电子式电压互感器的方案设计与计算机仿真本科毕业论文.doc

本科毕业设计（论文）电子式电压互感器的方案设计与计算机仿真学 院 专 业 电气工程及其自动化年级班别 姓 名 指导教师 年 月 日 摘 要随着中国社会主义经济的飞速发展，电力技术也必须不断发展，使得它能适应中国农工商业的用电需求。电力系统输电容量的不断扩大，远距离输电迅速增加，电网等级的不断提高。为了使变电站自动化的技术进一步改善，互感器不断的改良更新，使二次系统起到更精确的测量和监控作用。常规电磁感应式电压互感器有着很多不可克服的缺点，使新型电子式电压互感器成为当今世界的一个热门研究方向，电子式电压互感器结合了光纤通信和集成电路的一些特点，具有体积小，重量轻，频带宽，数字输出，便于与计算机连接，性价比高，而且采用非磁性材料作为传感器，无饱和，无谐振，克服了传统互感器先天不足的缺陷。本文通过对几种电压互感器的结构分析，比较其各自的优缺点，最终选择了阻容式电压互感器作为本文的研究对象。通过初步电路设计，原理分析，参数计算，确定阻容式分压式传感器的结构组成，通过仿真和实验，证明出其测量准确度高，暂态相应特性好，线性无饱和等一系列优点。然后通过有源光学电压传感器设计，使其满足电力系统测控和继电保护对电压信号的取样要求。最后通过对传感头和信号处理器的屏蔽，系统悬浮接地，在电路板上的电源与地线间加去耦电容等方法，使其电磁兼容措施得到完善，让系统的可靠性得到进一步的保证和提高。关键词：阻容式分压器；信号处理；电磁兼容性。AbstractWith socialism in China's rapid economic development, power technology must continue to develop, make it to the Chinese agricultural trade demand. Power transmission system capacity continues to expand, a rapid increase in long-distance power transmission, power grids levels rising. For substation automation technology to further improve the transformer constantly improved update so that the second system has played a more precise measurement and monitoring role Conventional electromagnetic induction voltage transformer have many Overcome shortcomings, new-concept voltage transformer is a popular research direction of the world today. The electron type voltage transformer combined the some features of the optical fiber correspondence and integrated circuit, have the small volume, the light weight, the wide band of frequency, numeral output, linking with the computer easily, the good quality in low cost, and adopt the non- magnetic material as sensor, have no saturation, have no resonance, overcame the traditional transformer inborn shortage.Based on several voltage transformer structure analysis and comparison of their respective merits, finally chose the RCVT transformer, as this study. The initial circuit design, principle analysis, parameter calculation, to