本(ben)發(fa)明涉及電(dian)力系統互感(gan)器裝(zhuang)置(zhi)領域(yu)，更(geng)具體涉及一種分(fen)析(xi)雜散電(dian)容(rong)對電(dian)容(rong)式(shi)電(dian)壓互感(gan)器準確度影(ying)響的方法。

背景技術：
：

電(dian)(dian)容式電(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)感器(CVT)由于(yu)具有絕(jue)緣強度(du)高、能夠降低雷電(dian)(dian)沖(chong)擊波(bo)頭陡度(du)、不會與系統(tong)(tong)發(fa)生鐵磁諧振、造價低且(qie)能兼作耦合(he)電(dian)(dian)容器用于(yu)電(dian)(dian)力線載波(bo)通信等優(you)點，在電(dian)(dian)力系統(tong)(tong)領(ling)域內應用廣(guang)泛，電(dian)(dian)壓(ya)(ya)范(fan)圍已(yi)覆蓋35kV～1000kV，在110kV及以上高電(dian)(dian)壓(ya)(ya)等級市場(chang)占(zhan)有率(lv)達到90％以上。隨著電(dian)(dian)力市場(chang)交易的(de)發(fa)展，對電(dian)(dian)能的(de)計量(liang)要求越來越高，研制高精度(du)的(de)電(dian)(dian)容式電(dian)(dian)壓(ya)(ya)互(hu)感器已(yi)成(cheng)必然。

影響(xiang)CVT準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)的(de)因素有(you)(you)很多，包括電(dian)(dian)磁(ci)單元誤差、電(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)分壓器誤差以(yi)及頻(pin)率、溫度(du)(du)、鄰(lin)近(jin)(jin)效(xiao)應(ying)引(yin)起(qi)(qi)的(de)附加誤差。其中，鄰(lin)近(jin)(jin)效(xiao)應(ying)帶來(lai)(lai)的(de)附加誤差是由于周圍接地(di)體(ti)(ti)或帶電(dian)(dian)體(ti)(ti)與CVT之間存(cun)在雜(za)(za)散(san)電(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)，導致電(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)分壓器的(de)實(shi)際分壓比與理想分壓比偏離，從而使準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)降低。且隨著電(dian)(dian)壓等級的(de)增高(gao)，雜(za)(za)散(san)電(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)引(yin)起(qi)(qi)的(de)附加誤差增大，有(you)(you)文獻指出，1000kV CVT實(shi)際運行時(shi)，鄰(lin)近(jin)(jin)效(xiao)應(ying)帶來(lai)(lai)的(de)附加誤差達0.3％左右，對CVT準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)的(de)影響(xiang)不容(rong)(rong)(rong)忽(hu)略(lve)。因此分析雜(za)(za)散(san)電(dian)(dian)容(rong)(rong)(rong)對CVT準(zhun)(zhun)確(que)度(du)(du)的(de)影響(xiang)對研制高(gao)精度(du)(du)CVT有(you)(you)重要意義(yi)。

然而，目(mu)前國內(nei)外對(dui)(dui)雜散電(dian)容(rong)引起的附(fu)加誤(wu)差(cha)僅有一些試驗方(fang)(fang)法或近似(si)的理論計算(suan)，尚未有系統的方(fang)(fang)法進行(xing)研(yan)究。本發(fa)明提供了一種分析雜散電(dian)容(rong)對(dui)(dui)CVT準確度(du)影響(xiang)的方(fang)(fang)法。采用場路結合的計算(suan)方(fang)(fang)法，先提取CVT的雜散電(dian)容(rong)，再建立CVT的等效電(dian)路模型(xing)，計算(suan)實際分壓比，得(de)出鄰近效應對(dui)(dui)CVT 產生的附(fu)加誤(wu)差(cha)。

