电容式电压互感器的谐波传递特性的中压扫频试验方法与流程

本发明涉及电容式电压互感器，具体涉及电容式电压互感器的谐波传递特性的中压扫频试验方法。

背景技术：

1、目前，新型电力系统大力发展新能源发电和高压直流输电，大量电力电子设备的应用，导致在高压和超高压电力系统中含有较高的谐波。由分压器单元和电磁单元组成的电容式电压互感器（capacitor voltage transformer，cvt）具有绝缘可靠性好、基波测量精度高等诸多优点，被广泛应用于高压和超高压电力系统中。但是，由于cvt固有结构带来频响非线性，造成测量谐波存在显著误差，因此关于cvt在电力系统中对谐波的传递特性研究也愈发重要。

2、准确获取cvt的谐波传递特性通常采用扫频的方式，通过在cvt高压侧施加额定基波电压和一定比例的谐波电压，再同步检测参照分压器单元于cvt低压侧的对应谐波电压，从而获得cvt的谐波传递特性。然而，上述方式存在以下问题：

3、1）220kv以上的cvt实际高度大于5m，而cvt高压侧端子位于顶部，接线操作难度较大；

4、2）电压等级越高的cvt，对于试验电源的输出电压要求就越高，目前试验电源在100kv以上实现控频还存在技术瓶颈；

5、3）试验电压越高，对绝缘要求就越高，因此存在一定的安全隐患。

技术实现思路

1、针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了电容式电压互感器的谐波传递特性的中压扫频试验方法，能够有效克服现有技术所存在的对于试验电源的输出电压要求较高，以及接线操作难度较大的缺陷。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、电容式电压互感器的谐波传递特性的中压扫频试验方法，包括以下步骤：

4、s1、将cvt的分压器单元与电磁单元分离，并向电磁单元高压侧端子与地之间施加基波试验电压和谐波试验电压；

5、s2、同步检测电磁单元高压侧对地的电压、电流，以及电磁单元低压侧电压，根据电磁单元高压侧对地的电压、电流计算电磁单元谐波等效阻抗；

6、s3、计算中压电容谐波阻抗，结合电磁单元谐波等效阻抗计算中压单元谐波等效阻抗；

7、s4、计算高压电容谐波阻抗，结合中压单元谐波等效阻抗和谐波试验电压计算cvt高压侧谐波电压；

8、s5、根据cvt高压侧谐波电压和电磁单元低压侧谐波电压计算cvt的谐波传递特性，并绘制cvt谐波传递特性曲线。

9、优选地，s1中将cvt的分压器单元与电磁单元分离，并向电磁单元高压侧端子与地之间施加基波试验电压和谐波试验电压，包括：

10、起吊分压器单元，将其放置于其他位置并保证其稳固，保留电磁单元；

11、用套有环氧绝缘管的导线，将试验电源的输出电压接至电磁单元高压侧端子，以向电磁单元高压侧端子与地之间施加基波试验电压和谐波试验电压；

12、其中，电磁单元高压侧端子为电磁单元与分压器单元之间的连接点。

13、优选地，基波试验电压采用下式表示：

14、；

15、其中， u11为基波试验电压的幅值，基波试验电压的幅值 u11等于cvt中压变压器高压侧额定电压，在10~20kv之间，通过查找cvt铭牌参数得到，为基波试验电压的相角；

16、 n次谐波试验电压采用下式表示：

17、；

18、其中， u1 n为 n次谐波试验电压的幅值， n次谐波试验电压的幅值 u1 n为基波试验电压的幅值 u11的0.2%~5%，为 n次谐波试验电压的相角；

19、在施加谐波试验电压时，采用多次施加不同的单频次的谐波试验电压方式进行，频率范围为50~2500hz，每次谐波叠加持续时间为20s。

20、优选地，s2中同步检测电磁单元高压侧对地的电压、电流，以及电磁单元低压侧电压，包括：

21、通过宽频高压探头检测电磁单元高压侧对地的电压 u1( t)，通过宽频电流互感器检测电磁单元高压侧对地的电流 i1( t)，通过宽频低压探头检测电磁单元低压侧电压 u2( t)，由数据采集装置同步测量并记录整个过程；

