专利名称：用于电压测量的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电压测量。
背景技术：
在配电网中使用的单极绝缘电压互感器通常配备有三个绕组。除了初级绕组以夕卜，互感器还具有用于测量或保护目的的次级绕组即测量绕组以及用于接地故障保护目的的三级绕组即接地故障绕组。初级绕组、测量绕组和接地故障绕组的端子通常被分别表示为A-N、a-n和da-dn。图I示出了具有三个绕组的单极绝缘电压互感器的端子图。通常，所有三个绕组都卷绕在同一磁(铁)芯上。图2示出了示例性的单极绝缘电压互感器的主要构造，该单极绝缘电压互感器具有三个绕组，即卷绕在芯50上并且被包围在壳体60中的初级绕组20、接地故障绕组30和测量绕组40。所有的绕组20、30、40都卷绕在同一磁芯50上这一事实使得所述绕组通过磁通被互链接。因此，当向初级绕组20施加初级电压时，次 级绕组30、40产生依赖于初级电压以及所关注的次级绕组与初级绕组之间的匝数比的次级电压。在三相网络中，三个单极绝缘电压互感器的接地故障绕组通常以“开口三角形”连接来连接。这是由于以下事实在初级网络中的接地故障期间，开口三角形端子之间的电压与网络的残余电压(三相系统的中性点与地之间的电压)相关。该电压用在接地故障保护继电器中。另外，通常，在开口三角形端子之间连接电阻器以便提供必要的阻尼功率来防备铁磁谐振。图3示出了三个单极绝缘电压互感器11、12、13的典型配置，单极绝缘电压互感器11、12、13分别具有初级绕组21、22、23、测量绕组41、42、43和接地故障绕组31、32、33，连接至三相网络的相PA、PB、PC。三个单极绝缘电压互感器11、12、13的接地故障绕组31、32,33以“开口三角形”连接来连接。电阻器Rd连接在开口三角形端子之间以便提供必要的阻尼功率来防备铁磁谐振。于是，可以基于从测量绕组41、42、43测得的次级电压以及初级绕组与测量绕组之间的匝数比来获得三相网络的三个相PA、PB、PC的初级电压。然而，由于互感器的各种非理想性，仅基于测得的次级电压以及初级绕组与测量绕组之间的匝数比而获得的初级电压可能并不精确地对应于真实的初级电压。文献WO 2009/091803公开了一种具有两个次级绕组的互感器。在所公开的解决方案中，该互感器包括补偿电路，该补偿电路包括电流互感器和阻抗以便通过对由连接至次级绕组的功率负载的负载电流引起的跨初级绕组的电压降进行补偿来提高计量电压的精确度。所公开的解决方案的缺点是它需要向互感器结构添加额外的电流互感器和阻抗。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种方法以及一种用于实施该方法的设备以便克服上述缺点或至少缓解该缺点。通过特征在于独立权利要求中所述内容的方法、计算机程序产品和装置来实现本发明的目的。在从属权利要求中公开了本发明的优选实施方式。本发明基于以下思想基于电压互感器的一个或多个参数和/或与电压互感器的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、连接至次级绕组的电路的一个或多个参数和/或与连接至次级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、以及连接至三级绕组的电路的一个或多个参数和/或与连接至三级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量来对所测得的次级电压施加校正。本发明的方法和装置的优点是可以校正所测得的次级电压以将例如互感器、夕卜部布线和/或负载的参数考虑在内。在校正后，次级电压更好地对应于真实的初级电压。本发明不需要对互感器结构本身的任何改变。


下面将参照附图借助于优选实施方式来更详细地描述本发明，其中图I示出了具有三个绕组的单极绝缘电压互感器的端子图；图2示出了具有三个绕组的单极绝缘电压互感器的主要构造； 图3示出了每个都具有三个绕组的三个单极绝缘电压互感器的配置；图4示出了其中次级负载呈星形连接的三个单极仪用电压互感器的等效电路；图5示出了其中次级负载呈三角形连接(在三角形-星形转换之后)的三个单极仪用电压互感器的等效电路；图6示出了其中次级负载呈星形连接的三个单极仪用电压互感器的等效电路；图7示出了其中次级负载呈三角形连接(在三角形-星形转换之后)的三个单极仪用电压互感器的等效电路；图8示出了根据本发明的一种实施方式的设备；以及图9示出了根据本发明的一种实施方式的设备。
