一种110kV电容式电压互感器（CVT）谐波电压校正测量装置的制作方法

本实用新型涉及一种110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置。

背景技术：

电容式电压互感器(CVT—Capacitor Voltage Transformer)以其独特的优点在电力系统获得了越来越多的应用。但是，由于其工作原理的特殊性，国家标准 GB/T 14549—1993《电能质量公用电网谐波》明确规定CVT不能用于谐波测量，而随着非线性负荷的日益增加，对于谐波电压的测量已成为电力行业确保安稳运行所必需的一项要求，形势的发展导致了对谐波电压精准测量的需要。

有鉴于此，各国科技人员针对这个问题的解决进行了大量的研究。在专利申报方面公开的主要有以下几种解决方案：

(1)专利号为CN201510753382.X的一篇专利提出了“一种电容式电压互感器(CVT)谐波测量误差修正装置”的解决方案，其基本思想是通过设计一种包括谐波产生、高压产生、准确值输出、被测CVT输出、数据处理和结果输出等几个主要部分的谐波测量误差修正装置，通过对各台具体的CVT设备进行谐波传递特性的实验后，利用实测的谐波传变特性曲线实现对谐波测量的校正。

(2)专利号为CN201310732351.7的一篇专利公开了“一种适用于谐波测量的电容式电压互感器”的解决方案，其基本思想是在传统的电容式电压互感器的基础之上，在低压端加装电容分压器作为谐波测量的测量元件的方法实现对谐波电压信号的分析测量。类似思想的公开专利还有武汉大学公开的“一种适用于高电压谐波测量的电容式电压互感器”。

(3)专利号为CN201310326067.X的一篇专利公开了“适用于高电压谐波测量的电容式电压互感器及测量方法”的解决方案，其基本思想是通过在CVT 的内部增加两个电流传感器，利用数据采集卡分别采集流过CVT高压电容C1、低压电容C2的电流信号；再通过谐波分析程序对采集道德电流信号进行谐波分析后，利用电流与电压之间的相互关系计算，从而得到CVT电网侧电压谐波的情况。类似思想的公开专利还有云南电力试验研究院(集团)有限公司电力研究院和云南电网公司技术分公司公开的专利号为CN201320103817.2的“一种用于准确测量CVT电网侧电压谐波的装置”，国家电网公司和国网河南省电力公司电力科学研究院公开的专利号为CN201310695448.5的“具有高压谐波测量功能的电容式电压互感器及测量方法”。

(4)专利号为CN201511003730.8的一篇专利提出了“采用变比拟合的电容式电压互感器谐波测量校正方法”的解决方案，其基本思想是根据预设模型的等效电路元件参数进行拟合，得到变比幅频响应曲线和相频响应特性曲线，然后对其他型号的不同等效电路元件参数基于拟合结果采用平移等方式调整曲线，实现校正。

以上方法中，方法(1)虽然能实现对谐波测量的精确校正，但在实际应用时必须对每台CVT设备分别校正，工作量巨大，使得方法的应用存在成本高、效率低、速度慢等不足。

方法(2)和方法(3)的一个固有缺陷是必须对CVT进行改造，从理论上来说是对CVT测量原理的颠覆性改变，有些类似于电子式互感器的工作原理，其制造、设计成本将完全不再具有CVT的特点，并且，由于在CVT的内部增加了新的元器件，其安全性难以评估和预测，可以说是不适于对现有CVT应用的改造的，存在结构复杂、成本高、有可靠性隐患等缺陷；方法(4)基本思路合理，有一定的实际应用可能性，但存在的问题也比较明显，那就是对CVT制造时的结构参数(即：高压电容C1、中压电容C2和分压比k参数)的差异性引起的传变特性变化(如图1和图2所示)的实际处理的可操作性考虑的较少，而且，对于杂散电容的影响考虑的不够充分；并且，理论分析和计算机仿真研究表明， CVT的等效电路元件参数随温度变化的特点虽然对于基波的传递特性影响较小，但对于谐波信号的传变影响很大，不考虑温度影响的谐波测量校正方法在实际具体应用时会引起较大的温服附加误差，图3给出了考虑元件参数随温度变化的因素后，部分次数的谐波的传感变比和相差的变化情况，可见，温度对CVT谐波电压测量精度的影响极大，谐波次数越高，受影响情况越严重，因此，在CVT 谐波电压精准测量方法的研究中，必须考虑温度对测量结果的影响问题。

因此，特别需要一种可以使CVT对于谐波测量的精准性得到极大的提高的 110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置，以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种可以使CVT对于谐波测量的精准性得到极大的提高的110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置，来解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置，包括电压采样电路、低通滤波电路、模数转换电路、微处理器、人机交互模块和温度信号检测电路，所述电压采样电路、低通滤波电路、模数转换电路与微处理器依次电性连接，所述人机交互模块和温度信号检测电路均匀控制器电性连接。

为了进一步实现本实用新型，所述电压采样电路包括宽频高精度的电压互感器JLPT和电压跟随器，将由电容式电压互感器输出的电压信号转变为0-5V的交流信号。

为了进一步实现本实用新型，所述低通滤波电路用于保证后续的信号分析处理软件中不会产生频率叠混效应，所述低通滤波电路由巴特沃斯二阶低通滤波器构成。

为了进一步实现本实用新型，所述模数转换电路用于将低通滤波电路输出的模拟信号转变成数字信号，所述模数转换电路采用AD7606芯片。

为了进一步实现本实用新型，所述AD7606芯片通过SIN引脚将低通滤波电路输出的模拟信号转变成16位的数字信号，所述模数转换电路采用串行DMA 方式输出，所述AD7606芯片的PAR/SER引脚接高电平，模数转换后的输出信号由BD7引脚串行输出至微处理器。