determine R-pressure sensor structure and Through simulation and experiment, has demonstrated this kind of AOVT has advantages of high accuracy, better transient response characteristics, well linearity and no saturation etc. Then through an ideal project in the design of AOVT, make it responsive to the power system protection and control of the voltage signal sampling requirements. Finally, the sensor and signal processor shielding, grounding suspension system, circuit filter into the methods, EMC measures to enable it to be perfect, so that the reliability of the system is further assured and improved. Keywords: resistor-capacitor type voltage divider; signal processing; electromagnetism compatibility.目 录1 绪 论11.1 题目背景及目的11.2 国内外研究状况21.3 论文构成及研究内容32 互感器结构及参数计算52.1 电容式电压互感器工作原理52.2 电阻式电压互感器工作原理62.3 阻容分压型互感器工作原理及参数计算73 阻容分压型互感器计算机的仿真103.1 前言103.2 阻容分压器暂态响应特性仿真103.3 不同元件对阻容分压器输出的误差影响123.4 阻容分压器的阶跃响应仿真133.5 频率对阻容分压器的影响154 实验部分174.1 试验目的174.2 试验样品介绍174.3 阻容分压互感器的元件184.4 试验仪器194.5 安全要求2046 实验建模和实验天气条件214.7 波形观察试验224.8 变比测试试验235 电子式电压互感器的信号处理系统275.1 引言275.2 滤波电路275.3 积分电路285.4 模数转换环节的设计306 电磁兼容设计326.1 电磁兼容的分类326.2 我国的电磁兼容技术标准体系326.3 部分电磁兼容技术介绍326.4 电磁兼容初步设计337 总结35参 考 文 献37致 谢391 绪 论1.1 题目背景及目的随着生产的发展，对电力的需求量越来越大、电压等级越来越高，使得传统电压互感器（PT）的体积越来越大、造价越来越高，同时也给PT的防爆和电力系统的安全带来很大的困难。在高压输电系统中，绝缘和抗电磁干扰是两个重要课题，多年来人们一直在寻求可以替代传统电压互感器的电压测量设备。随着计算机的广泛应用，通信技术，传感技术的飞跃发展，电力系统控制保护技术也发生了重大的变化，传统的电磁式继电保护正转变为微机处理机分级监控保护，在电网中心系统管理下，实现分级管理，组成智能化远动终端，电压传感器在电力系统控制保护和监控中起枢纽作用，因此现代电网的发展对电压互感器不仅提出了绝缘密封温度热稳定安全可靠，有良好的限制谐震过电压设计，还要求它具有高、低压完全隔离，抗电磁干扰性能好，频带宽及无铁磁饱和等优点1。目前我国高压及超高压电力网广泛采用电磁式电压互感器PT和电容式电压互感器CVT 作为电压测量元件。电磁式电压互感器可以说是最初的互感器，其工作原理和变压器相同，电压互感器一次绕组并联在高压电电网上，二次绕组外部并接测量仪表和继电保护装置等负荷，仪表和机电器的阻抗都很大，二次负荷电流小，且负荷一般都比较恒定。PT的容量很小，接近于变压器空载运行情况，运行中电压互感器一次电压不受二次负荷的影响，二次电压在正常使用条件下实质上与一次电压成正比。但由于其适应高电压等级和耐雷电水平差和串联谐振问题，逐渐被电容式电压互感器CVT所取代。利用电容分压器作为传感头的互感器，主要由电容分压器、中间变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成。