［全］電力系統測量方法-插值法的電容式電壓互感器諧波電

壓測量方法

電容式電壓互感器(CVT—CapacitorVoltageTransformer)

以其獨特的優點在電力系統獲得了越來越多的應用。但是，

由于其工作原理的特殊性，國家標準GB/T14549—1993

《電能質量公用電網諧波》明確規定CVT不能用于諧波測量,

而隨著非線性負荷的日益增加，對于諧波電壓的測量已成為

電力行業確保安穩運行所必需的一項要求，形勢的發展導致

了對諧波電壓精準測量的需要。

現有技術中有通過設計一種包括諧波產生、高壓產生、準確

值輸出、被測CVT輸出、數據處理和結果輸出等幾個主要部

分的諧波測量誤差修正裝置，通過對各臺具體的CVT設備進

行諧波傳遞特性的實驗后，利用實測的諧波傳變特性曲線實

現對諧波測量的校正。該裝置雖然能實現對諧波測量的精確

校正，但存在必須對每臺CVT設備分別校正，工作量大的問

題，實際應用困難重重，具有成本高、效率低、速度慢等不

足

現有技術中還有在傳統的電容式電壓互感器的基礎之上，在

低壓端加裝電容分壓器作為諧波測量的測量元件的方法實

現對諧波電壓信號的分析測量。該方法一個固有缺陷是必須

對CVT進行改造,從理論上來說是對CVT測量原理的顛覆

性改變，有些類似于電子式互感器的工作原理，其制造、設

計成本將完全不再具有CVT的特點，并且,由于在CVT的

內部增加了新的元器件，其安全性難以評估和預測，可以說

是不適于對現有CVT應用的改造的存在結構復雜、成本高、

有可靠性隱患等缺陷。

現有技術中還有通過在CVT的內部增加兩個電流傳感器利

用數據采集卡分別采集流過CVT高壓電容C1、低壓電容C2

的電流信號；再通過諧波分析程序對采集到的電流信號進行

諧波分析后，利用電流與電壓之間的相互關系計算，從而得

到CVT電網側電壓諧波的情況。

現有技術中還有根據預設模型的等效電路元件參數進行擬

合，得到變比幅頻響應曲線和相頻響應特性曲線，然后對其

他型號的不同等效電路元件參數基于擬合結果采用平移等

方式調整曲線，實現校正。該方法對CVT制造時的結構參數

（即：高壓電容C1、中壓電容C2和分壓比k參數）的差異性

引起的傳變特性變化（如圖1和圖2所示）的實際處理的可操

作性考慮的較少，而且，對于雜散電容的影響考慮的不夠充

分；并且，理論分析和計算機仿真研究表明，CVT的等效電

路元件參數隨溫度變化的特點雖然對于基波的傳遞特性影

響較小，但對于諧波信號的傳變影響很大，不考慮溫度影響

的諧波測量校正方法在實際具體應用時會引起較大的溫服

附加誤差，圖3給出了考慮元件參數隨溫度變化的因素后,

部分次數的諧波的傳感變比和相差的變化情況，可見，溫度

對CVT諧波電壓測量精度的影響極大，諧波次數越高，受影

響情況越嚴重，因此，在CVT諧波電壓精準測量方法的研究

中，必須考慮溫度對測量結果的影響問題。

問題拆分

該方法利用曲線擬合的方法，在離線條件下獲得不同參數組

合條件下的數學插值計算方程，再針為具體的CVT裝置，采

用人機對話的方式將其銘牌參數（實際參數）輸入到諧波校正

裝置，利用該數學插值計算方程獲得任意參數在常溫條件下

的網絡傳遞函數，即獲得針對具體參數下常溫時下的CVT

幅頻曲線和相頻曲線；然后，利用溫度傳感器所測得的CVT

運行環境溫度，通過在離線條件下獲得的因溫度變化引起的

等效電路參數偏移量的計算獲得CVT幅頻曲線和相頻曲線

隨溫度變化的修正曲線，實現對CVT諧波含量的精確修正測

量。

101WC1C2―?-1O2HC1C2--------W7KC1C2--------104Mle21O5HC1C2