技術實現要素：
：

本發明的(de)目(mu)的(de)是(shi)提(ti)供一種分析(xi)雜散電容(rong)對電容(rong)式(shi)電壓互(hu)感器準確度(du)影(ying)響(xiang)(xiang)的(de)方法，定量(liang)地研究(jiu)雜散電容(rong)對鄰近效應的(de)影(ying)響(xiang)(xiang)，進而為CVT電氣(qi)參數的(de)設計提(ti)供指導(dao)，輔助更(geng)高精(jing)度(du)、更(geng)高電壓等級CVT的(de)研究(jiu)設計。

為實現上述目的，本發(fa)明采用以(yi)下技(ji)術(shu)方案：一種分析雜散(san)電容對電容式(shi)電壓互感(gan)器準(zhun)確度影響(xiang)的方法，包括：

構造電容網絡矩陣；

建立帶有雜散電容的(de)電容式電壓互感器有限元仿真模(mo)型；

根據所(suo)述雜散(san)電(dian)容(rong)(rong)有限(xian)元仿真模型和(he)所(suo)述電(dian)容(rong)(rong)網絡矩(ju)陣(zhen)對雜散(san)電(dian)容(rong)(rong)參數進行提取(qu)；

根據所述(shu)電(dian)容網絡(luo)(luo)矩陣和(he)所述(shu)雜散電(dian)容參數(shu)列(lie)寫電(dian)容網絡(luo)(luo)矩陣；

根(gen)據所述列寫的電(dian)(dian)容(rong)網絡矩陣確定雜(za)散(san)電(dian)(dian)容(rong)鄰近效應后(hou)電(dian)(dian)容(rong)式電(dian)(dian)壓(ya)互感器(qi)中電(dian)(dian)容(rong)分(fen)壓(ya)器(qi)的實際變比(bi)；

根據(ju)所述(shu)實際(ji)變比確定雜(za)散電(dian)容(rong)對電(dian)容(rong)式電(dian)壓互感器(qi)產生的附(fu)加誤差。

根據使用瑞利里(li)茲法構造對于完全由電(dian)容(rong)器(qi)構成的(de)電(dian)網(wang)絡的(de)電(dian)容(rong)網(wang)絡方程(cheng)；所(suo)述(shu)電(dian)容(rong)網(wang)絡系統(tong)的(de)總勢能為所(suo)有電(dian)容(rong)器(qi)的(de)介質儲能和(he)工作勢能之和(he)。

所述總勢能(neng)通過下式確定(ding)：

其中，電容器的電介質儲能為工作勢能為假設電容網絡系統中總共有n+1個導體數，令大地為第0號導體，為導體i、j的電位，則為它們的電位差，c_ij為導體i、j之間的雜散電容，q_i 為(wei)導體i的電荷(he)量；其中：

將(jiang)總勢能寫成矩陣形式(shi)：

因而有：

所述總(zong)勢能Π關(guan)于i＝0,1,2,...,n，的極值問題，存在n+1個(ge)約束方程，如下(xia)式(shi)所述：

得到下式：

或

當(dang)消去矩陣K中的(de)0行和0列，得到如下表達(da)式，K又叫(jiao)做部分電(dian)容矩陣；

對于(yu)矩陣K中的(de)每一(yi)個元素(su)，可表示為：

在(zai)ANSYS靜電(dian)(dian)(dian)場環(huan)境(jing)下建立電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)互感器的(de)模(mo)型(xing)，包括CVT本體和鄰近帶(dai)電(dian)(dian)(dian)設備；確定仿真(zhen)模(mo)型(xing)中(zhong)的(de)導(dao)(dao)體總數(shu)，并依次(ci)編號；其中(zhong)，所述(shu)(shu)電(dian)(dian)(dian)容(rong)分壓(ya)器是由多節電(dian)(dian)(dian)容(rong)單元(yuan)通過法蘭順(shun)序連(lian)接(jie)而(er)成的(de)，將(jiang)法蘭和與(yu)其等(deng)電(dian)(dian)(dian)位(wei) 的(de)均壓(ya)環(huan)作(zuo)(zuo)為一(yi)組(zu)導(dao)(dao)體編號；接(jie)地(di)導(dao)(dao)體和大地(di)共同為導(dao)(dao)體0；所述(shu)(shu)仿真(zhen)模(mo)型(xing)與(yu)電(dian)(dian)(dian)容(rong)式(shi)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)互感器實(shi)際工(gong)作(zuo)(zuo)環(huan)境(jing)相一(yi)致從而(er)得到精(jing)確的(de)雜散(san)電(dian)(dian)(dian)容(rong)分布。