电容分压器具有电磁电压互感器的所有功能，同时可以兼作载波通信的耦合电容器之用；其耐雷冲击性能也比一般的PT要优越；同时CVT不存在电磁式电压互感器与断口电容的串联铁磁谐振问题。但以电容分压作为工作原理的传感头不能解决暂态过程中瞬变响应差的问题，此外，有源型光电传感器在高压端传感头部分采用电子线路实现对模拟信号的处理及模数和光电转换，而这部分电子线路的供能必须依靠外界电源实现，所以工作电源稳定可靠的获取直接关系到该类传感器的实用性。本课题研究的阻容分压型电压互感器（RCVT），是在分析上述各类互感器的优势和缺陷的基础上，提出的一种新型电压互感器，这类互感器属于新型电子式电压互感器的一种，适用于高压电网的电压测量，不但在测量精度上要满足GB1207-1997和GB/T4703-2001的规定，还要考虑到与二次设备接口电压。保证该种新型互感器的终端输出电压能够符合IEC已公布的电子电压变换器标准IEC 600447/8所规定了输出的模拟量、数字量的性能参数。1.2 国内外研究状况在现代电力系统中，随着变电站对互感器精度要求的不断提高，依靠微机进行系统参量智能检测是必然的结果，从而产生了电子式电压互感器。 20世纪80年代，发达国家的电气公司就已投入大量人力和物力从事电子式电压互感器的研发，加拿大NxtPHASE公司设计的光电式电压互感器基于Pockels效应。其导体上的电压产生电场，并从光发射二极管中发射出光信号，且通过光纤。由传感器产生的数据经结合可进行高精度电压测试。国际著名公司ABB公司作为国际上提供标准化光学电流和电压传感设备的领先者之一，其中光电式电压互感器使用光学传感器，电压范围72.5kV至550kV，使用了中空管成分绝缘体和SF6气体绝缘体，使体积小，并便于安装。美国、日本、法国和前苏联等国先后研制出实用性的电子式互感器样机，并挂网运行取得成功。九十年代以后，光学电力互感器的研究进入实用化阶段，美国、法国和日本等技术发达国家陆续公布了他们研制的各种光学电力互感器运行及鉴定数据。如ABB跨国公司、法国ALSTOM公司、日本东电、东芝、住友等公司，研制出123765kV的OPT系列产品，并有一批产品在许多国家的电力系统中投入使用。而我国对电子式电压互感器的研究起步较慢，于20世纪80年代，其中机电部26所，清华大学，华中理工大学，上海科技大学等对其做了较多的工作，取得了不少宝贵经验。2001年华中科技大学开发了一种光学电压互感器。其对传感头的设计提出了模块化结构的设计思想，光路系统采用双光路互补的结构，信号处理采用DSP技术。此后对新方案的性能进行了测试，实验结果表明：新型光学电压互感器具有良好的性能，双光路结构具有很好的温度补偿特性，稳定性很好，线性度在±0.2%以内，比差在±0.2%以内，通过了一系列绝缘耐压试验。大约在二十世纪末，我国光学电压互感器开始取得了较大的发展。光纤通信、光电信息存储、激光技术、光纤传感等新型的研究成果已渗入到国民经济发展和人民日常生活的各个领域。作为国家能源工业支柱的电力系统，在近十年的发展历程中，同样受到了光电技术发展的强烈冲击，一大批基于光电技术的成熟产品在系统中得到运用，并以其优异的性能和全新的模式迅速改变着传统电力工业的面貌。如电力光纤通信网的普及使原来分布的、孤立的各发、变、配、送、用电系统融合为一个整体；光纤传感技术与故障诊断技术的结合为电力主设备的安全可靠运行提供了强有力的保障；全新的光电互感器的研究及其二次设备的研制使得“数字化电力系统”的前景更加光明。可以说，光电技术的运用及其与IT技术的结合，正使传统的电力系统面临一场重大的技术变革。经过20多年的研究，光学电压互感器原理和种类已趋于成熟，从目前已研制出的光学电压互感器来看，基本原理都相同，信号处理部分也基本一样，不同之处主要在于一次部分的结构及光学电压传感器的结构。光纤电压互感器要实现实用化、产业化尚需解决以下几个问题：(1)长期运行的可靠性与稳定性；(2)具有足够的测量精度的研究。如使用纯净且经过多次提拉的BGO晶体；(3)采取光学和电学多种有效补偿措施，消除光功率波动、温度变化等对测量结果的影响。如光电转换中的响应电流十分微弱，信号处理电路应该严格限制温漂的影响和外界电磁场的干扰。最近几年光电互感器的研究和产品化受到广泛的关注，目前国内对光电互感器的研究大多局限于实验室和试运行阶段，还没有完全实现产品化的相关报道，此外研究主要集中在互感器本身的特性和计量应用等方面，而对于如何将光电互感器运用于变电站自动化系统及其设备，如何与二次设备接口等问题研究的很少。本文对变电站引入光电互感器后，如何与继电保护装置连接、如何建立一个带光纤数字接口的继电保护装置的问题进行了研究。