李波;王洪林;刘清蝉;曹敏;钟尧;张萌萌;李川
【摘 要】针对电力系统中电容分压型电子式电压互感器(ECVT)的积分电路输入信号相位和幅值受到传感电路频率特性的影响,可采用无源与有源积分电路复合结构的方法.利用无源、有源积分电路分别处理高频段和低频段信号,并与复合电路仿真对比.结果表明,对有源、无源积分电路参数合理设计后所得的复合架构能够完成频率交叉点幅值与相角的配合,能够改善互感器输出性能.%For amplitude and phase of the integration circuit in electronic voltage transformer based on capacitance division susceptible to frequency conversion in power system,using a program which combined passive integrator circuit and active integrator circuit together in the integration circuit,passive integrator circuit performs high-band signal processing and active integrator circuit to complete the low-band signal analysis,then compared with the simulation results of composite circuit.Experiments show that,through rational design parameters of the active and passive integrator circuit,it is possible to realize the coordination of the intersection of frequency magnitude and phase angle,and waveform measurement error can be reduced. 【期刊名称】《江西科学》冯代存
【年(卷),期】2017(035)002
【总页数】5页(P266-269,278)
【关键词】电子式电压互感器;有源积分电路;无源积分电路;复合结构
【作 者】李波;王洪林;刘清蝉;曹敏;钟尧;张萌萌;李川
【作者单位】so.csdn/api/v3/search?p=1&t=all&q=云南电网有限责任公司电力科学研究院,650217,昆明;中国南方电网公司电能计量重点实验室,650217,昆明;云南电网有限责任公司电力科学研究院,650217,昆明;中国南方电网公司电能计量重点实验室,650217,昆明;云南电网有限责任公司电力科学研究院,650217,昆明;中国南方电网公司电能计量重点实验室,650217,昆明;云南电网有限责任公司电力科学研究院,650217,昆明;中国南方电网公司电能计量重点实验室,650217,昆明;云南电网有限责任公司电力科学研究院,650217,昆明;中国南方电网公司电能计量重点实验室,650217,昆明;昆明理工大学信息工程与自动化学院,650500,昆明;昆明理工大学信息工程与自动化学院,650500,昆明;昆明理工光智检测科技有限公司,650093,昆明
【正文语种】中 文
【中图分类】TM451
由于电压等级的不断提高以及电力系统规模的不断扩大,电容式电压互感器逐渐取代传统电磁式电压互感器[1-4]。在电子式电压互感器中, 积分电路是实现信号还原的重要环节，信号的频谱范围和响应时间由其性能决定,且直接影响互感器的稳态和暂态性能[5-6]。无源积分电路会导致输入信号衰减,不能满足现在的要求；有源积分电路对高频信号的反应不理想[7-9]。
针对积分电路易受频率变换影响的问题，采用有源、无源积分电路混合的方案进行建模，混合积分器可以有效的避开二者的缺点；在测量冲击电压时，无源积分器和有源积分器分别实现波前及波后，有源积分器完成低频段信号的积分，无源积分器配合完成高频段的信号积分，经过合理的设计，实现幅值和相角的配合[10-13]，以减小波形测量误差。
图1为CEVT的模型。同时使用有源、无源积分电路的复合积分方案建模，更适合含行波的故障电压信号高频、宽带的特点。
1.1 无源积分电路仿真
如图2所示是无源积分电路，由无源积分电路对高频信号积分，推导出如下传递函数：
⟹
由式(1)可以得出，当sCR≫1，即时，式(1)可以等价于，即
