本发明提供一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置及修正方法，本发明通过第一电流互感器和第二电流互感器测量电容式电压互感器一次侧对地电容电流，从中分解出各谐波频率下的电容电流，再结合该次谐波频率下的容抗，得出各次谐波电压，并通过电压互感器测量二次侧电压并上传到监测平台，监测平台读取频率特性数据库的幅频响应曲线，从而计算出所测量的电压与真实谐波电压的偏离，得到谐波电压修正系数，利用该系数对现场测量结果进行修正得到真实的真实谐波电压，通过两种方式求得的谐波电压通过综合处理模块进行求和后得出最终的谐波电压值，因此仅对现有的电容式电压互感器进行简单改造既可将电容式电压互感器用于测量谐波电压的数据。
1.一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其特征在于，包括：
第一电流互感器(1)，所述第一电流互感器(1)串联在电容式电压互感器(13)内部中间变压器的一次绕组和接地端之间的电路上，用于测量中间变压器的一次绕组的接地电容电流；
第二电流互感器(2)，所述第二电流互感器(2)串联在电容式电压互感器(13)内部中间电容和接地端之间的电路上，用于测量中间电容的接地电容电流；
电压互感器(3)，所述电压互感器(3)和电容式电压互感器(13)的二次侧电性连接，用于进行电压转换将电容式电压互感器(13)二次侧电压进行不失真降低；
信号调理模块(4)，所述信号调理模块(4)和第一电流互感器(1)、第二电流互感器(2)电性连接，用于将第一电流互感器(1)、第二电流互感器(2)采集的电容电流转换成适用于A/D模数转换的电压信号，便于进行模数转换；
A/D转换模块(5)，所述A/D转换模块(5)和电压互感器(3)、信号调理模块(4)电性连接，用于将二次侧电压和电容电流模拟信号转化为相应的数字信号；
电流处理模块(6)，所述电流处理模块(6)和A/D转换模块(5)电性连接，用于根据两个对地电容电流的数字信号分解出各谐波频率下的电容电流，并结合高压电容和中压电容的容抗，计算出各次谐波电压；
电压处理模块(7)，所述电压处理模块(7)和A/D转换模块(5)电性连接，用于根据电容式电压互感器(13)的数据计算电容式电压互感器(13)的二次电压数据；
网络通讯模块(8)，所述网络通讯模块(8)和电压处理模块(7)、综合处理模块(11)电性连接，用于将电压处理模块(7)计算的二次电压数据发送至监测平台(9)和综合处理模块(11)，并将监测平台(9)所发送的数据发送至综合处理模块(11)；
监测平台(9)，所述监测平台(9)和网络通讯模块(8)进行通讯连接，用于根据电压处理模块(7)计算的二次电压数据调取对应的电容式电压互感器(13)的频率特性曲线数据，并根据特性曲线对谐波测量结果进行修正，将修正后的谐波电压数据发送至网络通讯模块(8)；
频率特性数据库(10)，所述频率特性数据库(10)和监测平台(9)电性连接，用于存储各种电容式电压互感器(13)的频率特性曲线数据；
综合处理模块(11)，所述综合处理模块(11)和电流处理模块(6)电性连接，用于将电流处理模块(6)计算出的各次谐波电压数据和监测平台(9)修正后的谐波电压数据进行处理，计算出谐波电压的平均值；
现场通讯模块(12)，所述现场通讯模块(12)和综合处理模块(11)电性连接，用于构建现场通讯网络将综合处理模块(11)计算出的谐波电压的平均值输送至现场设备。
2.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其特征在于：所述第一电流互感器(1)和第二电流互感器(2)分别和两个相互隔离的信号调理模块(4)电性连接。
3.根据权利要求2所述的一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其特征在于：所述电压互感器(3)和两个信号调理模块(4)电性连接的三个A/D转换模块(5)相互隔离。
4.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其特征在于：所述电容式电压互感器(13)内部中间变压器的一次绕组接地端和电容式电压互感器(13)内部中间电容的接地端相互隔离。
5.根据权利要求1所述的一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其特征在于：所述第一电流互感器(1)和第二电流互感器(2)为两个测量误差相异的电流互感器。
