新型串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術 新型串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術
一、串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術摘要
串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量技術，包括：三相逆變電源單元的直流側為系統經整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電源、交流側的輸出經RC組成的低通濾波器后分別接被測串聯電抗器與進線電抗器一端；被測串聯電抗器與進線電抗器另一端接系統中性點；三相電信號檢測單元分別串聯在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子；計算控制單元的組成和連接關系為：依次連接的第一接線端子、調理電路、A/D、CPLD、雙口RAM和DSP，CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開入開出電路，所述的PWM傳輸電路和開入開出電路通過第二接線端子外聯。本文具有結構緊湊、功能先進、試驗效率高、方便現場使用的特點，且測量準確誤差小。
二、串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術的背景
電抗器是電網中一種常用的、重要的電力設備，在電路中廣泛用于無功補償、限流、穩流（平波）、濾波、阻尼、移相等方面。GB/T1094. 6-2011《電力變壓器第6部分：電抗器》將電抗器電抗值的測量列入出廠試驗項目；對已經投入運行的電抗器，其電抗值測量是判斷其正常運行否的重要指標，列入預防性試驗項目；且根據國家標準規定，對鐵芯電抗 器電抗測量應在大于90%額定電流下才有效。
傳統的串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量裝置，由發電機、調壓器、補償電容器組、電流互感 器、電壓互感器、電壓表、電流表、連接電纜及配套緊固件組成。此類裝置存在占用空間大、 結構零散、成本高的缺點，只能用于制造廠或專業試驗機構；目前，對已經投入使用的電抗器，幾乎無法完成電抗測量。
還有，傳統的串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量是基于三相對稱電壓源測量方式，本身存在 如下缺陷：（1)電感測試結果與電源內阻有關，不同的內阻測試結果不同，故存在系統誤 差；（2)很難做到三相電流的值較接近，三相電流大小不同通過互感影響相間感應電壓，從 而影響測量結果，關于電流偏差無規定；（3)即便能做到三相電流值相等，但三相電流未必 對稱，仍然影響相間感應電壓，導致測量不準。
三、串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術核心內容
本文所要解決的第一個技術問題，就是提出一種串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量系統；本文所要解決的第二個技術問題，就是提出一種采用所述系統進行串聯電抗器與進線電抗器電抗值的測量方法。
本文的系統具有結構緊湊、功能先進、試驗效率高、方便現場使用的特點，且采用所述系統進行串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量方法測量準確誤差小。解決上述第一個技術問題，本文采用的技術方案是：一種串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統，其特征是：包括三相逆變電源單元、三相電信號檢測單元和計算控制單元；所述的三相逆變電源單元的直流側為系統經整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電源、交流側的輸出經RC組成的低通濾波器后分別接被測串聯電抗器與進線電抗器一端；被測串聯電抗器與進線電抗器另一端接系統中性點；
本文所述的三相電信號檢測單元分別串聯在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子；本文所述的計算控制單元的組成和連接關系為：依次連接的第一接線端子、調理電 路、A/D、CPLD(ComplexProgramableLogicDevice)、雙口RAM和DSP(DigitalSignal Processing)，所述的CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開入開出電路，所述的PWM傳輸電路 和開入開出電路通過第二接線端子外聯。
RC組成的低通濾波器為串聯的電阻和電容，在電容兩端并聯霍爾電壓傳 感器，其輸出UA、UB、uc。三相逆變電源單元采用3個單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈 寬調制）技術，PWM的頻率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0. 5〜 50Hz；二相電f目號檢測單兀米用霍爾電流傳感器測量二相電流iA、iB、ip米用RC濾 波電路（見圖3調理電路）與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、uc;計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內核頻率可 達到225MHz。
邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并發出PWM指令。控制器內部 具備一定數量的開關量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接觸器。解決上述第二個技術問題，本文采用的技術方案是：一種采用所述系統進行串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法，包括以下步驟：第一步，根據被測串聯電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統的容量計算出本 系統所能承受的最大頻率；第二步，根據本系統輸出頻率計算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數，反 推電壓過零點；第三步，根據檢測電壓值找到電壓過零點，并建立sincot與coscot;式中，《為電源角頻率；t為時間；第四步，根據sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流：1"、1"2分別為有功電流、無功電流峰值；N為一個周波離散點數目；ik是檢測 的電流離散信號；sin(k)、cos(k)分別是sincot與coscot的離散量；第五步，根據電壓與無功電流計算電抗器的電感值：由十串聯電抗器與進線電抗器的容量公式為Pn = 3 «LnI2即電抗器的容量與施加電流的頻率成正比，因此在同樣的試驗電流下，減小《可以有效減小試驗容量，也就可以降低所需試驗 設備容量。
所以，本文的思路是通過減小測量電源的頻率達到降低測量設備容量問題，滿 足現場測量要求；制作三相受控頻率、受控電流的電流源替代三相電壓源以提高三相電感 測量的準確性。
四、與現有技術相比，串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術的優點：
1、本文的系統輸出的正弦波頻率范圍為0. 5〜50Hz，而串聯電抗器與進線電抗器的容量公式為Pn = 3coLnI2因此在同樣的試驗電流下，可以有效減小所需試驗設備容量。