为了进一步实现本实用新型，所述温度信号检测电路用于对温度数据进行采样，所述温度信号检测电路由DS18B20温度传感芯片组成。

为了进一步实现本实用新型，所述人机交互模块采用液晶显示屏TFT。

为了进一步实现本实用新型，所述微处理器采用STM32F407微处理器。

有益效果

(1)本实用新型可以使CVT对于谐波测量的精准性得到极大的提高，满足国家标准对各次谐波电压的测量要求，且具有操作简单、成本低廉、不影响现有 CVT的正常运行、可以带点安装操作、对于系统运行的可靠性没有任何潜在的隐患、效率高等优点。

附图说明

图1为C1和C2在95％-105％的范围内变比的相对变化曲线；

图2为C1和C2在95％-105％的范围内相位的相对变化曲线；

图3为变化相对误差和相位差随温度变化时谐波传变特性曲线受影响趋势图；

图4为插值校正方法计算示意图；

图5为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置的系统框图；

图6为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中采样电路的电路图；

图7为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中低通滤波电路的电路图；

图8为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中数模转换电路的电路图。

图9为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中微处理器的电路图；

图10为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中人机交互模块的电路图；

图11为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置中温度信号测量电路的电路图；

图12为本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置信号分析软件的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构。

实施例一

如图5所示，本实用新型110kV电容式电压互感器(CVT)谐波电压校正测量装置包括电压采样电路、低通滤波电路、模数转换电路、微处理器、人机交互模块和温度信号检测电路，其中：

电压采样电路、低通滤波电路、模数转换电路与微处理器依次电性连接，人机交互电路和温度信号检测电路均与控制器电性连接。

如图6所示，电压采样电路CTV信号输出电路连接，电压采样电路包括宽频高精度的电压互感器JLPT和电压跟随器，将由电容式电压互感器输出的电压信号转变为0-5V的交流信号。

如图7所示，低通滤波电路用于保证后续的信号分析处理软件中不会产生频率叠混效应，低通滤波电路由巴特沃斯二阶低通滤波器构成。

如图8所示，模数转换电路用于将低通滤波电路输出的模拟信号转变成数字信号，模数转换电路采用AD7606芯片，AD7606芯片具有宽电源工作电压范围、高转换精度、16位串并两种数据输出方式、输入侧钳位保护、易于微处理器接口等功能，以保证采集系统能对电压信号以10.24kSPS的采样速度完成模数转换， AD7606芯片通过SIN引脚将低通滤波电路输出的模拟信号转变成16位的数字信号，模数转换电路中所有外围电阻和电容参数的选取按照器件手册的要求选取；模数转换电路采用串行DMA方式输出，AD7606芯片的PAR/SER引脚接高电平，模数转换后的输出信号由BD7引脚串行输出至微处理器。

温度信号检测电路用于对温度数据进行采样，温度信号检测电路由DS18B20 温度传感芯片组成，如图11所示，测量到温度信号通过DS18B20温度传感芯片的输出口ADC1接入微处理器实现数据传输，完成对温度数据的采样。

人机交互模块采用液晶显示屏TFT，其电路接线图如图10所示。

微处理器采用STM32F407微处理器，其电路接线图如图9所示，模数转换电路和温度信号检测电路的信号输入至STM32F407微处理器后，数据将由信号分析软件处理，如图12所示，初始化操作后，通过人机交互模块输入欲校正CVT 的额定电容CN、实测分压比k的参数，利用公式：

和C2＝kCN

计算得出CVT的高压电容C1和中压电容C2；如图4所示，利用线性插值的方法，再通过公式：

其中：

和

其中，

计算出其各次谐波对应的变化校正系数kh和对应的相位校正值

启动数据采样操作，当完成采样后，由采样值利用快速傅立叶变换及校正插值算法软件完成对二次侧采样电压值的频谱分析计算，获得各次谐波的幅值Ush和相位同时，获得采样时刻的温度T，利用公式：

计算常温时的各次谐波电压校正值Uhc、

利用公式：

温度对传变精度的影响近视为线性的，因此，对各个不同次数的谐波参数而言，采用线性函数求斜率的方法可以获得各次谐波的变化幅值和相位随温度变化的斜率λhb和λhx；

计算测量时刻的各次谐波电压校正值Uht、最后将各谐波电压校正值Uht、在人机交互模块输出显示。

经信号分析软件处理后的谐波电压校正数值由STM32F407微处理器中的 D0-D16(图9中的85-86、114-115、5860、63-68、77-79号引脚)送液晶显示屏 TFT输出显示，同时，该输出信号通过STM32F407微处理器的串行输出口PA9TX、 PA10RX(图9中的109、110号引脚)可输出至其它外围设备。

本实用新型可以使CVT对于谐波测量的精准性得到极大的提高，满足国家标准对各次谐波电压的测量要求，且具有操作简单、成本低廉、不影响现有CVT 的正常运行、可以带点安装操作、对于系统运行的可靠性没有任何潜在的隐患、效率高等优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。