6.一种电容式电压互感器谐波误差测量修正方法，其特征在于：所述方法适用于权利要求1‑5任一项所述的修正装置，具体步骤包括：S1:第一电流互感器(1)测量中间变压器的一次绕组的相应角频率下的接地电容的谐波电流I1(ω)；
S2:第二电流互感器(2)测量电容式电压互感器(13)内部中间电容在相应角频率下的接地电容的谐波电流I2(ω)；
S3:信号调理模块(4)对谐波电流I1(ω)和谐波电流I2(ω)进行转换，将电流转化为相应的适用于A/D转换模块(5)量程的电压信号；
S4:电压互感器(3)采集相应角频率下的电容式电压互感器(13)的二次侧电压U(ω)，并将电压降低至适用于A/D转换模块(5)量程的电压信号；
S5:所述A/D转换模块(5)将谐波电流I1(ω)、I2(ω)和二次侧电压U(ω)转化为数字量分别发送至电流处理模块(6)和电压处理模块(7)；
S6:所述电流处理模块(6)根据谐波电流I1(ω)、I2(ω)计算出谐波电压U1(ω),谐波电压U1(ω)的计算公式为：式中，C1、C2分别为电容式电压互感器(13)的高压电容值和中压电容值，电流处理模块(6)将谐波电压U1(ω)数据发送至综合处理模块(11)；
S7:所述电压处理模块(7)通过网络通讯模块(8)将二次侧电压U(ω)发送至监测平台(9)和综合处理模块(11)，所述监测平台(9)根据二次侧电压U(ω)的数据匹配出频率特性数据库(10)内各个厂家的频率特性曲线数据，并根据频率特性曲线数据计算出相应的谐波电压U2(ω)；
S8:所述监测平台(9)通过网络通讯模块(8)将谐波电压U2(ω)发送至综合处理模块(11)，所述综合处理模块(11)根据谐波电压U1(ω)和U2(ω)计算谐波电压UP值，计算公式为:并将谐波电压UP值通过现场通讯模块(12)发送至现场设备。
一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置及修正方法
技术领域
[0001] 本发明涉及谐波电压测量技术领域，具体为一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置及修正方法。
背景技术
[0002] 电容式电压互感器(CVT)在110kV以上电压等级电网中是主要的电压测量设备，但因其测量原理的原因，由于CVT内部存在电容电感器件，不可避免的杂散电容效应将导致实际检测过程中二次侧谐波电压难以按额定变比对高压侧谐波电压真实值进行反映，即在测量电力系统的各次谐波电压含量时使得测量结果存在一定误差，因此国标中明确规定CVT不能用于谐波的测量，鉴于电力系统各种非线性负荷的日益增多，利用CVT测量谐波电压的要求越来越迫切。
[0003] 公开号为CN109239638A提供的一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，其通过电容式分压器和试品电容式电压互感器进行并联，将电容式分压器的输出值作为电容式电压互感器二次侧输出的基准值，将电容式分压器输出值与试品电容式电压互感器输出值进行比较，得出某次谐波频率下电容式电压互感器的实际传递系数，无法保证电容式分压器能够测量出各种谐波频率下的电容式电压互感器的工作情况，因此得出的实际传递系数实际上是断开的，而不是连续的，而且在实际的使用过程中，各个电容式电压互感器的工作情况是不同的，因此在实际的实用过程中使用此方案需要挨个对每个电容式电压互感器均进行修正测试，这是不切实际的想法，因此开发出一种能够在实际的使用过程中使用的容式电压互感器谐波误差测量修正装置是十分必要的。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置及修正方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0006] 一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，包括：
[0007] 第一电流互感器，所述第一电流互感器串联在电容式电压互感器内部中间变压器的一次绕组和接地端之间的电路上，用于测量中间变压器的一次绕组的接地电容电流；
[0008] 第二电流互感器，所述第二电流互感器串联在电容式电压互感器内部中间电容和接地端之间的电路上，用于测量中间电容的接地电容电流；