具体实施例方式本发明的应用不限于任何特定的系统，而是可以结合各种电系统来使用。此外，本发明的用途不限于采用任何特定的基频或任何特定的电压电平的系统或设备。根据一种实施方式，从次级绕组41、42、43测量次级电压并且基于所测得的次级电压来确定初级电压的值。于是，初级电压的值的确定优选地包括基于电压互感器的一个或多个参数和/或与电压互感器的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、连接至次级绕组的电路的一个或多个参数和/或与连接至次级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、以及连接至三级绕组的电路的一个或多个参数和/或与连接至三级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量，来对所测得的次级电压施加校正。为了分析三相网络中的具有三个绕组的三个单极绝缘电压互感器的示例性配置的行为，可以推导图4和图5的电气等效线路。次级负载(阻抗乏bs)连接至互感器的次级(测量)绕组41、42、43端子。该连接通过布线阻抗来实现。图4示出了呈星形连接的负载，其中公共的中性导体利用布线阻抗之Wn来建模。如果负载呈三角形连接，则可以使用图5中呈现的等效线路。在此情况下，中性导体阻抗之Wn等于无穷大。可以对于阻抗使用三角形-星形转换来获得之bs值。
三级(接地故障)绕组31、32、33以“开口三角形”配置来连接以用于接地故障保护目的。在开口三角形端子之间连接电阻器Rd以便防止铁磁谐振。三级负载(阻抗ibd)连接至互感器的三级端子。该连接通过布线阻抗^wd来实现。在图4和图5中使用的记号
Oap =相PA初级相至地电压
Obp =相PB初级相至地电压 Ucp =相pc相级相至地电压
Uas =相PA次级相至地电压
Ubs =相PB次级相至地电压
Ocs =相PC次级相至地电压
Uat =相PA三级相至地电压
Ubt =相PB三级相至地电压
Oct =相PC三级相至地电压
Z1 =初级绕组的阻抗
Z2 =次级绕组的阻抗
23 =三级绕组的阻抗
Zws =次级布线阻抗
Zwn =次级负载的中性导体的布线阻抗
Zwd =三级布线阻抗
Zbs =次级负载阻抗Zbd =三级负载阻抗Rd=铁磁谐振阻尼电阻NI=初级绕组中的线的匝数N2=次级绕组中的线的匝数N3=三级绕组中的线的匝数
iap =相pa初级相电流 Ibp =相PB初级相电流
Icp =相PC初级相电泥
Ias =相PA次级相电流
Ibs =相PB次级相电流
Ics =相pc次级相电流
Oal =相PA初级绕组上的电压
Obl =相PB初级绕组上的电压
Od =相PC初级绕组上的电压
Ua2 =相PA次级绕组上的电压
0b2 =相PB次级绕组上的电压
Uc2 =相PC次级绕组上的电压
UaS =相PA三级绕组上的电压
Ub3 =相PB三级绕组上的电压
LJcS =相PC三级绕组上的电压

IdO =流过阻尼电阻器的三级电流
'W1 =流过三级负载的三级电流
Id =总的三级电流
Ud =开口三角形电压
UdO =阻尼电阻器上的电压=Uat+ LJbt+ Llct 互感器利用其相应的纵向阻抗Z1i2和Z3来建模,纵向阻抗Z152和Z3包括绕组电阻和漏电抗。假定它们对于每个相互感器而言是相似的。例如,乏1、乏2和之3的值可以从短路测试结果推导出或者从互感器的制造商获得。可以通过布线阻抗和乏Wd将用于仪器的外部布缆/布线的影响考虑在内。可以使用阻抗；^bs和tbd来将负载考虑在内。从图4和图5中，可以写出以下等式(带“a”的等式适用于图4，带“b”的等式适用于图5)相a αρ — Il 傘 lap = TM (等式 I)JJal - (Z2 + Zws) * las = Uas + Zwn * (las + lbs + lcs)(等式 2a)Ual — (Z2 + Zws) * Im = Uas (等式 2b)仏3-乏3*Ti/=ZTflI(等式 3)Ni * Jap = NI * las + N3*ld (等式 4)Um = Zhs * Im (等式 5a)Uas = Zhs * las + Zwn * (im + Ihs + lcs)(等式 5b)Ual = (#2/ Μ) * 仏1 (等式 6)Τ= (Ν3 / Ν ) * Ua\(等式 7)相b Uhp-Zl*Ibp = (等式 8)m2 — (Ζ2 + Zws) * lbs = Ubs 十芝而 * (las + lbs + lcs)(等式 9a)Uh2 - (Z2 + Zws) * Ihs = Ubs (等式 9b) β - Hid = Uht (等式 10)N\ * Ibp = N2 * lbs + i￥3 * (等式 11)Ofc = —等式 12a)Uhs = XhR * Ihs + Zwn * (las + Ihs + lcs)(等式 12b)Tm =、n 21 m、*V抓等式 13) β =(夏3/M)* 汤1 (等式 14)相c