所述雜散電容(rong)的提取過程為：

在ANSYS下對空間介質進行網格剖分，給導體j賦電位1V，其余導體賦電位0，求解整個空間的電場與電荷分布，根據式可知，導體i的電荷量q_i即等于值K_ij；通過依(yi)次(ci)給(gei)導(dao)體賦電(dian)(dian)位求解，得(de)到整個矩(ju)(ju)(ju)陣(zhen)(zhen)(zhen)K；由式(shi)可知，若矩(ju)(ju)(ju)陣(zhen)(zhen)(zhen)K已知，反推(tui)可得(de)到各導(dao)體間的雜(za)散電(dian)(dian)容矩(ju)(ju)(ju)陣(zhen)(zhen)(zhen)C，矩(ju)(ju)(ju)陣(zhen)(zhen)(zhen)元素表達式(shi)如下(xia)：

所(suo)述電容(rong)網絡矩陣的列寫過(guo)程包括：

令完整的電容矩陣為C₀，為n×n矩陣；

根據式和C₀，求得考慮分壓器電容后的K₀，帶入根(gen)據(ju)在電(dian)容(rong)網(wang)絡(luo)中，若源已知(zhi)，各(ge)導體的(de)電(dian)位(wei)則由相互間(jian)(jian)的(de)電(dian)容(rong)決定的(de)表達式則可知(zhi)CVT電(dian)容(rong)網(wang)絡(luo)中各(ge)導體間(jian)(jian)電(dian)位(wei)的(de)關系(xi)式：

令電容網絡中，第i號導體為被測電源或激勵源，電位值給定，為U₁；即有如下邊界條(tiao)件：

其余導(dao)體沒(mei)有(you)施(shi)加(jia)激(ji)勵源(yuan)，靜(jing)電荷量為0：

q_j＝0(j≠i)

將所述邊界條件(jian)的兩個式子帶入(ru)CVT電容網(wang)絡中各導(dao)體間電位的關(guan)系(xi)式，可得：

所述實際變比的求取過程為：設導體n為電容分壓器輸出端子，其電位即為U_n，利用(yong)高斯消去(qu)法消去(qu)被測電源導(dao)(dao)體i、輸出(chu)端子導(dao)(dao)體n外所有的節點，則得到為考(kao)慮(lv)雜散電容鄰近(jin)效應后CVT電容分壓器的實際變比M’：

U_n＝M′U₁。

所(suo)述(shu)附加誤差為所(suo)述(shu)實(shi)際變比(bi)M’與理想變比(bi)M的偏差。

所(suo)述理(li)想變比M僅(jin)由理(li)想情況下電(dian)容分壓器的電(dian)容決定。

和最接近的現(xian)有(you)技術比，本發(fa)明提供技術方案具有(you)以下優異效果

1、本(ben)發明技(ji)術方(fang)案實現了雜散電(dian)容對(dui)CVT精度影(ying)響的(de)定量分(fen)析(xi)，采用場(chang)路結合的(de)方(fang)式(shi)，有限元場(chang)分(fen)析(xi)可以準確地提取出(chu)CVT空間雜散電(dian)容分(fen)布(bu)，再通(tong)過電(dian)路分(fen)析(xi)直接求得實際分(fen)壓比；

2、本發明(ming)技術(shu)方案原理清(qing)晰、步驟簡潔、可操作性強；

3、本(ben)發明技術方案通過考察分(fen)壓器電(dian)(dian)容取不同值下附加誤差(cha)的變化情況(kuang)，為(wei)CVT電(dian)(dian)氣參數的設計(ji)提供指(zhi)導；

