基于电场传感器阵列的输电线路电压非接触式测量方法

电压作为表征线路运行状态的重要参量,实现其灵活准确的测量对保证电力系统稳定运行至关重要。传统的接触式电压测量方法,因电压互感器体积较大、会产生电磁谐振和高频振荡、额外测量需断电安装等问题,对于海量化测量并不便利。相比较而言,非接触式测量不接触导线,更加安全和便捷,将成为未来电压测量的发展方向。文中提出了基于电场传感器阵列的输电线路电压非接触式测量方法,该方法为了解决导线位置信息未知的问题,设计了与导线方向垂直排列的电场传感器阵列;求解了含导线未知信息量的方程组;构建了比例系数矩阵,反推出导线电压瞬时值;分析了电场传感器对测量的影响;最后,进行了10 kV电压等级电压瞬时值仿真验证,结果显示最大测量误差为2.219%。

用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键。随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求。该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构。在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据。传感器带宽范围为5Hz~260MHz,量程为-1000~+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性。

非接触式电压相量测量算法

同步相量测量技术为电网动态安全监测提供了数据基础,非接触式电压传感技术具备安全、便捷、成本低的优势,有利于测量装置实现海量布点。现有非接触式电测量的缺陷在于复杂电压经探头传变后二次侧输出电压发生畸变,难以还原一次侧电压相量。为解决电压畸变问题,文中提出了一种对带内信号分频计算的相量测量算法。首先对探头输出电压进行预处理,滤除带外信号与噪声,随后采用矩阵束法计算带内信号频率,以此构建信号模型进行时域拟合求解带内信号相量,最后将带内信号相量还原至一次侧后合成得到综合相量。仿真结果表明,所提方法能够利用探头二次侧输出电压采样值计算一次侧电压相量。实验数据显示所提方法的幅值测量误差小于4.5%,相位误差小于1°,频率误差小于0.04 Hz,频率变化率误差小于4 Hz/s。

非接触式暂态电压测量的简化解耦方法

电光式电场传感器频率响应宽,利用其进行非接触式暂态电压测量,与系统没有直接的电气连接,易于安装、维护,但是存在三相电场的耦合问题。为此,提出了简化的解耦方法,该方法适用于500 kV及以上电压等级交流系统的非接触式测量:在500 kV及以上电压等级的变电站内,不同相导体的距离较大,非相邻相的耦合可以忽略不计,现场布置较为对称时,利用测到的三相稳态电场信号的相角、幅值信息即可进行简化的电场解耦。在±800kV祁连换流站交流侧用该方法测得的暂态电压波形和用耦合电容分压器测到的波形重合度高,验证了该方法的可行性。将该方法应用到藏中联网工程的调试中,测得了空载线路合闸暂态电压波形:测得首端站过电压波前时间约为1.5μs,最大过电压倍数为1.74;末端站过电压波前时间约为33μs,最大过电压倍数为1.32倍。

基于低压配电网络中的非直接接触式电压测试技术的研究

为了不破环低压配电网络的绝缘层的电压测量工作,提出了一种非直接接触式的电压测试方法。通过在非接触式的电压测量的应用化设计方面开展深入研究,验证了该设计产品的指标性能。该方法对非接触式电压测量技术产品在数字领域内的应用推广具有积极作用,最后通过实物样机开展非接触式电压的现场实测,结合测试结果说明测量误差控制在合理范围内,论证了所提的非直接接触式的电压测试方法具有推广应用的价值。

非接触式静电电压测量仪校准方法研究

根据非接触式静电电压测量仪的工作原理,建立了一套非接触式静电电压测量仪校准系统。重点介绍了校准系统的组成和工作过程,以及决定校准系统测量准确度关键因素的标准平板电极的设计原则,并通过实验数据分析了标准平板电极的直径和边缘效应对测量结果的影响。最后以常用的非接触式静电电压测量仪EST101为例,根据校准装置测量不确定度主要来源,对校准结果进行不确定度分析,验证了此套校准系统满足校准要求。