重点对其中的关键技术：数字化以太网接口系统的模式和编程等方面展开分析和研究2。由以上的内容可见，我国电子式电压互感器虽然取得了很大的进步，但大部分研究仍然处于理论研究中，实际投入使用并不多，但我相信，以这样的发展速度，在未来不久，我国将这些理论广泛投入实用中，到时，我国互感器的水平将会进入另外一个飞跃阶段.1.3 论文构成及研究内容 本课题为电子式电压互感器的方案设计与计算机仿真，按照题目要求，在学习掌握电子式电压互感器的基本原理和实现技术后，在对各种电压传感器的性能比较分析的基础上，设计一种基于阻容分压原理的电子式电压互感器。内容包括结构设计、参数计算、计算机仿真、误差分析、信号处理电路设计和电磁兼容方案设计。设计方案应满足电力系统测控保护的要求，符合电子式电压互感器规程IEC60044-7要求和实际使用的需要。由于时间允许，最后制造出实物进行传感头的静模/动模，电阻、电容材料温度特性分析、不同电压时分压比曲线等实验，并把实验结论写在本论文上2 互感器结构及参数计算电力系统用互感器是将电网高电压、大电流的信息传递到低电压、小电流二次侧的计量、测量仪表及继电保护、自动装置的一种特殊变压器，是一次系统和二次系统的联络元件，其一次绕组接入电网，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器与测量仪表和计量装置配合，可以测量一次系统的电压、电流和电能；与继电保护和自动装置配合，可以构成对电网各种故障的电气保护和自动控制。互感器性能的好坏。直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电保护动作的可靠性3。电力系统二次系统常用到的电压互感器，现在主要有电磁式电压互感器，电容式电压互感器，电阻式电压互感器。随着电力科技的不断发展，由以上电压互感器衍生出来的新型电压互感器如，电子式电压互感器，阻容分压型互感器，光电式电压互感器等，都不断投入试验和实用中。2.1 电容式电压互感器工作原理普通的电磁式电压互感器，由于在电力系统中广泛应用，技术已经完全成熟，这里不作介绍。电容式电压互感器主要由电容分压器、中压变压器、补偿电抗器、阻尼器等部分组成，整个电容式电压互感器就由电容分压单元和电磁单元组成，通过电容分压单元获得系统电压的分压，通过电磁单元实现一次与二次的隔离和电压变换，即由系统一次电压Up分压为中压Um，再由Um变换为二次电压Ub。电容分压器C1、C2，用于分压，降压，以取得合理的中间电压，其分压电压为： 电容式电压互感器调整误差方便、灵活，借助于补偿电抗器线圈和中压变压器一次绕组上的若干调节抽头来实现。调节抽头越多，误差调节越精确。其绝缘可靠性高：耦合电容器耐雷电冲击能力强。产品较大的电容量可降低雷电波陡度，可靠地保护电气设备。且电容与系统连接不像电磁式电压互感器那样可能与断路器断口电容产生铁磁谐振，可确保系统安全可靠运行。而且整个互感器为全密封结构，运行不需要定期检修，维护工作量少，绝缘检测也比较容易，产品价格也比较低。电容式电压互感器的主要构成是电容器件和电感器件，而且电感器件为铁磁非线性电感器件。从而在系统电压作用下，可能产生铁磁性串联谐振。由于电容式电压互感器本身回路电阻很少，不可能抑制分次谐波谐振，所以必须投入外接阻尼装置。阻尼装置可以使电阻型，谐振型，速饱和型等，合理设计阻尼器参数，可有效抑制铁磁谐振，但会使误差增大，影响暂态稳定。此外，在一次系统出现短路的情况下，电容式电压互感器的输出端出现了振荡过程。这是因为电容和电感中所储存的电磁能量不能突变，所以当一次电压突然变化时，二次端输出电压不能随之线性变化，而需经过一个振荡过程才能达到稳定状态。根据IEC的相关规定，在一次端子与接地端之间的电源短路，CVT的二次输出电压衰减到短路前的电压峰值的10所需的时间应小于额定频率的1个周期(50Hz系统为20ms)。谐振型和速饱和型的CVT均可以满足IEC的要求，不过在系统一次电压从零到零的情况下，速饱和型CVT的输出存在周期较长的低频振荡；而在系统一次电压从最大到零的变化情况下，谐振型CVT的输出振荡幅值较大，测试误差较大。同时他们在1000Hz附近都存在一个谐振点，使得响应特性变差4。电容式电压互感器所特有的二次暂态过程势必给快速继电保护的动作行为带来影响，特别是对装在短线路上同时电源短路容量又相对较小(电源阻抗比很大)的距离保护第一段，影响极为严重。这是因为在线路末端短路时，装设距离保护的母线电压极低，于是暂态二次电压附加分量起了决定性的作用，这就不可避免地引起距离保护瞬时第一段的不正确动作。