rinriiriwm-iUcp — Zl* Icp = C/cl (等式 15)
Vc2 —这2 + iws)*—Ics = Vcs + Iwn* (ias + lbs + hs)(M 式 16a)JJc2 — (Z2 + Zws) * lcs = Ucs (等式 16b)TjcTs-Hd = Uci ⑩式 17)/Yi * Jcp = NI * lcs +m*ld (等式 18)Ucs - Zhs * Ics(等式 19a)Wcs = Zhs lcs + Zwn * {las + lbs + lcs)(等式 19b)Ucl = (NI / iVl)* Uci(等式 20)^C3 = (#3//Vl)*0c](等式 21)
以及MO * Rd = (Uat + Tm 十 (等式 22)JdO *Rd — Zwd * Idl = (Zbd + Zwd) * ΙΛ (等式 23)]d = 7dQ + ldi(等式 24)在等式I至24中，已知的电压被假定为
Uas =相PA次级相至地电压
Obs =相PB次级相至地电压
Ocs =相PC次级相至地电压已知的阻抗以及互感器相关值是
Z1 =初级绕组的阻抗
Z2 =次级绕组的阻抗
Z3 =三级绕组的阻抗
Zws =次级电路的布线阻抗
Zwn =次级电路中性导体的布线阻抗
Zwd =开口三角形的布线阻抗
Zbs =次级负载阻抗
Zbd =三级负载阻抗Rd=铁磁谐振阻尼电阻
NI=初级绕组中的线的匝数N2=次级绕组中的线的匝数N3=三级绕组中的线的匝数可以将所有其它 的电压和电流作为次级相至地电压以及已知的阻抗和互感器相关值的函数来计算。由此，可以获得精确的初级相至地电压如果次级负载呈星形连接并且公共的中性导体布线阻抗是^Wn(参照图4)，则等式25-27应用(等式25) Uap =1 /N2/Zbs*(3*N 12*Zwn* Uas*Rd* Z3+6*N 12* Zwn* Oas* Z3* Zwd+
3*N12*Zwn#0as*Z3*Zbd+2*N12*Zwn-iDas*Rd*Zwd+N12*Zwn*0as*Rd*Zbd+3*n 12* Zwn*0bs*Rcf*Z3+6*N 12* Zwn* Obs* Z3* Zwd+
3*N 12* Zwn*Dbs* Z3* Zbd+2*N 12* Zwn*Obs*Rd*Zwd+N 12* Zwns 0 bs*Rd* Zbd+
3*N 12* Zwn* 0cs*Rd*Z3+6*N12*Zwn*0cs*Z3* Zwd 3*N12*Zwn* Lies* Z3* Zbd+
2*N12*Zwn#Ucs*Rd*Zwd+N12*Zwn*0cs#Rd*ZbcH-2*ZrN32*Zwcl*C)bs*Zbs+
3*ZrN32*Zbd*Zwn*Dbs+Z1*N32*Zbd*0as*Zws+3*Z1*N32*Zbd*Zwn*Das+Z1*N32*Zbd*Das*Z2+Z1*N32*Zbd*0as*Zbs+Z1*N32*Rd*0as*Zbs+6*ZrN32*Zwd*Zwn*0cs+3*Z1*N32*Zbd*Zwn*Dcs+Z1*N32*ZbdtDbs*Z2+ZrN32*Zbd*Dcs*Z2+ZrN32*Zbd*0cs*Zws+ZrN32*Zbd*Ucs*Zbs+Z1*N32*Zbd*Dbs* Zws+ Z1*N32*Zbd*Dbs*Zbs+Z1 *N32*Rd* Oas* Z2+zrN32*Rd*Uas4 Zws+3* Z1 *N32*RcT Zwn*0as+3* ZI *N32*Rd*Zwn*Dbs+3*Z1*N32*Rd*Zwn*Dcs+Z1*N32*Rd*0bs*Z2+Z1*N32*Rd*Dcs*22+Z1 *N32*Rd* Dcs* Zws+ Z1 *N32*Rd*Dcs* Zbs+Z1*N32*Rd*0bs* Zws+Z1 *N32*Rd* 0 bs* Zbs+2* Z1*N32iZwd*0as*Z2+2*Z1*N32* ZwdiUas* Zws+2*Z1*N32* Zwd* Oas* Zbs+6* Z1*N32* Zwd*Zwn* Uas+6* Z1 *N32*Zwd* Zwn* Obs+2* Z1 *N32* Zwd* Obs* 22+2*Z1*N32*Zwd*0cs*Zws+2*Z1*N32*Zwd*Ucs*Zbs+2*2rN32iwd*0bs4ws+2* 乏 rN32iwd*0cs* 之 2+3*N12*0asi2*Rd* 之 3+6*N12*0as*Z2*Z3*Zwd+3*N12*Das*Z2*Z3*Zbd+2*N12*Das*Z2*Rd*Zwd+_ 2* Oas* Z2*RcT Zbd+3*N 12*Das* Zws*Rd* Z3+6*N12* Das* Zws* Z3* Zwd+
