【摘 要】
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在电气系统中,配电网电流测量领域已提出较为成熟的方案,测量过程安全便捷,实用化研究程度高。但在配电网电压测量领域,尤其是低压配网220/380 V电压等级下,接触式测量装置存在诸如测量探针须破坏待测线路绝缘层直接与金属部分接触等限制。针对上述问题,本文结合国内外研究现状,研发了一种新型配电网非接触式电压测量装置,允许在没有任何电接触情况下实时测量线路电压,实现弱耦合感知测量装置研发。本文提出一种基
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在电气系统中,配电网电流测量领域已提出较为成熟的方案,测量过程安全便捷,实用化研究程度高。但在配电网电压测量领域,尤其是低压配网220/380 V电压等级下,接触式测量装置存在诸如测量探针须破坏待测线路绝缘层直接与金属部分接触等限制。针对上述问题,本文结合国内外研究现状,研发了一种新型配电网非接触式电压测量装置,允许在没有任何电接触情况下实时测量线路电压,实现弱耦合感知测量装置研发。本文提出一种基于线路近场耦合原理的非接触电压采集装置的整体架构设计和实现细节并进行深入的实验表征。该装置由一种新型的电容式探头、一个模拟测量前端和一个基于微控制器的数字信号处理模块组成。结合各模块实现新型非接触电压测量装置拓扑设计,选取适合元器件与参数后完成硬件开发,搭建样机进行实物测试。该装置针对外界杂散电场干扰提出一种U型双柔性极板探头,经线性拟合度分析验证其较之平行极板的测量精度优势与环形极板的空间优势;针对线路与探头间耦合电容未知问题,建立模块电路在Ltspice的数学模型,经验证仿真与硬件实现一致;针对芯片间寄生电容干扰问题设计校准环节,并通过控制信号激励是否接入测量电路列出传递函数,联立求解耦合电容具体数值与待测电压。同时通过分析当前测量触头与外壳主要高聚物材料介电常数,为产品应用研究提供数据支持;针对滤波算法优化环节,经FFT对比选取FIR遗传算法解决低输入噪声与低频失真实现信号低通处理。该装置测试环节选取不同待测线路,测量50 Hz固频0～500 V交流电压,将经由感应探头与信号处理模块MCU数字滤波处理与计算后的输出电压进行重构并与实际待测电压波形对比,结果表明该装置可以有效滤除高频噪声,准确计算出线路与探头间耦合电容具体数值,并在100～500 V瞬时误差精度小于3%,100 V以下也可保证较高测试线性度与5%以内测量精度。证明本文所研究的电压非接触测量方法的可行性。
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