[0009] 电压互感器，所述电压互感器和电容式电压互感器的二次侧电性连接，用于进行电压转换将电容式电压互感器二次侧电压进行不失真降低；
[0010] 信号调理模块，所述信号调理模块和第一电流互感器、第二电流互感器电性连接，用于将第一电流互感器、第二电流互感器采集的电容电流转换成适用于A/D模数转换的电压信号，便于进行模数转换；
[0011] A/D转换模块，所述A/D转换模块和电压互感器、信号调理模块电性连接，用于将二次侧电压和电容电流模拟信号转化为相应的数字信号；
[0012] 电流处理模块，所述电流处理模块和A/D转换模块电性连接，用于根据两个对地电容电流的数字信号分解出各谐波频率下的电容电流，并结合高压电容和中压电容的容抗，计算出各次谐波电压；
[0013] 电压处理模块，所述电压处理模块和A/D转换模块电性连接，用于根据电容式电压互感器的数据计算电容式电压互感器的二次电压数据；
[0014] 网络通讯模块，所述网络通讯模块和电压处理模块、综合处理模块电性连接，用于将电压处理模块计算的二次电压数据发送至监测平台和综合处理模块，并将监测平台所发送的数据发送至综合处理模块；
[0015] 监测平台，所述监测平台和网络通讯模块进行通讯连接，用于根据电压处理模块计算的二次电压数据调取对应的电容式电压互感器的频率特性曲线数据，并根据特性曲线对谐波测量结果进行修正，将修正后的谐波电压数据发送至网络通讯模块；
[0016] 频率特性数据库，所述频率特性数据库和监测平台电性连接，用于存储各种电容式电压互感器的频率特性曲线数据；
[0017] 综合处理模块，所述综合处理模块和电流处理模块电性连接，用于将电流处理模块计算出的各次谐波电压数据和监测平台修正后的谐波电压数据进行处理，计算出谐波电压的平均值；
[0018] 现场通讯模块，所述现场通讯模块和综合处理模块电性连接，用于构建现场通讯网络将综合处理模块计算出的谐波电压的平均值输送至现场设备。
[0019] 优选的，所述第一电流互感器和第二电流互感器分别和两个相互隔离的信号调理模块电性连接。
[0020] 优选的，所述电压互感器和两个信号调理模块电性连接的三个A/D转换模块相互隔离。
[0021] 优选的，所述电容式电压互感器内部中间变压器的一次绕组接地端和电容式电压互感器内部中间电容的接地端相互隔离。
[0022] 优选的，所述第一电流互感器和第二电流互感器为两个测量误差相异的电流互感器。
[0023] 本发明另外还提供一种电容式电压互感器谐波误差测量修正方法，其中所述方法适用于上述的修正装置，具体步骤包括：
[0024] S1:第一电流互感器测量中间变压器的一次绕组的相应角频率下的接地电容的谐波电流I1(ω)；
[0025] S2:第二电流互感器测量电容式电压互感器内部中间电容在相应角频率下的接地电容的谐波电流I2(ω)；
[0026] S3:信号调理模块对谐波电流I1(ω)和谐波电流I2(ω)进行转换，将电流转化为相应的适用于A/D转换模块量程的电压信号；
[0027] S4:电压互感器采集相应角频率下的电容式电压互感器的二次侧电压U(ω)，并将电压降低至适用于A/D转换模块量程的电压信号；
[0028] S5:所述A/D转换模块将谐波电流I1(ω)、I2(ω)和二次侧电压U(ω)转化为数字量分别发送至电流处理模块和电压处理模块；
[0029] S6:所述电流处理模块根据谐波电流I1(ω)、I2(ω)计算出谐波电压U1(ω),谐波电压U1(ω)的计算公式为：
[0030]
[0031] 式中，C1、C2分别为电容式电压互感器的高压电容值和中压电容值，电流处理模块将谐波电压U1(ω)数据发送至综合处理模块；
[0032] S7:所述电压处理模块通过网络通讯模块将二次侧电压U(ω)发送至监测平台和综合处理模块，所述监测平台根据二次侧电压U(ω)的数据匹配出频率特性数据库内各个厂家的频率特性曲线数据，并根据频率特性曲线数据计算出相应的谐波电压U2(ω)；
[0033] S8:所述监测平台通过网络通讯模块将谐波电压U2(ω)发送至综合处理模块，所述综合处理模块根据谐波电压U1(ω)和U2(ω)计算谐波电压UP值，计算公式为:
[0034]
[0035] 并将谐波电压UP值通过现场通讯模块发送至现场设备。