圖2

S1:根據電容式電壓互感器的等效電路模型，計算獲得不同

主電容參數值組合情況下滿足基波測量精準度要求的等效

電路結構參數；

S2:由S1中得到的等效電路結構參數,離線計算不同主電

容值組合下電容式電壓互感器在常溫下的各次諧波的網絡

傳遞函數校正系數，即：相對于由二次側輸出獲得的基本幅

頻響應曲線和相頻響應曲線的校正系數；

S3:考慮電容式電壓互感器結構參數因制造時參數的差異性,

由其銘牌參數利用二維線性插值的方法得到實際待校正電

容式電壓互感器在常溫下在不同結構參數組合及不同溫度

下各次諧波電壓的傳遞特性的校正系數，進而由二次側輸出

信號的快速傅立葉變換結果得到常溫下一次側各次諧波電

壓信號的校正值；

S4:通過溫度的測量，利用一維線性插值的方法實現在不同

溫度條件下對電壓諧波的精準校正測量；

所述步驟S1的具體過程是：

根據電容式電壓互感器生產的規范標準GB/T4703-2001

要求電容分壓器應符合耦合電容器及電容分壓器標準JB/T

8169-1999的規定：在電容分壓器分壓電容單元的選擇時,

任何一個串聯電容器單元的實測值與標稱值之差應不超過

標稱值的-5%~+10%,且相串聯的任意兩電容器單元實測

電容值的比值與這兩單元的額定電容之比值之差應不大于

后一比值的5%,確定電容式電壓互感器的高壓電容C1和

中壓電容C2的變化范圍；并在這個變化范圍內將C1和C2

分別用等差數列的形式形成數列，以組合的方式劃分成不同

的C1和C2的組合；

在保證基波傳變精度的前提下，由上述已知的高壓電容CL

中壓電容C2的各個組合，利用電容式電壓互感器在基波條

件下是處于諧振測量狀態的原理，計算得到中間電抗器的理

論電感值LS,并考慮到電容式電壓互感器的生產制造特點,

將1.005LS設置為補償電抗器的作為實際電感值參數；雜散

電容、阻尼回路和負載參數均按常規和額定運行參數設置;

從而獲得在不同具體參數下的電容式電壓互感器的等效電

路模型。

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圖3

進一步地，所述步驟S2的具體過程是：

根據所述的C1和C2的組合，通過步驟S1中得到的參數配

置，利用仿真方法離線計算電容式電壓互感器不同主電容值

參數組合在常溫標稱參數條件下，各次諧波傳變相對于基本

變比-頻率響應曲線和相移-頻率響應曲線的校正系數，通過

曲線擬合的方法獲得各次諧波在不同參數組合條件下的頻

率響應校正系數曲面圖。

進一步地，步驟S3中考慮電容式電壓互感器結構參數因制

造時參數的差異性，得到實際待校正電容式電壓互感器在常

溫下各次諧波電壓的傳遞特性校正系數的過程是：

1)、根據電容式電壓互感器的銘牌參數額定電容C1和實測

分壓比k,由計算公式：和C2=kCN,計算出電容式電壓互

感器的高壓電容C1和中壓電容C2;

2)、在給定參數條件下，利用二維線性插值的方法計算獲得

各次諧波電壓的傳變變比值kh和相位偏移值的值假設C1、

C2的實際值落在由(CM1),C2⑴,khl)、(Cl(2),C2(l),kh2)、

(C1(1),C2⑵,kh3)、(Cl⑵,C2⑵,kh4)構成的計算空間,其

中，第h次諧波在取值范圍四個頂點的電壓的傳變變比值用

khi表示，第h次諧波在取值范圍四個頂點的相位偏移用表

示，則kh、的計算公式為：

其中，

3)、由電容式電壓互感器二次側輸出的采樣值，利用快速傅

里葉變換及其校正插值算法計算獲得一次側經電容式電壓

互感器(CVT)傳變后的二次側輸出的各次諧波的幅值U