2.2 电阻式电压互感器工作原理由于电容式电压互感器无法消除谐振现象，而且其暂态谐振问题会导致保护装置不能正常动作。针对以上缺点，电力系统提出一种新型分压型互感器电阻式电压互感器（如下图所示）。UR1 U2R2 A Ri GND图22 电阻分压器原理图测量和保护设备电阻式电压互感器与电磁式电压互感器相比，其无饱和、良好的线性、符合各种外形设计要求、重量轻、不会产生铁磁谐振现象及只用一个分压器就能满足所有测量和保护的要求等优点。一般而言，电阻的绝对值可任意选择，除非实际情况的限制。目前应用的经验为R1在100M左右，而R2在10k上下。由于电阻分压器不会在一次和二次侧产生任何独立的电势，内置的过电压吸收器A可以确保在高电压电阻出现故障的极端情况下，输出端也不会出现不允许的高电压，完全适用于中低压配电柜的电压传感5。电阻式电压传感器的准确度取决于电阻的准确度，或更准确地说，取决于分压比的准确度，其转换误差主要源自电阻温度系数、电阻电压系数、电阻器因电压、温度引起的漂移、杂散电容及相邻相线之间的串扰影响。通常用这种方法可以实现±0.5%的准确度。如果要进一步提高精度，则必须作其它的特殊处理，如通过电阻器的材料选择和机械设计处理温度补偿和电阻电压系数、通过使用计算程序对杂散电容和串扰进行计算校正等方法。通过增加高压屏蔽罩和低压屏蔽罩，可以有效抑制杂散电容对测量结果的影响，计算机仿真和实际试验的结论均为可以将测量误差控制在0.3%以下6。2.3 阻容分压型互感器工作原理及参数计算7传统电磁式电压互感器的应用限制主要在于绝缘问题、负载误差影响较大、故障状况下可能产生饱和输出问题及操作失当隐患，在现今要求高精度，低故障的的电力系统中已经较少使用。电阻分压式电压传感器与电磁式电压互感器相比，其无饱和、良好的线性、符合各种外形设计要求、重量轻、不会产生铁磁谐振现象及只用一个分压器就能满足所有测量和保护的要求等优点使其得到重视。但阻容式电压传感器的准确度取决于电阻的准确度，或更准确地说，取决于分压比的准确度，其转换误差主要源自电阻温度系数、电阻电压系数、电阻器因电压、温度引起的漂移、杂散电容及相邻相线之间的串扰影响，所以使用起来有很大的限制性。电容分压式电压传感器：电容分压器是CVT的主要组成部分，多年的实际应用表明该种分压电路的分压比稳定，无论从技术上还是从工艺上都是成熟和可靠的，但这种结构的电压传感器存在一个重大缺陷，故障状态下的暂态响应过程问题。在高压侧出现短路或断路故障时，储存在电容中的能量没有一个合适的通路供其快速释放，也就是通常所指的“电荷俘获现象”。鉴于电容式分压器存在着系统短路后，分压电容的等效接地电容上积聚的电荷在重合闸时不能完全释放，在系统工作电压上叠加一个误差分量，影响到测量结果的正确性以及继电保护装置的正确动作，且长期工作时等效接地电容也会因温度等因素的影响而变得不够稳定，所以，可以考虑对电容分压的基本测量原理进行了改进：在等效接地电容上并联一个小电阻R以消除上述影响，从而构成新的阻容分压式电压互感器8。阻容分压型电压互感器（RCVT）是在电容分压型电压互感器的基础上，对低压电容C2并联一个电阻R，使线路出现短路或断路故障时，存储在分压电容中的能量可以通过该电阻来快速释放，从而实现了对输电线路上的电压变化快速响应跟踪测量。这种传感头的设计方案是对目前已生产的电容式电压互感器（CVT）所进行的局部改进，设计选型要遵从CVT的构架，不但可以继承电容分压器的原有优点，而且降低了研发的成本。下面是RCVT的电路图。图23 阻容分压型电压互感器RCVT传感头部分分压比K与电容，电阻关系：RCVT的传感头高压部分和CVT一样由一定值的电容C1组成，而低压端则由一低压电容C2和精确电阻R并联组成，对结点p利用KCL，电容元件的电流i与电压u取关联参考方向，因此得出一下的函数关系： 化成传递函数形式： 拉普拉斯变换后 若1/R>>w(C1+C2)，则du2与du1成正比，即 (4)，拉氏变换后。显然，电压传感器的输出U2是被测电压信号的微分，即输出电压的相位超前被测电压90°，故需要加入积分及相位补偿处理使其原、副方的相位一致。目前提出的各种类型的电子式电压互感器，为了保证原、副方电气隔离，都是采用电/光光/电转换的电路，因此都必须考虑到高压侧电子电路的电源问题，而本课题所提出的阻容使电压互感器采用一个小PT(可以称之为电磁隔离单元)来实现高低压信号的传递，既保证两侧电路的电气隔离，又去掉了高压侧电源，简化了设计方案，提高了方案的可行性和实用性9。