所述計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內(nèi)核頻率可達到 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任意一項所述的系統(tǒng)進行串聯(lián)電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法, 其特征是包括以下步驟: 第一步,根據(jù)被測串聯(lián)電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統(tǒng)的容量計算出本系統(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 壓過零點; 第三步,根據(jù)檢測電壓值找到電壓過零點,并建立sin cot與coscot ; 式中,〇為電源角頻率;t為時間; 第四步,根據(jù)sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流:式中,別為有功電流、無功電流峰值;N為一個周波離散點數(shù)目;ik是檢測的電 流離散信號;sin (k)、cos (k)分別是sincot與coscot的離散量; 第五步,根據(jù)電壓與無功電流計算電抗器的電感值:
   
    由于串聯(lián)電抗器與進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,因此在同樣的試驗電流下,可以有效減小試驗容量,也就可以降低所需試驗設(shè)備容量。

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

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