检索结果-内蒙古大学图书馆

电子测量与仪器学报 2024年第5期38卷 229-237页

作者：张泽林刘希喆华南理工大学电力学院广州510640

非接触式电压测量方法不直接与线路的金属导体部分接触,能适应多种应用场景的电压监测。设计一种利用改进的非接触式电压测量技术对线路电压进行测量并将测量得到的电压波形用于线路故障电压诊断的系统。对传统的非接触式电压测量技术... 详细信息

非接触式电压测量方法不直接与线路的金属导体部分接触,能适应多种应用场景的电压监测。设计一种利用改进的非接触式电压测量技术对线路电压进行测量并将测量得到的电压波形用于线路故障电压诊断的系统。对传统的非接触式电压测量技术进行拓扑分析并对测量电路拓扑进行改进,能够不受耦合电容影响并准确地测量线路上的电压。由于目前单一的故障特征提取方法具有局限性,为了利用由非接触式电压测量技术测量得到的电压波形实现准确地对线路故障电压进行识别诊断,提出了基于集成学习的故障电压状态识别系统,利用多种特征提取方法提取非接触式电压测量得到的电压波形特征,其识别结果用于对线路故障进行预警和处理。针对该电压监测系统,设计了测量精度和故障识别测试,得到稳态平均误差为0.9%,故障识别准确率最高可达到93%,表明该电压监测系统具有较高的精度和故障识别准确率。

关键词：非接触式电压测量离散小波阈值降噪硬件加速计算集成学习

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输电线路非接触式电压测量及其环境因素影响研究

输电线路非接触式电压测量及其环境因素影响研究

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作者：尚阔华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

电压测量装置作为电力系统电能质量分析、电能计量的核心模块，其重要性不言而喻。然而，传统电压互感器因自身体积重量过大、响应带宽较低等诸多因素限制无法满足在分布式新能源的配电线路与集中式新能源场站等高比例新能源应用区域的... 详细信息

电压测量装置作为电力系统电能质量分析、电能计量的核心模块，其重要性不言而喻。然而，传统电压互感器因自身体积重量过大、响应带宽较低等诸多因素限制无法满足在分布式新能源的配电线路与集中式新能源场站等高比例新能源应用区域的三相同步测量需求。因此，本文针对以上问题设计了一种适用于10kV与35kV架空输电线路的非接触式三相D-dot电压测量系统，其便于安装且具有较大测量带宽，可有效解决目前传统电压传感器存在问题。　　首先，理论分析了非接触式电压测量原理，并基于D-dot电压传感器测量原理建立传感器模型与等效电路。通过有限元仿真软件得到了传感器电容参数与尺寸之间的关系优化模型，进而采用并联阻容与运算放大器对传感器极板做降压设计。通过有限元仿真软件建模与MATLAB/Simulink搭建电路得到传感器在单相10kV与三相35kV架空线路传感器仿真波形，得出其传递函数并分析幅频特性。　　其次，基于模拟电荷法理论分析三相输电线路对电压传感器的影响，并进行仿真验证。理论分析三相水平排布、竖直排布与三角排布输电线路周围电场对测量相传感器的感应电压幅值、相位影响。通过有限元仿真软件建立三种排列方式下10kV与35kV架空输电线路模型与MATLAB/Simulink等效电路模型仿真得出三相传感器感应电压幅值与相角，并与理论进行验证。针对电压幅值与相角产生的误差，提出一种三相电场解耦方法，计算出系数矩阵并与仿真结果进行验证。　　最后，搭建电压测量平台并对本文设计的三相D-dot电压测量系统进行了实验验证。在电压测量平台上进行了架空线与架空电缆工频与高频高压测试实验和稳态谐波低压实验，通过非线性误差对传感器线性度进行评估分析，得到传感器变比和带宽。对三相不同排布方式的架空线路下的电压传感器进行实测，得到各相传感器的感应电压幅值、相角偏差数据并分析与仿真数据存在差距的原因。针对三相传感器的相角偏差问题，搭建了三相解耦硬件电路，对三种架空线排布下的系数矩阵进行优化并准确测得三相传感器电压波形。为测试降雨时传感器工作性能，搭建实验环境分析传感器感应电压波形畸变原因并提出防护措施。