由式(2)得，当电阻R和电容C的值无波动，积分电路的时间常数远大于信号周期时，无源积分器才对信号积分，说明无源积分器对高频段信号的积分效果较好。无特殊情况时，积分电路的时间常数RC应至少是信号周期的100倍。
图3为R=1 Ω，C=0.1 μF时仿真的频率响应图和波特图，带宽约为1 MHz。
1.2 有源积分电路仿真
对于低频信号段而言，则需要使用含有运放的有源积分器进行积分，由于运放在对高频段信号的响应效果较差，因此，在复合电路中需配合无源积分器使用以达到理想效果。有源积分电路如图4所示。
在理想状态，运算放大器有虚断和虚短的特性，根据虚断特性知，经过电阻R1和电容C的电流值一致，由此可得：
U1/R1=U2/(1/sC)
H=U2/U1=1/sCR1
可得其时域方程为：
其幅频响应和相频响应分别为：
|U2(jw)/U1(jw)|=1/wCR1,φ(jw)=90°
积分器的时间常数为T，为：
T=(1+A0)R1C
一般情况下，开环增益A0的值应大于105，可知有源积分器的信号周期远小于时间常数。
图5分别为R1=1 MΩ，C=0.1 μF的理想有源积分电路和仿真波特图。
由图5分析可知，理想有源积分器在理论上满足要求，但是，在工程应用方面，效果并不理想。电路元件老化、电源电压波动和半导体器件受温度波动的影响等会引起输出电压的漂移现象，而其中导致最大变化的是温度因素。
如下方法可以降低积分漂移的影响，例如增加积分电容、使用温漂小的运算放大器、为降低失调电流导致的变化，两相输入端电阻一致等。不过，针对基本处于通电状态时的积分器来说，这几种方法的抑制效果并不能达到要求。
在电路中添加惯性环节，即在积分电容两侧并联一个反馈电阻R3。电路如图6，积分漂移电压缓慢增加，再经反馈电阻R3释放，本方法降低积分漂移影响的效果显著。
根据电路，可得：
可得传递函数：
当R3C1s≫1时，U2≈-U1/sC1R1，表明电压的输出与输入呈近似的积分关系，且可以满足积分要求。
在引入反馈电阻后，分析其在幅频特性和相频特性两方面产生的影响。令s=jw将其代入传递函数，可得：
U2(jw)/U1(jw)=-R3/(jwC1R1R3+R1)
其幅频响应为：
引入反馈电阻后，幅值相对误差是：
将式(12)展开并忽略高次余项，近似得：
引入反馈电阻后的相频响应为：抗生素制作方法
φ(jw)=180°-arctan(wR3C)
有源理想积分器的相位误差为：
φ=90°-(180°-arctan(wR3C))=arctan(wR3C)-90°
图7为改进的有源积分电路仿真波特图(C3=0.1 μF)。
由上可知：由于运算放大器高频特性不足，有必要在CEVT电路中混合使用无源积分器和有源积分器，通过这种方法来对还原微分信号，其中在有源积分器之前，高频信号首先通过积分电路进行积分，随后通过积分电路的低频信号再由有源积分器积分，高频信号经过有源积分器积分，最后输出的采样信号和一次信号的相位相同。
1.3 复合电路仿真
如图8，无源积分电路的主要构成是电阻和电容，放大器采用了运算放大器，U1是通过CEVT传送的电压，U2是通过放大器放大的电压，U3是通过无源RC积分器积分的电压，U0为经有源积分回路后输出的电压[14]。
电子设备制造根据图8，可得系统传递函数为：
设CEVT全电路参数如下：
CEVT环节：C1=0.1 pF，C2=1 nF，R=1 Ω；
放大器环节：R1=1 kΩ，R2=100 kΩ，Rg1=10 kΩ；
捕虾机电路图无源RC环节：R3=1 Ω，C3=0.1 μF；
改进有源积分器环节：R4=1 MΩ，R5=1 MΩ，
C4=0.1 μF，Rg2=10 kΩ。
由图9可知，在频率低于1 MHz时，复合电路的工作特性优良，理论上可使得行波的传送更高效，此频带范围己经超过IEC61850标准规定的至多40次谐波。在此频率范围之内，可以忽略频率变换对复合电路输出信号的幅值与相位的影响，从而精确的反馈一次信号。
图11是CEVT及后续复合改进积分器的输入输出电压波形图，由图11可以看出输出电压较小，为输入电压的3×10-6倍。
针对电容分压型电压互感器的有源积分电路和无源积分电路的幅值和相位易受频率变换的影响，采用无源积分和有源积分混合使用的思路，利用有源积分电路有利于发挥低频段响应特性的特点以及无源积分电路在高频段工作特性良好的优点，二者经过精确的数据规划，达到频率交叉点幅值和相角配合的目的，减小波形测量误差，以满足不同的需求。
【相关文献】
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