[0036] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0037] 本发明通过第一电流互感器和第二电流互感器测量电容式电压互感器一次侧对地电容电流，从中分解出各谐波频率下的电容电流，再结合该次谐波频率下的容抗，得出各次谐波电压，并通过电压互感器测量二次侧电压并上传到监测平台，监测平台读取频率特性数据库的幅频响应曲线，从而计算出所测量的电压与真实谐波电压的偏离，得到谐波电压修正系数，利用该系数对现场测量结果进行修正得到真实的真实谐波电压，通过两种方式求得的谐波电压通过综合处理模块进行求和后得出最终的谐波电压值，因此仅对现有的电容式电压互感器进行简单改造既可将电容式电压互感器用于测量谐波电压的数据，改造工程量小，简单易行。
附图说明
[0038] 图1为本发明整体系统结构示意图。
[0039] 图中：第一电流互感器1、第二电流互感器2、电压互感器3、信号调理模块4、A/D转换模块5、电流处理模块6、电压处理模块7、网络通讯模块8、监测平台9、频率特性数据库10、综合处理模块11、现场通讯模块12、电容式电压互感器13。
具体实施方式
[0040] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041] 实施例：
[0042] 请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
[0043] 一种电容式电压互感器谐波误差测量修正装置，包括第一电流互感器1、第二电流互感器2、电压互感器3、信号调理模块4、A/D转换模块5、电流处理模块6、电压处理模块7、网络通讯模块8、监测平台9、频率特性数据库10、综合处理模块11和现场通讯模块12，其中：
[0044] 所述第一电流互感器1串联在电容式电压互感器13内部中间变压器的一次绕组和接地端之间的电路上，用于测量中间变压器的一次绕组的接地电容电流，所述第二电流互感器2串联在电容式电压互感器13内部中间电容和接地端之间的电路上，用于测量中间电容的接地电容电流，所述第一电流互感器1和第二电流互感器2为两个测量误差相异的电流互感器，谐波电压测量误差随着电流互感器测量误差的增大而增大，当2个电流互感器测量误差相异时，其对谐波测量误差的影响较小，为减小测量误差，所以采用测量误差相异的电流互感器，从而有效地提高测量精度，所述电容式电压互感器13内部中间变压器的一次绕组接地端和电容式电压互感器13内部中间电容的接地端相互隔离，即两个接地端不同，所述第一电流互感器1和第二电流互感器2主要是采集电容式电压互感器13一次侧对地电容电流，所述第一电流互感器1和第二电流互感器2选择型号为KHCT971L的开口式电流互感器。
[0045] 所述电压互感器3和电容式电压互感器13的二次侧电性连接，用于进行电压转换将电容式电压互感器13二次侧电压进行不失真降低，由于电容式电压互感器13的二次侧相电压普遍在100V左右，因此需要采用电压互感器3对二次侧电压进行再次降低，所述电压互感器3采用JLPT02型电压互感器。
[0046] 所述信号调理模块4和第一电流互感器1、第二电流互感器2电性连接，用于将第一电流互感器1、第二电流互感器2采集的电容电流转换成适用于A/D模数转换的电压信号，便于进行模数转换，所述第一电流互感器1和第二电流互感器2分别和两个相互隔离的信号调理模块4电性连接，进行信号调理时相互独立互不干扰，所述信号调理模块4采用基于OP07CDR芯片设计的运算放从而大电路构成，对输入的电流信号进行跟随，两路信号经设计好的跟随电路转换成电压信号，便于进行模数转换。
[0047] 所述A/D转换模块5和电压互感器3、信号调理模块4电性连接，用于将二次侧电压和电容电流模拟信号转化为相应的数字信号，所述电压互感器3和两个信号调理模块4电性连接的三个A/D转换模块5相互隔离，进行模数转换时相互独立互不干扰，所述A/D转换模块5基于A/D转换芯片AD7606构成。
[0048] 所述电流处理模块6和A/D转换模块5电性连接，用于根据两个对地电容电流的数字信号分解出各谐波频率下的电容电流，并结合高压电容和中压电容的容抗，计算出各次谐波电压，所述电压处理模块7和A/D转换模块5电性连接，用于根据电容式电压互感器13的数据计算电容式电压互感器13的二次电压数据，所述电流处理模块6和电压处理模块7均采用STM32F429系列的芯片核心处理器和控制器，所述电流处理模块6主要是根据对地电容电流，从中分解出各谐波频率下的电容电流，再结合该次谐波频率下的容抗，得出各次谐波电压，计算的公式为：
[0049]