4、本發明技術方(fang)案通(tong)過(guo)對實(shi)際工況進(jin)行模(mo)擬(ni)仿真，可以在CVT的設計階段即(ji)對雜散電(dian)容可能(neng)帶來的附加(jia)誤差進(jin)行分析，從而改進(jin)CVT的電(dian)氣、 結構設計，促進(jin)更(geng)高精度等級CVT的研發。

附圖說明

圖1為本(ben)發明實施例(li)理(li)想情況下CVT電容分壓器的電路原理(li)圖；

圖(tu)2為本發(fa)明實施(shi)例仿(fang)真模型中導體(ti)編號示意圖(tu)；

圖3為本發明實施例方法流(liu)程圖。

具體實施方式

下面結(jie)合(he)實施例對(dui)發明作進(jin)一步的詳細說明。

實施例1：

本(ben)例的(de)發明一種分析雜散電容(rong)(rong)對(dui)電容(rong)(rong)式電壓(ya)互感器準確度(du)影響的(de)方法，包括(kuo)如(ru)圖3所示：

根據CVT結構可(ke)知雜散電(dian)(dian)容(rong)主要作(zuo)用在電(dian)(dian)容(rong)分(fen)壓(ya)器上，雜散電(dian)(dian)容(rong)影(ying)響電(dian)(dian)容(rong)分(fen)壓(ya)器的變比從而影(ying)響CVT的精度。因此(ci)，以CVT的電(dian)(dian)容(rong)分(fen)壓(ya)器為對象進行分(fen)析(xi)。

理想情況下電容分壓(ya)器(qi)的分壓(ya)比(bi)僅由分壓(ya)器(qi)的電容決定，如圖(tu)1所示，分壓(ya)比(bi)為(wei):

1.構造電容網絡矩(ju)陣(zhen)。

對于完全由電容器構成的電網絡(luo)，使用瑞利(li)里茲(zi)方(fang)法構造電容網絡(luo)方(fang)程。根據(ju)泛函理論(lun)，該電容網絡(luo)系(xi)統中總的勢(shi)能Π可(ke)定義為所有電容器的介質儲能、工作勢(shi)能之和。

Π＝Π_D+Π_W (2)

對于電(dian)容(rong)網絡，總勢能為：

其中，電容器的電介質儲能為工作勢能為這里，假設電容網絡系統總共有n+1個導體數，令大地為第0號導體，為導體i、j的電位，則為它們的電位差，c_ij為導體i、j之間的雜散電容，q_i為(wei)導體i的電荷量。對(dui)于式(3)中的求(qiu)和(he)項，可(ke)以用矩(ju)陣形(xing)式來表示為(wei)：

將上式(shi)寫成矩陣形式(shi)：

因而有：

考慮總勢能(neng)Π關于的極值問題，存在n+1個約(yue)束方程，如(ru)式(7)所(suo)示：

得到方程：

或

考慮到可以消去矩(ju)陣(zhen)K中的0行和0列，得到如下表達式(shi)，K又叫做部(bu)分(fen)電容矩(ju)陣(zhen)。

對于矩陣(zhen)K中的每(mei)一個(ge)元素，可表(biao)示為：

2.雜散電(dian)容有限(xian)元仿真模型的建立。

采(cai)用場(chang)分析(xi)方法提(ti)取(qu)雜(za)(za)散(san)電(dian)容(rong)參(can)數(shu)，CVT的(de)空(kong)間雜(za)(za)散(san)電(dian)容(rong)只與電(dian)容(rong)分壓器(qi)的(de)相對位置、極板(ban)形式及空(kong)間介質有關(guan)，與CVT的(de)運行(xing)狀態(tai)無關(guan)。只要電(dian)容(rong)分壓器(qi)在(zai)運行(xing)現(xian)場(chang)位置固定，其雜(za)(za)散(san)電(dian)容(rong)就可(ke)以確(que)定。在(zai)ANSYS靜電(dian)場(chang)環境(jing)下建立CVT的(de)模型(xing)，既(ji)包括CVT自身(shen)，還包括鄰近帶(dai)電(dian)設備(bei)，為了得到精確(que)的(de)雜(za)(za)散(san)電(dian)容(rong)分布(bu)，仿真模型(xing)應盡量與CVT實際工作環境(jing)相一(yi)致。

