一种电容式电压互感器宽频传输特性的检测方法与流程

本发明涉及自动控制的，具体来说，是一种电容式电压互感器宽频传输特性的检测方法。

背景技术：

1、随着以风能、光伏为代表的大规模新能源并网，非线性负荷、冲击性负荷的不断增加，以电力电子技术为特征的新源汽车、铁轨道交通、高铁等负荷的不断增加，传统电网中电能质量尤其是谐波问题引起了越来越多的人的重视和关注，由此引起的电能质量问题对电力系统本身和用户设备的正常运行产生了巨大的影响，因此对电力电子系统谐波检测的精准度有了更高的要求。

2、关于电容式电压互感器(capacitive voltage transformer)的研究主要针对其暂态特性和额定功率下的测量精准性和误差特性。国内外的许多研究报告表明，cvt对于谐波信号不能完全传递，多数结论是cvt对谐波测量会产生畸变，已经无法表征系统中谐波的实际含有率，现有的谐波测试方法并不能准确反映电网中的谐波比例，故目前cvt并不具备准确测量电网中谐波含量的能力不能用来测量谐波。

3、电容式电压互感器在不同频率下的传输变比差异较大，实际运行工况下谐波含量复杂，现有cvt宽频传输特性测试方法基本围绕降低测试电压等级的同时保证较小的测量误差展开，对于施加在cvt上的谐波源没有过多研究，在实际测试中，现有方法通过单次谐波注入的方式导致测试效率较低，而在时间域内控制谐波源的方式无法很好的控制多次谐波，并且控制的精度受限于各次谐波阻抗的计算，实际上，阻抗会受到环境温度的影响，很难计算准确。

技术实现思路

1、本发明提供了一种电容式电压互感器宽频传输特性的检测方法，解决了现有方法测试效率与谐波控制精度较低的技术问题。

2、本发明可以通过以下技术方案实现：

3、一种电容式电压互感器宽频传输特性的检测方法，包括以下步骤：

4、步骤一、将均匀白噪声信号输入没有被测电容式电压互感器的测试系统中，计算测试系统的传递函数为h(f)及其对应的补偿函数a(f)；

5、步骤二、以基波电压叠加多次谐波构建参考试验电压，经傅里叶变换获得参考谱y(f)，再结合补偿函数a(f)进而获得驱动谱x(f)以及驱动信号x(t)；

6、步骤三、将驱动信号x(t)施加到装有被测电容式电压互感器的测试系统中，采集施加在被测cvt一次侧中压端到地之间的试验电压ui(t)，经傅里叶变换获得测试系统响应信号测量谱ui(f)，然后以响应信号测量谱ui(f)和参考谱y(f)的误差谱对驱动信号x(t)进行修正，使得电压信号ui(t)满足设计要求；

7、步骤四、采集此时被测电容式电压互感器二次侧输出的试验电压uo(t)，再结合此时被测cvt中压端的试验电压ui(t)和试验电流ii(t)，计算被测电容式电压互感器的传输特性参数。

8、进一步，在所述步骤三中，记当前驱动信号、中压端的当前试验电压和当前测试系统响应信号测量谱分别为xk(t)、uik(t)、uik(f)；

9、利用如下公式计算当前响应信号测量谱uik(f)和参考谱y(f)之间的当前误差谱ek(f)，

10、ek(f)＝uik(f)-y(f)

11、使用补偿函数a(f)和当前误差谱ek(f)计算当前驱动信号的修正谱△xk(f)：

12、△xk(f)＝a(f)ek(f)

13、使用修正谱△xk(f)修正当前驱动谱xk(f)，导出修正后的驱动谱xk+1(f)：

14、xk+1(f)＝xk(f)-ε△xk(f)