[0050] 式中，C1、C2分别为电容式电压互感器13的高压电容值和中压电容值，I1(ω)为第一电流互感器1测量的中间变压器的一次绕组在相应角频率下的接地电容的谐波电流，I2(ω)为第二电流互感器2测量的电容式电压互感器13内部中间电容在相应角频率下的接地电容的谐波电流，电流处理模块6处理完成后将谐波电压U1(ω)数据发送至综合处理模块11。
[0051] 所述电压处理模块7用于对二次侧电压进行处理，得出电压的频率幅值等数据，然后发送至监测平台9，所述网络通讯模块8和电压处理模块7、综合处理模块11电性连接，用于将电压处理模块7计算的二次电压数据发送至监测平台9和综合处理模块11，并将监测平台9所发送的数据发送至综合处理模块11，所述网络通讯模块8基于MODEM F2X03构成，具有无线传输数据的功能，用于作为电压处理模块7、综合处理模块11、监测平台9和现场通讯模块12之间信号传输的桥梁。
[0052] 所述监测平台9和网络通讯模块8进行通讯连接，用于根据电压处理模块7计算的二次电压数据调取对应的电容式电压互感器13的频率特性曲线数据，并根据特性曲线对谐波测量结果进行修正，将修正后的谐波电压数据发送至网络通讯模块8，所述监测平台9为PC电脑，所述频率特性数据库10和监测平台9电性连接，用于存储各种电容式电压互感器13的频率特性曲线数据，所述频率特性数据库10为存储硬盘等设备，内部存储有各种电容式电压互感器13的频率特性曲线数据，所述监测平台9接收到电容式电压互感器13二次侧电压数据后，根据二次侧电压U(ω)的数据匹配出频率特性数据库10内各个厂家的频率特性曲线数据，并根据频率特性曲线数据计算出相应的谐波电压U2(ω)。
[0053] 所述综合处理模块11和电流处理模块6电性连接，用于将电流处理模块6计算出的各次谐波电压数据和监测平台9修正后的谐波电压数据进行处理，计算出谐波电压的平均值，所述综合处理模块11基于STM32F407核心处理器芯片构成，综合处理模块11根据谐波电压U1(ω)和U2(ω)计算谐波电压UP值，计算公式为:
[0054]
[0055] 综合处理模块11将谐波电压UP值通过现场通讯模块12发送至现场设备，所述现场通讯模块12和综合处理模块11电性连接，用于构建现场通讯网络将综合处理模块11计算出的谐波电压的平均值输送至现场设备，所述现场通讯模块12基于以太网技术的芯片DP83848构成，能够构建以太网局域网络，从而将谐波电压UP发送至现场的设备。
[0056] 本发明另外还提供一种电容式电压互感器谐波误差测量修正方法，其中所述方法适用于上述的修正装置，具体步骤包括：
[0057] S1:第一电流互感器1测量中间变压器的一次绕组的相应角频率下的接地电容的谐波电流I1(ω)；
[0058] S2:第二电流互感器2测量电容式电压互感器13内部中间电容在相应角频率下的接地电容的谐波电流I2(ω)；
[0059] S3:信号调理模块4对谐波电流I1(ω)和谐波电流I2(ω)进行转换，将电流转化为相应的适用于A/D转换模块5量程的电压信号；
[0060] S4:电压互感器3采集相应角频率下的电容式电压互感器13的二次侧电压U(ω)，并将电压降低至适用于A/D转换模块5量程的电压信号；
[0061] S5:所述A/D转换模块5将谐波电流I1(ω)、I2(ω)和二次侧电压U(ω)转化为数字量分别发送至电流处理模块6和电压处理模块7；
[0062] S6:所述电流处理模块6根据谐波电流I1(ω)、I2(ω)计算出谐波电压U1(ω),谐波电压U1(ω)的计算公式为：
[0063]
[0064] 式中，C1、C2分别为电容式电压互感器13的高压电容值和中压电容值，电流处理模块6将谐波电压U1(ω)数据发送至综合处理模块11；
[0065] S7:所述电压处理模块7通过网络通讯模块8将二次侧电压U(ω)发送至监测平台9和综合处理模块11，所述监测平台9根据二次侧电压U(ω)的数据匹配出频率特性数据库10内各个厂家的频率特性曲线数据，并根据频率特性曲线数据计算出相应的谐波电压U2(ω)；
[0066] S8:所述监测平台9通过网络通讯模块8将谐波电压U2(ω)发送至综合处理模块11，所述综合处理模块11根据谐波电压U1(ω)和U2(ω)计算谐波电压UP值，计算公式为:
[0067]
[0068] 并将谐波电压UP值通过现场通讯模块12发送至现场设备。
[0069] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