3 阻容分压型互感器计算机的仿真3.1 前言本次仿真主要运用MATLAB作为计算软件，MATLAB是一种以矩阵为基础的交互式程序计算语言。早期的MATLAB主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科学人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此特别受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。以前电力系统数字仿真技术，往往局限研究人员自己进行建模与仿真。其数学模型是否真实描述实际情况，将很大程序上影响到仿真是否取得成功。在MATLAB涉及电力系统仿真方面以后，凭借其自身的技术优势，联合众多电力领域的专家，开发了这款电力系统仿真工具箱。使用MATLAB软件进行电力系统数字仿真，具有三个突出的优势。第一，电力系统仿真工具箱功能强大，工具箱内部的软件库提供了经常使用的各种电力元件数学模型，并且提供了可以自己编程的方式创建适合的元件模型。第二，强大的MATLAB平台。MATLAB的数值运算功能为进行电力工程方面的运算提供了强有力的后盾。随着信号处理技术的成熟，各种信号处理方法在电力方面的应用尤为重要。MATLAB提供的信号处理工具箱、数字信号处理模块、滤波器设计工具箱、小波分析工具箱和神经网络工具箱，为经过电力仿真后的数据处理提供了功能齐全的分析手段。第三，友好的界面。友好的界面充分体现了软件使用的难易程度。从电力系统仿真、到数值计算、图形处理、再到信号分析。MATLAB提供给技术人员和科研人员的不仅仅是各类问题的解决方案，更重要的是这些技术的使用变得尤为轻松简单10。本次使用计算机仿真的目的是,通过计算机软件MATLAB进行互感器暂态响应,阶跃响应等仿真, 测试RCVT互感器测量准确度，暂态相应特性，稳定性等的好坏。3.2 阻容分压器暂态响应特性仿真采用一个小PT实现原副方电气隔离的阻容式电压传感器等效电路图如图31所示。内置的过电压吸收器A可以确保在高电压电阻出现故障的极端情况下，输出端也不会出现不允许的高电压。C2C1U Z1 Y´ R A Zm 图31. 电压传感器等效电路图图3-2暂态输入信号的响应曲线图17. 暂态输入信号的响应曲线图33 暂态输入信号与输出信号比较曲线图3-2的输入信号为，其中T1=10、20、50、100ms的工频暂态响应情况。图3-3为输入时的输入输出跟随特性仿真，其中原方信号在作了比例缩小后再适当下移0.005格。由图可见传感器能忠实跟随原方输入信号。3.3 不同元件对阻容分压器输出的误差影响整个互感器可以等效看成是多个电容，电阻和电感线圈通过一定的方式组成如图31，下面通过仿真估算不同元件对阻容分压器的误差影响。图35 RL变化对输出结果的影响图34 R变化对输出结果的影响图36 Lm变化对输出结果的影响图37 C1变化对输出结果的影响图39 Lm宽范围变化对输出结果的影响图38. C2变化对输出结果的影响从图34到图39的仿真结果可以看出，R、C1的变化对于输出结果的影响很大，这两个参数的变化对传感器输出结果的相位差的影响不是特别显著，约为0.01°,但对输出比差的影响则是近乎线性关系；另外，从计算结果也可以看到，R、C1的变化对输出结果的影响是相反的，即：电容量的增加引入输出负误差，而电阻值的增大则带来正误差。这就为实际设计消除因外界环境变化造成传感器输出误差变化指出了一条思路，通过选择取样电阻和高压侧分压电容的温度系数分别为正、负温度系数且温度系数相近有效减少因为温度变化引起的参数变化带来的传变误差。RL、Lm、C2对传感器输出的误差影响极小，在±20%范围内变化时，这些参数对输出结果的比差影响最大的也不超过0.001%，也就是说，这些参数一旦选定，其因温度或外界其它环境变化影响造成的参数变化对传感器输出结果的影响可以忽略不计；至于相位差方面，从图中也可以看出，最大影响因素是Lm，但其影响在±20%范围内也只有0.01°,不到1的相差对于传感器的总误差也几乎可以忽略。3.4 阻容分压器的阶跃响应仿真为了测试阻容分压器的稳定性，阶跃响应仿真是必须的。公式（1）为总的传递函数。不难看出阻容分压信号的输出与输入之间呈微分关系，输出电压大概滞后输入90°，必须加入理想积分器对输出作出补偿，使输入电压和输出电压相位基本一致。图34是加入理想积分器前系统的阶跃响应仿真，图35是加入理想积分器后的系统阶跃响应仿真11-12。