一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法
阅读说明：本技术 一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法 (High-precision wide-range power distribution network capacitance current testing method ) 是由 王鹏 董轩 姚骏 张卓 冯光 张海林 徐铭铭 秦振涛 孙芊 张建宾 陈明 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法,包括以下步骤：步骤1,构建配电网电容电流测试电路模型；步骤2,依次将三个频率不同但幅值相同的测试电流i-(1)、i-(2)、i-(3)从电压互感器二次侧注入；步骤3,分别采集输入测试电流为i-(1)、i-(2)、i-(3)时,电压互感器二次侧的电流幅值I-(1)、I-(2)、I-(3),电流相位和电流频率ω-(1)、ω-(2)、ω-(3),以及电压互感器二次侧的电压幅值U-(1)、U-(2)、U-(3)和电压相位步骤4,根据阻抗幅值和相位的表达式计算不同测试电流下,测试电路对应的阻抗Z-(1)、Z-(2)、Z-(3)的幅值A-(1)、A-(2)、A-(3)和相位B-(1)、B-(2)、B-(3)；步骤5,根据阻抗幅值和相位获取配电网对地电容C的值。本发明能够实现对配电网电容电流实时在线测量,且测量范围广、精度高。(A high-precision wide-range power distribution network capacitance current testing method comprises the following steps: step 1, constructing a power distribution network capacitance current test circuit model; step 2, sequentially testing three test currents i with different frequencies and same amplitude 1 、i 2 、i 3 Injecting from the secondary side of the voltage transformer; step 3, respectively collecting input test current as i 1 、i 2 、i 3 Current amplitude I of secondary side of voltage transformer 1 、I 2 、I 3 Phase of current Sum current frequency omega 1 、ω 2 、ω 3 And the voltage amplitude U of the secondary side of the voltage transformer 1 、U 2 、U 3 And voltage phase Step 4, calculating the impedance Z corresponding to the test circuit under different test currents according to the expression of the impedance amplitude and the phase 1 、Z 2 、Z 3 Amplitude A of 1 、A 2 、A 3 And phase B 1 、B 2 、B 3 (ii) a And 5, acquiring the value of the capacitance C of the power distribution network to the ground according to the impedance amplitude and the phase. The invention can realize real-time online measurement of the capacitance and current of the power distribution network, and has wide measurement range and high precision.)
技术领域
本发明属于配电网测量技术领域，更具体地，涉及一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法。
背景技术
近年来，随着我国城市电网规模的扩大及配电网中压电气设备、电缆出线的增多，零序电容电流水平已经开始影响配网系统安全、设备运维、系统调度以及发展规划等多个领域。其中，测量配电网电容电流是保障配电网系统安全运行的重要措施之一，然而，现有的配电网电容电流测试方法存在测量数据少、难以反应系统电容电流变化过程以及无法在线实时测量等问题。此外，随着一二次融合开关等具备自身接地点的设备进入大规模应用导致配电网接地参数实时发生变化，传统的离线测量技术已无法满足实时测量需求。因此，亟需研究宽范围高精度配电网对地电容电流在线测试方法，为配电网安全稳定运行提供理论支撑和技术保障。
目前，针对配电网电容电流的测试方法，国内外学者已开展了相关研究，现有技术包括基于三频率法进行配电网电容电流测量，该方法通过在电压互感器二次侧注入三种不同频率的恒定电流求解出相应的电容电流，但其测量范围和测量精度存在一定的局限性，并且无法实现实时在线测量。现有技术还包括利用配电网零序电压互感器向配电网注入变频电流信号，测量消弧线圈内部电压互感器返回的电压信号，并且建立了考虑阻尼电阻的变频等效电路，利用变频等效电路进行推演求得配电网电容电流的方法，该方法在一定程度上提高了配电网电容电流测量的精确度，但测量范围过小且精度较低。在消弧线圈参数未知时，无法对配电网对地电容参数进行在线测量。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法，通过注入电流信号的方式严格推导电容电流的表达式，实现对配电网电容电流的准确测量，显著地提高了测量范围和精确度。
本发明采用如下的技术方案。一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法，包括以下步骤：
步骤1，构建配电网电容电流测试电路模型；
步骤2，依次将三个频率不同但幅值相同的测试电流i1、i2、i3从电压互感器二次侧注入；
步骤3，分别采集输入测试电流为i1、i2、i3时，电压互感器二次侧的电流幅值I1、I2、I3，电流相位和电流频率ω1、ω2、ω3，以及电压互感器二次侧的电压幅值U1、U2、U3和电压相位