关键词：输电线路非接触式电压测量电场解耦电压传感器

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基于驻极体的低功耗非接触式电压测量技术

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仪表技术与传感器 2022年第7期 117-122页

作者：李嘉晨刘向明刘俊高雅浩彭思敏张洲威毋正伟郑凤杰任仁彭春荣中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100190 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049

针对低功耗、高性能非接触式电压测量的需求,提出一种基于驻极体电容结构的非接触式电压测量技术。驻极体电容结构由正面蒸发有金属导电薄膜的驻极体薄膜、绝缘衬圈和金属电极构成,通过理论分析和有限元仿真,得到传感器的输出响应关系,... 详细信息

针对低功耗、高性能非接触式电压测量的需求,提出一种基于驻极体电容结构的非接触式电压测量技术。驻极体电容结构由正面蒸发有金属导电薄膜的驻极体薄膜、绝缘衬圈和金属电极构成,通过理论分析和有限元仿真,得到传感器的输出响应关系,并通过搭建实验测试平台对传感器进行性能测试。测试结果表明,传感器输出响应特性与理论分析吻合,并具有较好的线性度和重复性,在施加600、800、1 000 Hz被测电压条件下,传感器的线性度分别达到6.1%、3.5%、2.7%,重复性分别达到9.67%、 5.93%、5.46%。

关键词：低功耗驻极体薄膜非接触式电压测量电压传感器电场测量

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一种新型非接触式电压测量装置研究

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环境技术 2024年第8期42卷 139-144页

作者：陈旭张超张浩淼程志强闫瑜欧龙国网宁夏营销服务中心(国网宁夏计量中心) 银川750000

为消除配电网中非接触式电压测量面临的耦合电容导致的误差影响,本文设计了一种新型电压测量装置。装置专门设计了导电海绵材质的电压测量探头,确保与导线紧密贴合,建立稳定的耦合电容环境,为精准测量奠定了基础。通过建立串联电容模型... 详细信息

为消除配电网中非接触式电压测量面临的耦合电容导致的误差影响,本文设计了一种新型电压测量装置。装置专门设计了导电海绵材质的电压测量探头,确保与导线紧密贴合,建立稳定的耦合电容环境,为精准测量奠定了基础。通过建立串联电容模型,运用单片机程序控制电容分压电路的自动优化切换,将2次测量的电压数值带入模型进行计算,有效消除了耦合电容变量变动带来的影响。北侧电压信号经由高阻放大器、滤波器和移相器进行信号调理,最终传输至精密计量芯片,不仅增强了信号质量,还实现了数据的即时显示,提升了用户体验。样机测试验证了该装置的出色性能,测量误差低至0.5%以下,能够满足现场校验对高精度的要求;该新型非接触式电压测量装置操作便捷和实用性强,为配电网的电压和功率监测提供了强有力的技术支持。

关键词：配电网非接触式电压测量耦合电容单片机控制样机测试

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基于电场耦合的非接触式电压测量装置研发

基于电场耦合的非接触式电压测量装置研发

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作者：张泽林华南理工大学

学位级别：硕士

目前电压测量设备主要使用接触式电压测量方法,需要将设备的电压测量端子与线路进行金属连接,而某些不允许破坏绝缘层的线路则无法使用传统的接触式测量装置,而且安装传统的电压测量传感器必须停电,不便于临时设立监测点的设备安装。非... 详细信息