2、本文所述三相逆變電源單元采用電流跟蹤PWM技術，輸出的三相電流值對稱且相等，消除了電流偏差對互感電壓的不利影響，提高了測量準確度，消除了電源內阻的影響，測量結果沒有系統性誤差。附圖說明圖Ia是本文的結構示意圖之一（接線圖）；圖Ib是本文的結構示意圖之二（三相逆變電路）；圖2是三相電信號檢測單元的接線示意圖；圖3是計算控制單元組成和連接關系示意圖。具體實施方式：參加四年圖1-圖3,本文的串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統實施例，包括三相逆 變電源單元、三相電信號檢測單元和計算控制單元。
三相逆變電源單元直流側為系統經整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電源、交流側的輸出經RC組成的低通濾波器（圖Ia的A、B、C對外連接電路）后分別接被測串聯電抗器與進線電抗器一端，被測串聯電抗器與進線電抗器另一端接系統中性點；三相電信號檢測單元分別串聯在三相逆 變電源單元輸出至接被測串聯電抗器與進線電抗器的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制 單元的第一接線端子；計算控制單的組成和連接關系為：依次連接的第一接線端子、調理 電路、A/D、CPLD、雙口RAM和DSP，CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開入開出電路，所述的 PWM傳輸電路和開入開出電路通過第二接線端子外聯。
三相逆變電源單元采用3個單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈寬調制）技術，PWM的頻率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0.5〜 50Hz;三相電信號檢測單元采用霍爾電流傳感器測量三相電流iA、iB、i。采用RC濾波電路 與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、uc ;計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內核頻率可達到225MHz。邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD， 并發出PWM指令。控制器內部具備一定數量的開關量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接 觸器。
霍爾電流傳感器采集的電流信號經控制板的RC濾波進入A/D轉換器，CPLD控制AD采樣時間，將采集的信號寫入雙口RAM;DSP根據被測串聯電抗器與進線電抗器額定電流、額定電感值與試驗設備的容量計算出指令電流的幅值與頻率，經雙口RAM寫回CPLD，CPLD采用滯環比 較方法產生所需的PWM信號，經隔離芯片送至驅動器；控制器與逆變器之間采用光纖通訊，提高試驗設備計算與控制器單元的抗干擾性能。
采用上述系統進行串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法，包括以下步驟：第一步，根據被測串聯電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統的容量計算出本 系統所能承受的最大頻率；第二步，根據本系統輸出頻率計算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數，反推電壓過零點；第三步，根據檢測電壓信號找到電壓過零點，并建立sincot與coscot;第四步，根據sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流；第五步，根據電壓與無功電流計算電抗器的電感值。
五、串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術核心要求
1. 串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統，其特征是：包括三相逆變電源單元、三相電信 號檢測單元和計算控制單元； 所述的三相逆變電源單元的直流側為系統經整流或用蓄電池為逆變器提供的直流電 源、交流側的輸出經RC組成的低通濾波器后分別接被測串聯電抗器與進線電抗器一端；被測串聯電抗器與進線電抗器 另一端接系統中性點； 所述的三相電信號檢測單元分別串聯在三相逆變電源單元輸出至接被測串聯電抗器與進線電抗器 的三相線上、其采集的電流信號分別輸出至計算控制單元的第一接線端子； 所述的計算控制單元的組成和連接關系為：依次連接的第一接線端子、調理電路、 A/D、CPLD(Complex Programable Logic Device)、雙口 RAM 和 DSP(Digital Signal Processing)，所述的CPLD還分別外接PWM傳輸電路和開入開出電路，所述的PWM傳輸電路 和開入開出電路通過第二接線端子外聯。
2. 根據核心要求1所述的串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統，其特征是：所述的RC組成的低通濾波器為串聯的電阻和電容，在電容兩端并聯霍爾電壓傳感器，其輸出uA、uB、uc。
3. 根據核心要求2所述的串聯電抗器與進線電抗器的電抗值測量系統，其特征是：所述三相逆變電 源單元采用3個單相逆變器組成，三相逆變電源單元采用PWM(脈寬調制）技術，PWM的頻 率在2〜12kHz，指令周期40us，裝置輸出正弦波頻率范圍為0. 5〜50Hz ; 所述三相電信號檢測單元采用霍爾電流傳感器測量三相電流iA、iB、，采用RC濾波電 路（見圖3調理電路）與霍爾電壓傳感器測量三相電壓uA、uB、Uc; 所述計算控制單元CPU采用TI公司高速浮點DSP芯片TMS320C6713,內核頻率可達到 225MHz ;邏輯芯片采用CPLD，控制外部8通道14位AD，并發出PWM指令；控制器內部具備一 定數量的開關量輸入輸出模塊，用于控制外部交流接觸器。
4. 一種采用如核心要求1-3任意一項所述的系統進行串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量的方法， 其特征是包括以下步驟： 第一步，根據被測串聯電抗器與進線電抗器的額定電感值、額定電流與本系統的容量計算出本系統 所能承受:的最大頻率； 第二步，根據本系統輸出頻率計算RC濾波器引起的采樣電壓相移與幅值系數，反推電 壓過零點； 第三步，根據檢測電壓值找到電壓過零點，并建立sin cot與coscot ; 式中，〇為電源角頻率；t為時間； 第四步，根據sincot與coscot計算輸出電流的有功與無功電流：式中，別為有功電流、無功電流峰值；N為一個周波離散點數目；ik是檢測的電 流離散信號；sin (k)、cos (k)分別是sincot與coscot的離散量； 第五步，根據電壓與無功電流計算電抗器的電感值：
由于串聯電抗器與進線電抗器的容量公式為Pn = 3 «LNI2即電抗器的容量與施加電流的頻率成正比，因此在同樣的試驗電流下，可以有效減小試驗容量，也就可以降低所需試驗設備容量。
六、串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術的結語
本文涉及一種新型串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量技術。采用該技術進行串聯電抗器與進線電抗器電抗值測量。具有如下優點：1、在同樣的試驗電流下，利用該技術可有效減小所需試驗設備容量。2、利用該技術，輸出的三相電流值對稱且相等，消除了電流偏差對互感電壓的不利影響，提高了測量準確度，消除了電源內阻的影響，測量結果沒有系統性誤差。
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