步骤4，根据阻抗幅值和相位的表达式计算不同测试电流下，测试电路对应的阻抗Z1、Z2、Z3的幅值A1、A2、A3和相位B1、B2、B3；
步骤5，根据阻抗幅值和相位获取配电网对地电容C的值。
优选地，步骤2中注入的测试电流幅值不超过配电网正常工作电流幅值千分之一，且频率小于50Hz。
优选地，测试电流i1、i2、i3的频率组合为5Hz、10Hz和20Hz。
优选地，阻抗Z1、Z2、Z3的幅值A1、A2、A3和相位B1、B2、B3的计算式如下：
优选地，配电网对地电容C的计算式如下：
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明所提出的配电网电容电流测试方法能够在消弧线圈参数未知的情况下，实现对配电网电容电流的实时在线测量，测量结果精确度高、范围广，为配电网安全稳定运行提供了理论支撑和技术保障。
附图说明
图1为本发明提出的精度宽范围的配电网电容电流测试方法的整体流程示意图；
图2为本发明中配电网电容电流测试电路的整体结构示意图；
图3为本发明中配电网电容电流测试电路的等效电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
参照图1的示意，为本发明提出的一种高精度宽范围的配电网电容电流测试方法的整体流程示意图，该方法具体包括以下步骤，
步骤1：构建配电网电容电流测试电路模型；
具体的，参照图2的示意，图2为本发明中配电网电容电流测试电路结构示意图，该电路包括信号注入模块1、配电网对地电容模块2、消弧线圈模块3和配电网三相电源EA、EB、EC；其中，信号注入模块1包括电压互感器，测试电流i通过电压互感器的二次侧注入测试电路，配电网对地电容模块2包括三相对地电容CA、CB、CC，消弧线圈模块3包括电感L2，。
其中，配电网对地电容模块2的三相对地电容CA、CB、CC分别与配电网三相电源EA、EB、EC相连接，且信号注入模块1的电压互感器的一端和消弧线圈模块3的电感L2的一端分别与配电网三相电源相连接，电压互感器和电感L2的另一端接地。
进一步的，参照图3的示意，图3为上述测试电路的等效电路结构示意图，该等效电路包括：电压互感器励磁电阻Rm和励磁电抗Xm，电压互感器绕组电阻R和短路电抗XL1，配电网三相对地电容之和C以及消弧线圈电抗XL2。
其中，测试电流i通过电压互感器二次侧注入配电网，由于电压互感器励磁阻抗远大于短路阻抗和消弧线圈阻抗以及配电网对地容抗，励磁回路可以忽略并等效为开路，因此测试电流i能够消除电压互感器内部阻抗对于配电网电容电流测试的影响，提高测试结果的准确度。
进一步的，获取电压互感器二次侧的电流幅值I、电流相位电流频率ω，以及电压互感器二次侧的电压幅值U和电压相位并根据以上数据计算得到测试电路的阻抗幅值A和相位B。
其中，测试电路的阻抗幅值和相位计算式为：
步骤2，依次将三个频率不同但幅值相同的测试电流i1、i2、i3从电压互感器二次侧注入，注入的测试电流幅值不应超过配电网正常工作电流幅值千分之一，频率小于50Hz；
具体的，测试电流频率的选择能够影响电容电流测试结果的准确性，为了提高对地电容值计算的准确度，应选取较低的测试电流频率，但若测试电流频率选取过低，则无法忽略励磁回路的影响，因此对测试电流的频率选取时应当综合考虑以上两个因素，选取不同频率的测试电流进行仿真分析，对比测试电流频率的选取不同对最终电容电流测试结果准确度的影响，得出当选取的测试电流频率在50Hz以下、不包含50Hz时，能够实现对对地电容的准确测量。
进一步对比不同测试电流频率组合下的测量精度，得到三个测试电流i1、i2、i3的频率优选组合值为5Hz、10Hz和20Hz。
步骤3，分别采集输入测试电流为i1、i2、i3时，电压互感器二次侧的电流幅值I1、I2、I3，电流相位和电流频率ω1、ω2、ω3，以及电压互感器二次侧的电压幅值U1、U2、U3和电压相位
步骤4，根据阻抗幅值和相位的表达式计算不同测试电流下，测试电路对应的阻抗Z1、Z2、Z3的幅值A1、A2、A3和相位B1、B2、B3；
具体的，根据输入的测试电流，测量电路阻抗和幅值的计算式为：
步骤5，根据阻抗幅值和相位获取配电网对地电容C的值。
具体的，配电网对地电容C的计算式如下：
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明提出的测试方法通过注入电流信号的方式严格推导出电容电流的表达式，再将阻抗幅值和相位的具体数值代入，实现对配电网电容电流的在线准确测量，显著地提高了测量范围和精确度。
本发明所提出的测量方法能够在测试电路的消弧线圈参数未知时，实现对配电网电容电流实时在线测量，且测量结果精确度高、范围广，为配电网安全稳定运行提供了理论支撑和技术保障。
为了验证本发明提出的配电网电容电流测试方法在实际应用中的有益效果，基于本发明提出的测试方法对不同大小的电容进行测量，对比测试值与实际值的差距，对比结果如下表1所示；进一步的，对于相同大小的电容，分别采用本发明提出的测试方法，以及现有技术的通过在电压互感器二次侧注入三种不同频率的恒定电流求解电容电流、利用配电网零序电压互感器向配电网注入变频电流信号求解电容电流的测试方法，在相同测量背景下进行测试，对比三种方法下得到对地电容测量结果以及测量准确度，结果如下表2所示：
表1：基于本发明提出的测试方法下电容测试值与实际值对比表
3
3.03
0.110000
9
9.07
0.070000
30
29.973
0.090000
60
59.94
0.010000
80
79.896
0.030000
100
99.99
0.010000
120
119.97
0.025000
160
160.013
0.008125
表2：基于传统三频测试方法下电容测试值与实际值对比表
电容实际值(μF)
测试值(μF)
测量误差(％)
10
7.7088
-29.21
20
15.032
-24.84
30
22.927
-23.58
100
123.51
23.51
150
208.89
40.52
180
253.47
39.26
根据表1和表2可以看出，基于本发明提出的在线测试方法得到的测量误差均在0.11％以下，而传统测量方法的测量误差均超过20％，且当配电网对地电容的大小为150μF时，测试误差高达40％，当配电网对地电容的大小为10μF时，测试误差接近30％。因此，传统测试方法下的配电网对地电容测试值误差大，且测试范围小，当配电网对地电容较大或较小时，测试误差会进一步扩大，无法实现配电网对地电容的在线准确测量，而本发明提出的测试方法可实现对3～160μF内的宽范围配网电容进行高精度在线测量。
综上所述，可以看出本发明所提的测量方法可以准确在线测量宽范围内的配电网电容电流，将有效地保障配电网安全稳定运行。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
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