目前电压测量设备主要使用接触式电压测量方法,需要将设备的电压测量端子与线路进行金属连接,而某些不允许破坏绝缘层的线路则无法使用传统的接触式测量装置,而且安装传统的电压测量传感器必须停电,不便于临时设立监测点的设备安装。非接触式电压测量传感器无需与线路的金属导体部分接触,因此相较于传统的接触式电压测量,具有安装安全方便,适用场景更广,不破坏线路绝缘层,安装过程不需要停电等优势。本文研究的非接触式电压测量方法基于电场耦合原理。为解决当前基于电场耦合原理的非接触式电压测量技术存在的测量探头与线路之间的耦合电容难以准确获取电容值的问题,本文在模拟测量回路中注入已知幅值的高频参考信号;为校正杂散电容的影响,本文利用探头悬空时的高频参考信号输出估测杂散电容的影响。对平板、圆筒形状的传感器电极进行电场仿真分析,以寻找最佳的传感器电极形状和测量位置。由于使用单层电极的电路拓扑的输出信噪比较低,容易耦合进附近线路的电场信号,本文为此设计了使用双层平板电极的差分型电路拓扑,以解决共模干扰对探头电路的模拟输出影响较大的问题。在数字信号处理方面,本文采用离散小波阈值降噪消除信号中的分布频带较宽、功率谱密度较小的噪声分量,相比传统的频域数字滤波器,该算法不仅能消除高频噪声,还能保留了信号原有的高频信号特征。但由于其对计算性能要求较高,难以应用在嵌入式测量装置,本文设计了该算法在FPGA平台的实现代码并对该模块的组成和优化进行了详细介绍。本文根据改进的非接触式电压测量原理设计样机,该测量样机由传感模块、计算控制模块、采集模块、通信与功能模块组成。本文根据改进原理的特点,选择由STM32和FPGA组成双计算平台,完成测量样机的硬件开发,并设计基于STM32和FPGA双平台的信号处理与计算程序。最后通过测试样机的测量性能验证本文改进的测量方法的实用性,结果表明使用差分式传感器电极的探头电路输出波形具有较高的信噪比和共模干扰抑制能力,测量样机重构波形的效果较好,有效值精度接近1%。另外,本文还测试了测量样机的长时间测量的稳定性,验证了非接触式电压测量应用在电压监测的可行性。

关键词：非接触式电压测量电场耦合离散小波阈值降噪装置开发

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非接触式电压测量装置的开发

非接触式电压测量装置的开发

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作者：江陶然华南理工大学

学位级别：硕士

在电气传感与检测领域,电压与电流的测量具有多种实现方法。其中,电流测量已使用罗氏线圈等器件,通过测量待测线路周围磁场的方式实现非接触式电流测量,整个测量过程测量装置无需接触待测线路金属部分,具有测量过程安全便捷、无需破坏... 详细信息

在电气传感与检测领域,电压与电流的测量具有多种实现方法。其中,电流测量已使用罗氏线圈等器件,通过测量待测线路周围磁场的方式实现非接触式电流测量,整个测量过程测量装置无需接触待测线路金属部分,具有测量过程安全便捷、无需破坏线路绝缘或寻找线路端子、无需停电安装设备等诸多优势。但在电压测量领域,尤其是220/380V电压等级下缺少一种非接触式的电压测量方法。目前的电压测量终端均需接触待测线路金属部分才可实现电压测量,但实际测量过程中,在某些不便破环绝缘,甚至无法破环绝缘层以找到金属接触点的位置就无法进行电压测量。并且,接触式电压测量终端拟进行挂网测量时必须停电安装,不便于临时设立的电压监控点的安装。针对以上问题,本文展开对一种无需破坏线路绝缘,仅需将测量探头紧贴在待测线路绝缘层表面即可完成线路电压测量的非接触式电压测量装置的开发。本文基于电场耦合的原理实现对待测线路进行非接触式电压测量。首先,本文对传统的非接触式电压测量原理进行分析,指出现有方案因无法实地计算待测线路与装置探头间形成的寄生电容值将会导致测量不同型号的线路时出现测量误差,且系统信噪比较低。然后,本文提出了一种新的基于拓扑变换的非接触式电压测量方案,可以实地求解未知寄生电容值,再计算待测电压,从而消除待测线路与探头间寄生电容未知所造成的测量误差,并提高系统信噪比。本装置由FPGA核心板、继电器单元、放大单元、采集单元、供电单元、通信单元和外围功能单元组成。本文完成了测量装置各功能单元的硬件开发,对基于FPGA平台的数字信号处理程序进行设计,最终给出测量装置样机实物图,并对样机进行数字滤波和电压实测效果测试。测试结果表明数字滤波能够有效滤除高频噪声,且通过样机进行非接触式电压实测,结果显示测量误差能够控制在一定范围内,证明了本文所开发的非接触式电压测量装置具有实用价值。