15、其中，ε为修正加权系数，ε>0；

16、使用逆傅里叶变换将修正后的驱动谱xk+1(f)变换成修正后的驱动信号xk+1(t)：

17、xk+1(t)＝f-1[xk+1(f)]。

18、进一步，在所述步骤二中，利用如下公式，使用补偿函数a(f)和参考谱y(f)计算驱动谱x(f)，并使用逆傅里叶变换得到驱动信号x(t)，

19、x(t)＝f-1[x(f)]＝f-1[a(f)·y(f)]。

20、进一步，将所述驱动信号x(t)经数模转换生成模拟信号，再经功率放大器和升压变压器生成满足要求的预置试验电压即试验电压ui(t)，并将所述预置试验电压施加在被测电容式电压互感器的中压端和地之间。

21、进一步，所述参考试验电压的基波电压的幅值u11满足如下条件：

22、

23、其中，c1、c2、u分别表示被测电容式电压互感器的高压电容、中压电容、一次侧额定电压；

24、选择均匀白噪声信号作为叠加的n次谐波信号，即为工频f1到频率fn之间的整数次谐波，其幅值u1n受下式约束：

25、

26、进一步，所述步骤四中计算被测电容式电压互感器的传输特性参数包括以下步骤：

27、(1)采集被测电容式电压互感器的中压端和地之间输入的试验电压ui(t)，中压电容c2上的试验电流ii(t)，二次侧输出的试验电压uo(t)，分别进行傅里叶变换，得到对应的幅频特性与相频特性，即试验电压ui(t)经傅里叶变换后得到n次谐波试验电压具体表达为其中uin为的幅值，θuin为的相角；

28、试验电流ii(t)经傅里叶变换后得到n次谐波试验电流具体表达为

29、二次侧输出的试验电压uo(t)经傅里叶变换后得到n次二次侧输出电压具体表达为

30、(2)计算出被测电容式电压互感器的一次侧输入电压

31、计算中压单元n次谐波下的等效阻抗

32、根据被测电容式电压互感器的高压电容容值得到n次谐波下高压端子和中压端子之间的阻抗

33、根据阻抗和等效阻抗计算高压端和地之间电压即一次侧输入电压

34、

35、(3)利用如下方程式，计算二次侧输出电压幅值和一次侧输入电压幅值的比值，即各频点的幅频特性an，计算二次侧输出电压相角与一次侧输入电压相角的差值，即各频点的相频特性△φn。

36、

37、△φn＝θu2n-θun

38、进一步，记没有被测电压互感器的测试系统的传递函数为h(f)，向没有被测电容式电压互感器的测试系统注入均匀白噪声信号的同时采集系统响应信号ui′(t)，使用频率响应函数的h1估计方法计算传递函数h(f)的幅频特性|h(f)2的无偏估计

39、

40、其中，gxx(f)为驱动信号x(t)的自谱密度，gxy(f)为驱动信号x(t)与系统响应信号ui′(t)的互谱密度。

41、利用方程式a(f)＝1/h(f)，计算补偿函数a(f)。

42、进一步，所述均匀白噪声信号在上位机中通过使用wichmann-hill生成器生成伪随机序列实现，频率范围则是通过增益可调的窄带带通滤波器得到，其对应的概率密度函数f(x)设置如下

43、

44、式中，a是均匀白噪声信号幅值的绝对值。

45、本发明有益的技术效果在于：

46、1、对给被测cvt施加的谐波采用含有均匀频谱的均匀白噪声信号产生，可以在一次测试中得到给定频率范围内cvt所有整数次谐波的传递函数，提高了测试的效率。

47、2、通过对系统响应信号与参考输入信号做fft，将时域的信号转入频域中，对驱动信号频谱中的各频次谐波进行误差校正后由ifft转换后输出，实现对被测cvt施加的谐波幅值和相位完全在频率域内控制，避免了在时间域内控制时可能受到的信号之间时延的影响，提高了谐波电流幅值和相位的控制精度。

48、3、采集cvt一次侧中压端子电压、电流、二次侧电压，由电容分压得到一次侧高压端谐波电压，计算被测电压互感器cvt的谐波传递函数即幅频/相频传递函数，计算过程简单；通过向中压端而不是高压端施加多次谐波的方式，降低了试验所需电压等级，减少了测量误差，也提高了安全系数，测试方案简单、易于实现。