基于驻极体的低功耗非接触式电压测量技术

针对低功耗、高性能非接触式电压测量的需求,提出一种基于驻极体电容结构的非接触式电压测量技术。驻极体电容结构由正面蒸发有金属导电薄膜的驻极体薄膜、绝缘衬圈和金属电极构成,通过理论分析和有限元仿真,得到传感器的输出响应关系,并通过搭建实验测试平台对传感器进行性能测试。测试结果表明,传感器输出响应特性与理论分析吻合,并具有较好的线性度和重复性,在施加600、800、1 000 Hz被测电压条件下,传感器的线性度分别达到6.1%、3.5%、2.7%,重复性分别达到9.67%、 5.93%、5.46%。

基于拓扑变换的非接触式电压传感器

设立线路电压监测点获取节点电压数据对电力系统运行状态进行评估,若采用接触式电压传感器在某些无法破坏线路绝缘层的节点处将无法获得电压数据。相对于传统电压传感器,非接触式电压传感器具有装卸简便、施工安全性高、不受线路绝缘影响等优势,将成为未来电压测量装置的发展方向。该文对传统电场耦合式非接触电压传感器测量原理进行分析,针对传统方法下线路与极板间寄生电容无法实地求解的问题提出改进方案。改进后的电压传感器通过拓扑变换法获得一系列原始数据,原始数据经Butterworth数字高通滤波、小波降噪后进行寄生电容计算,最终重构待测电压。对基于拓扑变换的非接触式电压传感器进行稳态响应、暂态响应测试,测试结果表明,改进后的电压传感器具有较好的稳态及暂态性能,幅值与相位偏移较小,且能够较好地复现暂态电压波形,具有实用价值。

一种基于电光效应的非接触式过电压传感器的精度影响因素及误差改进方法

测量精度与稳定性是设计过电压传感器的重要指标,会受到多种因素的影响。本文在完成了对非接触式过电压传感器基本结构设计的基础上,从理论上分别对封装的非接触分压单元和光电传感单元进行误差分析,并提出了相应的改进措施。

低压配电网络中非直接接触式电压测试技术的研究

为了在不破坏低压配电网络绝缘层的情况下进行电压测量工作,提出了一种非直接接触式电压测试方法,对非接触式电压测量技术产品在数字领域内的应用推广具有积极作用。通过实物样机开展非接触式电压的现场实测,测试结果表明测量误差控制在合理范围内,该方法具有较好的推广应用价值。

基于电场耦合原理和差分输入结构的电压传感器设计与实验

传统的电压互感器存在体积大、绝缘困难、铁心饱和、铁磁谐振过电压、暂态响应特性差等问题。基于电场耦合原理和差分输入结构的电压传感器不需要与被测物体或地面接触,可以避免上述问题。然而,差分电极之间需要足够高的电容以获得足够的精度和高的分压比。现有的利用差动电极间互电容的方法存在许多问题,不能满足实际需要。针对上述问题,文中采用多层陶瓷电容器代替互电容,设计了一种新型的电压传感器。实验结果表明,该传感器具有良好的精度和瞬态响应特性。工频下的比值误差在±0.5%以内,相位差在1°以内。在500 Hz~30 kHz范围内的比值误差在±5%以内,相位差在5°以内。此外,它还具有成本低、小型化、外形灵活、分压比易于调整等优点。

非接触式电压测试系统及关键技术研究

针对当前直接式电压测量技术的局限性,本文提出了非接触式电力电压测试方法。通过对非接触式电力电压测试关键技术研究,着重对非接触式电力电压测量技术实用化设计进行了探索性研究,并对指标性能进行了验证。该技术研究结果在数字化测量领域对非接触式电压测量技术产品实用化开发与应用具有一定的借鉴作用。