关键词：非接触式电压测量电场耦合拓扑变换装置开发

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非接触式暂态电压测量的简化解耦方法

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高电压技术 2020年第6期46卷 1948-1954页

作者：杨怀远庄池杰谢施君雷挺刘凡曾嵘清华大学电机工程与应用电子技术系高电压与绝缘技术研究所北京100084 国网四川省电力公司电力科学研究院成都610041 中国电力科学研究院有限公司北京100192

电光式电场传感器频率响应宽,利用其进行非接触式暂态电压测量,与系统没有直接的电气连接,易于安装、维护,但是存在三相电场的耦合问题。为此,提出了简化的解耦方法,该方法适用于500 kV及以上电压等级交流系统的非接触式测量:在500 kV... 详细信息

电光式电场传感器频率响应宽,利用其进行非接触式暂态电压测量,与系统没有直接的电气连接,易于安装、维护,但是存在三相电场的耦合问题。为此,提出了简化的解耦方法,该方法适用于500 kV及以上电压等级交流系统的非接触式测量:在500 kV及以上电压等级的变电站内,不同相导体的距离较大,非相邻相的耦合可以忽略不计,现场布置较为对称时,利用测到的三相稳态电场信号的相角、幅值信息即可进行简化的电场解耦。在±800kV祁连换流站交流侧用该方法测得的暂态电压波形和用耦合电容分压器测到的波形重合度高,验证了该方法的可行性。将该方法应用到藏中联网工程的调试中,测得了空载线路合闸暂态电压波形:测得首端站过电压波前时间约为1.5μs,最大过电压倍数为1.74;末端站过电压波前时间约为33μs,最大过电压倍数为1.32倍。

关键词：非接触式电压测量暂态电压解耦方法电场传感器过电压

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用于SiC MOSFET开关电压测量的非接触式电场耦合电压传感器

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中国电机工程学报 2023年第8期43卷 3154-3164,中插24页

作者：耿嘉一辛振石亚飞刘新宇省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市北辰区 300130

准确测量碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)开关电压是评估SiC MOSFET开关特性、计算开关损耗、优化变换器设计的关键.随着SiC MOSFET开关速度、耐压及功率密度的提升,开关电压测量难的问题逐渐凸显,因此对电压传感器的带宽、耐压和侵入性提出了新的要求.该文以SiC MOSFET的开关电压为研究对象,根据目前开关电压的测量需求,提出一种利用电场耦合原理测量开关电压的非接触式电压传感器,并设计混合积分电路对传感器输出信号进行电压重构.在此基础上,通过仿真和计算着重分析电场耦合电压传感器的结构和电路参数的设计依据.传感器带宽范围为5Hz～260MHz,量程为-1000～+1000V,输入电容约为0.73pF,最后利用双脉冲测试,将其与商用示波器探头的测量结果进行对比,验证电场耦合电压传感器的准确性.

关键词：非接触式电压测量电场耦合碳化硅金属—氧化物半导体场效应晶体管开关电压

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非接触式交流电压测量自校准方法研究

非接触式交流电压测量自校准方法研究

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作者：魏冉昆明理工大学

学位级别：硕士

电压参量不仅是设备上重要的监测对象,同时也是智慧电网节点和线路上重要的感知量,对电压信号进行精确监测能够为电力系统电能计量、智能控制以及继电保护提供重要信息,具有很高研究价值。目前传统的接触式电压测量方法在进行实际线路... 详细信息