总传递函数： （1）阶跃响应： Bode 图 ： 图310 未加入理想积分器前系统的阶跃响应曲线阶跃响应： Bode 图： 图311 加入理想积分器后系统的阶跃响应曲线由图310到图311看出，无论是否加入理想积分器加入阶跃输入信号，当系统的输入信号为一阶跃信号时，输出的幅频和相角都能基本保持同步，而且能较快地达到一个稳定值。证明阻容分压器在不同输入时，稳定性能较好。3.5 频率对阻容分压器的影响图312 不同频率下低压并联电阻对输出误差的影响图313 不同频率下高压电容对输出的影响图312和图313对频率变化造成输出结果变化的影响进行了计算，由于计算结果几乎完全重合，为显示方便的目的，以48Hz的计算为基准，在图27中，对不同频率的输出，人为在每条比差曲线之间增加1，在相差曲线间加0.001；在图28中，对不同频率的输出，人为在每条比差曲线之间增加1，在相差曲线间加0.00001；从计算结果可以看出，频率变化时，R、C1的变化对输出结果的影响几乎是一样的。图314给出了在同一参数情况下，频率变化对输出结果影响的误差曲线。从图中可以看出，频率变化对传感器输出结果几乎没有影响。图314 频率变化对输出结果影响误差曲线 4 实验部分4.1 试验目的通过试验测试互感器的实际变比，并与方案设计所确定该电压互感器的额定变比数值比进行比较，做出容许误差范围，对系统误差来源进行分析说明。验证这种新型传变原理下的互感器，在给定的高电压下是否能够具有理论分析中的优良的传变特性，瞬变响应特性，达到所期望的准确等级。找到合理的矫正误差的方法；对传变过程中相差，能够提出减少相差的校正电路。对阻容分压型电压互感器传感头的工作原理、元件的选择情况，互感器测量系统的输入输出电压之间的关系，试验方案，以及暂态响应特性做出分析说明4.2 试验样品介绍本次试验主要用的是阻容分压式互感器,简称R-CVT.以下是原理接线图图4-1 阻容分压型电压互感器原理接线阻容分压型电压互感器（R-CVT）由阻容分压器和电磁式变换器两部分组成，其传感头的原理接线如图2所示，采用一小阻值精密取样电阻R与电容分压器的低压分压电容C2并联。 电压输出u2与u1的关系如下：对p结点利用KCL，电容元件的电流i与电压u取关联参考方向，于是有 （1）；（）若1/R>>w(C+CE)，则du2与du1成正比，即，利用电子电路对u2(t)积分变换即可求得u1(t)。传递函数： （2）； （3）；4.3 阻容分压互感器的元件电容元件的器件选择及测量电容元件存在时漂、温漂，其电容量与湿度、频率也存在相应的变化关系，所以在进行了一段时间的实验后，需要对电容量进行测定。高、低压臂电容采用相同介质材料组成，可以提高分压比的温度稳定性，但是用相同材料制造不同电容量的电容器，其温度系数都是不同的。电容器根据介电常数随温度变化的情况分为两类：与温度有线性关系的介质材料和与温度呈强烈非线性关系的介质材料（如II型陶瓷材料）。电容多用第一类材料。除了所用介质之外，电容器的结构、工艺也会影响容量温度特性。有机材料电容器中，聚砜材料的温度特性最好，但在-55+60（或80）范围内，其电容量的变化率仍然在2%以上13。一次侧传感单元采用阻电容分压的形式，在电容分压型电压互感器的测量准确度主要决定于分压电容器，精密电阻，电容分压器受对地杂散电容Cs和电容温度系数影响，所以高、低压分压电容选用小、电容值稳定的电容器（例如聚丙烯CBB）。电容元件在交流下总是有一定的介质损耗，电容元件两端的固定引线也有一定的电阻和分布电感，其等效电路如图4-2所示：图4-2 电容器等效电路在介质损耗甚小可以忽略的情况下（介质损耗的等效电阻RC），元件的等效电容： （4）；其中C是固有电容（采购元件的设计值）；Ln：引线的电感；当Ln很小时，Ce = C。在工频下实际上的分布电容、寄生电感等值很小，用交流测量C就是电容元件的固有值。 电容测量：传统的测量电容的方法有谐振法和电桥法，也可以用变压器电桥和数字阻抗仪等仪器来测量。传统方法在测量精度和使用方便等方面不及后者。选择数字式测量仪读取方便，电容的数字化测量方法有恒流法和比较法。这类测量仪所用的交流电源电压EN的波形也必须是正弦波，EN频率与被测元件所用于的电路的频率相近。工频的电容测量值与直流电容接近。但目前试验室可能缺少数字阻抗仪设备，可以采用双边式变压器电桥测量电容。 电阻元件的器件选择及测量对于低压分压电容的并联电阻R是组成传感头的基本元件，所以该并联电阻不但在阻值上要满足实验中的要求，还必须对采购进来的电阻器件，测量在不同的耐受电压下与环境温度下的稳定性与可靠性，并分析出主要影响因素，对今后更高电压等级下阻容分压传感头并联电阻的选择提供参考。在一定的交流频率