3*N12*Das*Zws*Z3*Zbd+2*N12*0as*Zws*Rd*Zwd+N12*0as*Zws*Rd*Zbd+
3*N12*0as*ZbsARd*Z3+6*N12*0as*Zbs*Z3*Zwd+3*N12*0as*Zbs*Z3*Zbd+2*N12*Uas*Zbs*Rd*Zwd+N12*0as*Zbs*Rcl*Zbd+3*ZrN22*0asW*l3+
权利要求
1.一种利用互感器配置进行电压测量的方法，所述互感器配置包括三个单极电压互感器(11、12、13)，所述单极电压互感器(11、12、13)分别至少具有初级绕组(21、22、23)、次级绕组(41、42、43)和三级绕组(31、32、33)，其中，所述初级绕组连接至初级电压，并且所述电压互感器的所述三级绕组彼此呈开口三角形连接，所述方法包括 从所述次级绕组(41、42、43)测量次级电压；以及 基于从所述次级绕组(41、42、43)测得的所述次级电压以及所述初级绕组(21、22、23)与所述次级绕组之间的匝数比来确定所述初级电压的值，其特征在于，所述初级电压的所述值的确定包括 基于所述电压互感器(11、12、13)的一个或多个参数和/或与所述电压互感器的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的一个或多个参数和/或与所述连接至所述次级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、以及连接至所述三级绕组(31、32、33)的电路的一个或多个参数和/或与所述连接至所述三级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量，来对所测得的所述次级电压施加校正。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述电压互感器(11、12、13)的所述参数包括所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述三级绕组(31、32、33)的阻抗、所述初级绕组中的线的匝数、所述次级绕组中的线的匝数、以及所述三级绕组中的线的匝数。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的所述参数包括次级负载阻抗和/或次级布线阻抗。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的所述参数包括当所述次级负载阻抗呈星形连接时的次级中性导体阻抗。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述连接至所述三级绕组(31、32、33)的电路的所述参数包括以下中的一个或多个三级阻尼电阻器的电阻、三级负载阻抗、三级布线阻抗。
6.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，当所述次级负载阻抗呈星形连接时，基于所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述次级布线阻抗、所述次级中性导体阻抗、从所述次级绕组测得的次级电流、以及从所述三级绕组测得的三级电流，来施加对所测得的所述次级电压的所述校正。
7.根据权利要求I至5中任一项所述的方法，其特征在于，当所述次级负载阻抗呈三角形连接时，基于所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述次级布线阻抗、从所述次级绕组测得的次级电流、以及从所述三级绕组测得的三级电流，来施加对所测得的所述次级电压的所述校正。
8.一种包括计算机程序代码的计算机程序产品，其中，所述程序代码在计算机中的执行使得所述计算机执行根据权利要求I至7中任一项所述的方法的步骤。