22、其中， u1( t)、 i1( t)、 u2( t)均包含基波分量和谐波分量，宽频高压探头的电压测量不低于20kv，带宽不低于5khz；宽频电流互感器的电流测量范围为0.01~5a，带宽不低于5khz；宽频低压探头的电压测量不低于100v，带宽不低于5khz；

23、数据采集装置的采样频率不小于25.6khz，同时具备2~50次谐波的幅值和相位测量能力，以及全程波形记录功能，并满足a级精度要求。

24、优选地，s2中根据电磁单元高压侧对地的电压、电流计算电磁单元谐波等效阻抗，包括：

25、对电磁单元高压侧对地的电压 u1( t)进行傅里叶分解，得到 n次谐波试验电压：

26、；

27、对电磁单元高压侧对地的电流 i1( t)进行傅里叶分解，得到 n次谐波试验电流：

28、；

29、其中， i1 n为 n次谐波试验电流的幅值，为 n次谐波试验电流的相角；

30、根据 n次谐波试验电压、 n次谐波试验电流计算电磁单元谐波等效阻抗：

31、；

32、；

33、；

34、其中， z n1为电磁单元谐波等效阻抗的幅值，为电磁单元谐波等效阻抗的相角。

35、优选地，s3中计算中压电容谐波阻抗，结合电磁单元谐波等效阻抗计算中压单元谐波等效阻抗，包括：

36、采用下式计算中压电容谐波阻抗：

37、；

38、其中， f n为 n次谐波频率， c2为中压电容值；

39、根据中压电容谐波阻抗和电磁单元谐波等效阻抗计算中压单元谐波等效阻抗：

40、。

41、优选地，s4中计算高压电容谐波阻抗，结合中压单元谐波等效阻抗和谐波试验电压计算cvt高压侧谐波电压，包括：

42、采用下式计算高压电容谐波阻抗：

43、；

44、其中， c1为高压电容值；

45、根据高压电容谐波阻抗、中压单元谐波等效阻抗和 n次谐波试验电压计算cvt高压侧的 n次谐波电压：

46、。

47、优选地，s5中根据cvt高压侧谐波电压和电磁单元低压侧谐波电压计算cvt的谐波传递特性，并绘制cvt谐波传递特性曲线，包括：

48、对电磁单元低压侧电压 u2( t)进行傅里叶分解，得到电磁单元低压侧的 n次谐波电压：

49、；

50、其中， u2 n为电磁单元低压侧的 n次谐波电压的幅值，为电磁单元低压侧的 n次谐波电压的相角；

51、计算cvt高压侧的 n次谐波电压与电磁单元低压侧的 n次谐波电压之间的幅值比 k：

52、；

53、其中， k1为电磁单元内变压器的额定变比， u n为cvt高压侧的 n次谐波电压的幅值， u2 n为电磁单元低压侧的 n次谐波电压的幅值；

54、计算cvt高压侧的 n次谐波电压与电磁单元低压侧的 n次谐波电压之间的相位差：

55、；

56、其中，为cvt高压侧的 n次谐波电压的相角，为电磁单元低压侧的 n次谐波电压的相角；

57、根据计算得到的幅值比和相位差绘制cvt谐波传递特性曲线。

58、优选地，所述电容式电压互感器cvt包括分压器单元和电磁单元，所述分压器单元包括串联的高压电容 c1、中压电容 c2，所述中压电容 c2与电磁单元并联组成中压单元，所述中压单元与高压电容 c1串联。

59、与现有技术相比，本发明所提供的电容式电压互感器的谐波传递特性的中压扫频试验方法，通过在电磁单元高压侧输入基波叠加谐波的试验电压，根据同步检测得到的电磁单元高压侧谐波试验电压、谐波试验电流，计算电磁单元谐波等效阻抗，再根据中压电容和高压电容计算cvt高压侧谐波电压，将其与检测得到的电磁单元低压侧谐波电压进行比较，并通过计算幅值比和相位差得到cvt的谐波传递特性，本方法通过相对较低的基波试验电压和谐波试验电压就能够分析出cvt的谐波传递特性，极大降低了对试验电源输出基波试验电压幅值的要求（中压电压通常不超过20kv），从而有效解决了对于试验电源的输出电压要求较高、接线操作难度较大，以及存在安全隐患的问题。