电压参量不仅是设备上重要的监测对象,同时也是智慧电网节点和线路上重要的感知量,对电压信号进行精确监测能够为电力系统电能计量、智能控制以及继电保护提供重要信息,具有很高研究价值。目前传统的接触式电压测量方法在进行实际线路电压测量时需要剥离绝缘层,会对输电线路产生破坏,且近距离靠近高压源实施作业会给测量人员带来一定安全隐患,已经不能满足现今智能电网的发展需求。非接触式电压测量能解决上述传统接触式电压测量方法的局限性,但这类测量方法精度与耦合电容分压比紧密相关,容易受到环境因素影响导致测量精度下降,尚未广泛应用于生产实际。因此文章针对非接触式电压测量在配网线路工频220V条件中的测量与应用展开了研究,并为了提高非接触式电压测量的精度提出了一种能够实现自校准的非接触式交流电压测量方法。文章主要研究内容如下:1、对现有非接触式交流电压测量方法进行了综述,总结了常见非接触式电压测量方法的优缺点,如杂散电容分压测量、光电转换原理测量与利用逆压电效应进行测量等多种方法,并对影响非接触式测量精度的因素展开探讨。通过综合分析能够发现,由于分压电容易受环境因素影响导致容值发生变化,因此待测线路与传感器之间形成的分压模型比差不稳定,易导致测量精度受到影响。基于此文章提出了非接触式交流电压测量自校准方法,利用自校准原理消除分压比不稳定造成的测量误差,以期提高测量精度。2、根据输电线路的传输线模型以及空间耦合电容分压原理将输电线路交流电压测量模型等效为三电容耦合分压模型。分析了一、二次电容与传感器分压比之间存在的关系,并用理论依据支撑解释了基于空间电容分压原理的非接触式测量方法测量精度为何受到环境杂散参数的影响。为了降低杂散参数对测量造成的干扰,基于系统辨识理论提出了自校准测量原理,对非接触式交流电压的自校准机制进行了理论推导,并形成了系统的测量方法,论证了通过自校准机制提高交流电压非接触式测量精度的可行性。3、在理论支撑下,实现了整套非接触式交流电压的自校准测量系统,建立了由耦合电容探头、运算放大调理电路、数据采集装置三个主要模块构成的整体测量系统。对测量探头的结构进行了设计,利用有限元仿真软件确定了具体探头尺寸并使用3D打印技术制作探头原型。设计了后端调理电路,利用运算放大电路实现系统功能,并通过仿真验证电路正确性,制作了PCB电路板。此外定制了本系统专用的数据采集卡,最终建立了整体测量系统。4、为了验证文章提出方法的可行性与实用性,搭建了非接触交流电压测量实验平台,实现了对电压波形的采集与重现,试验结果表明,本文所提出的方法能够实现对待测电压波形的还原,存在无法避免的一定噪声干扰与相位延迟,整体相对误差小于2%,相位误差小于4°,对本方法进行了总结并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：非接触式电压测量电网线路监测电容分压自校准原理交流电压测量系统

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基于电场传感器阵列的输电线路电压非接触式测量方法

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高电压技术 2024年第1期50卷 292-301页

作者：冯迪刘灏李嘉贤毕天姝华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 国网冀北电力有限公司电力科学研究院北京100054

电压作为表征线路运行状态的重要参量,实现其灵活准确的测量对保证电力系统稳定运行至关重要。传统的接触式电压测量方法,因电压互感器体积较大、会产生电磁谐振和高频振荡、额外测量需断电安装等问题,对于海量化测量并不便利。相比较而... 详细信息

电压作为表征线路运行状态的重要参量,实现其灵活准确的测量对保证电力系统稳定运行至关重要。传统的接触式电压测量方法,因电压互感器体积较大、会产生电磁谐振和高频振荡、额外测量需断电安装等问题,对于海量化测量并不便利。相比较而言,非接触式测量不接触导线,更加安全和便捷,将成为未来电压测量的发展方向。文中提出了基于电场传感器阵列的输电线路电压非接触式测量方法,该方法为了解决导线位置信息未知的问题,设计了与导线方向垂直排列的电场传感器阵列;求解了含导线未知信息量的方程组;构建了比例系数矩阵,反推出导线电压瞬时值;分析了电场传感器对测量的影响;最后,进行了10 kV电压等级电压瞬时值仿真验证,结果显示最大测量误差为2.219%。

关键词：非接触式电压测量电压瞬时值模拟电荷法电场传感器阵列比例系数矩阵

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