9.一种利用互感器配置进行电压测量的装置，所述互感器配置包括三个单极电压互感器(11、12、13)，所述单极电压互感器(11、12、13)分别至少具有初级绕组(21、22、23)、次级绕组(41、42、43)和三级绕组(31、32、33)，其中，所述初级绕组被布置成连接至初级电压，并且所述电压互感器的所述三级绕组彼此呈开口三角形连接，所述装置包括用于基于从所述次级绕组(41、42、43)测得的次级电压以及所述初级绕组(21、22、23)与所述次级绕组之间的匝数比来确定所述初级电压的值的部件(70)，其特征在于，所述用于确定所述初级电压的所述值的部件(70)被布置成基于所述电压互感器(11、12、13)的一个或多个参数和/或与所述电压互感器的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的一个或多个参数和/或与所述连接至所述次级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、以及连接至所述三级绕组(31、32,33)的电路的一个或多个参数和/或与所述连接至所述三级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量，来对所测得的所述次级电压施加校正。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电压互感器(11、12、13)的所述参数包括所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述三级绕组(31、32、33)的阻抗、所述初级绕组中的线的匝数、所述次级绕组中的线的匝数、以及所述三级绕组中的线的匝数。
11.根据权利要求9或10所述的装置，其特征在于，所述连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的所述参数包括次级负载阻抗和/或次级布线阻抗。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述连接至所述次级绕组(41、42、43)的电路的所述参数包括当所述次级负载阻抗呈星形连接时的次级中性导体阻抗。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述连接至所述三级绕组(31、32、33)的电路的所述参数包括以下中的一个或多个三级阻尼电阻器的电阻、三级负载阻抗、三级布线阻抗。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于确定所述初级电压的所述值的部件(70)被布置成当所述次级负载阻抗呈星形连接时，基于所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述次级布线阻抗、所述次级中性导体阻抗、从所述次级绕组测得的次级电流、以及从所述三级绕组测得的三级电流，来施加对所测得的所述次级电压的所述校正。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于确定所述初级电压的所述值的部件(70)被布置成当所述次级负载阻抗呈三角形连接时，基于所述初级绕组(21、22、23)的阻抗、所述次级绕组(41、42、43)的阻抗、所述次级布线阻抗、从所述次级绕组测得的次级电流、以及从所述三级绕组测得的三级电流，来施加对所测得的所述次级电压的所述校正。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括所述互感器配置。
全文摘要
一种利用互感器配置进行电压测量的方法和装置，该互感器配置包括具有彼此呈开口三角形连接的三级绕组的三个单极电压互感器(11、12、13)，该装置包括如下部件，该部件被布置成基于电压互感器(11、12、13)的一个或多个参数和/或与电压互感器的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、连接至次级绕组(41、42、43)的电路的一个或多个参数和/或与连接至次级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量、以及连接至三级绕组(31、32、33)的电路的一个或多个参数和/或与连接至三级绕组的电路的一个或多个参数呈已知关系的一个或多个量来对所测得的次级电压施加校正。
文档编号G01R15/18GK102844668SQ201180018876
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月14日
发明者阿里·瓦尔罗斯, 扬内·阿尔托宁, 彭蒂·梅赫宁 申请人:Abb技术有限公司