確定仿(fang)真(zhen)模型(xing)中的導(dao)體(ti)總(zong)數，并依(yi)次(ci)編號。電(dian)容分(fen)壓器(qi)是由多節電(dian)容單元通(tong)(tong)過(guo)法蘭(lan)(lan)順序連接而成的，通(tong)(tong)常將(jiang)法蘭(lan)(lan)和與其等電(dian)位的均壓環作為一組導(dao)體(ti)編號，接地(di)導(dao)體(ti)和大地(di)共(gong)同為導(dao)體(ti)0，圖2給出(chu)了示例。

3.雜散電容參(can)數的(de)提(ti)取(qu)。

在ANSYS下對空間介質進行網格剖分，然后給導體j賦電位1V，其余導體賦電位0，求解整個空間的電場與電荷分布，根據式(10)可知，導體i的電荷量q_i即等于值K_ij。通過依(yi)次給導體賦電位(wei)求解的方法，可以得到整個矩(ju)(ju)陣K。由式(6)可知，若矩(ju)(ju)陣K已(yi)知，反推可得到各導體間的雜散電容矩(ju)(ju)陣C，矩(ju)(ju)陣元(yuan)素表達式如下：

4.電容網絡矩陣的(de)列寫。

在電容網絡中，若源已知，各導體的(de)電位則由相互(hu)間的(de)電容決定，這(zhe)一(yi)關(guan)系可以用下式(shi)表達。

CVT電容分壓器整體的電容網絡不僅包括雜散電容，更主要的是分壓器本身的電容單元。因此，需在上節有限元分析求得的雜散電容網絡中加入分壓器電容單元，才可以構成完整的CVT電容網絡矩陣。通常分壓器電容與雜散電容為并聯關系，只需在對應節點的雜散電容上加上分壓器電容即可。令完整的電容矩陣為C₀，為n×n矩陣。

利用式(6)和C₀，可以求得考慮分壓器電容后的K₀，帶入式(12)，則(ze)可知(zhi)CVT電容網絡中各導(dao)體間電位(wei)的關系。

令電(dian)容網絡中，第i號(hao)導體為被測電(dian)源或激勵源，電(dian)位值給定(ding)，即有如下邊(bian)界條件：

其余導體沒有(you)施加激勵源(yuan)，靜(jing)電荷量為0：

q_j＝0(j≠i) (15)

將式(14)、(15)帶入式(13)，可得：

5.實際分壓(ya)比(bi)的求(qiu)取。

上式中，設導體n為電容分壓器輸出端子，其電位即為U_n，利(li)用高斯消(xiao)去法消(xiao)去導體(ti)i(被測電源(yuan))、導體(ti)n(輸出端子)外所有的節點，則可以 得(de)到：

U_n＝M′U₁ (17)

M’為矩陣K_ij組(zu)成的(de)表達式，為考慮雜散電(dian)容鄰(lin)近效應后CVT電(dian)容分壓器的(de)實際變比(bi)。該值與理(li)想變比(bi)M的(de)偏(pian)差(cha)即為雜散電(dian)容引(yin)起的(de)附加誤差(cha)。

最(zui)后應當說(shuo)明的(de)(de)是：以上實(shi)施例僅用(yong)以說(shuo)明本發(fa)明的(de)(de)技(ji)(ji)術方(fang)案而非(fei)對其限制(zhi)，所屬領域的(de)(de)普通技(ji)(ji)術人員盡管參照上述實(shi)施例應當理解：依然(ran)可以對本發(fa)明的(de)(de)具體實(shi)施方(fang)式進(jin)行修改(gai)或者等(deng)同替(ti)換，這些(xie)未脫(tuo)離本發(fa)明精(jing)神和范圍的(de)(de)任何修改(gai)或者等(deng)同替(ti)換，均在申(shen)請待批的(de)(de)本發(fa)明的(de)(de)權利要求(qiu)保護范圍之內。