電容式電壓互感器諧波傳遞特性剖析與精準(zhǔn)測(cè)量方法研究

一、引言1.1研究背景與意義隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)中的諧波問(wèn)題日益嚴(yán)重。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，大量的非線性電力設(shè)備，如大功率可控硅、變頻器、UPS、開關(guān)電源、中頻爐等被廣泛使用，這些設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量畸變的諧波電流，這些諧波電流注入電網(wǎng)后，會(huì)使電網(wǎng)的電壓和電流波形發(fā)生畸變，導(dǎo)致電能質(zhì)量下降。諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害是多方面的。在設(shè)備層面，諧波會(huì)使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。例如，大量三次諧波流過(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱，甚至可能引發(fā)火災(zāi)；諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲，導(dǎo)致變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，加速電容器、電纜等設(shè)備的絕緣老化，縮短其使用壽命，甚至造成設(shè)備損壞。在系統(tǒng)運(yùn)行方面，諧波可能引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，對(duì)系統(tǒng)中的電容器和電抗器等設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅，常常導(dǎo)致這些設(shè)備燒毀；諧波還會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；此外，諧波還會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失，臨近的諧波源或較高次諧波還會(huì)對(duì)通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，影響通信質(zhì)量，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作，甚至使工控系統(tǒng)崩潰。在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，電容式電壓互感器（CapacitorVoltageTransformer，CVT）由于其絕緣性能好、價(jià)格相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn)，在110kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)諧波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中被廣泛用作數(shù)據(jù)源。然而，CVT的本體結(jié)構(gòu)及參數(shù)是基于工頻諧振條件設(shè)計(jì)的。當(dāng)進(jìn)行諧波信號(hào)傳遞時(shí)，其內(nèi)部的諧振條件不再成立，變比頻率響應(yīng)特性會(huì)呈現(xiàn)出嚴(yán)重的非線性。這就導(dǎo)致通過(guò)CVT測(cè)量電網(wǎng)中的諧波、暫態(tài)等非工頻信號(hào)時(shí)存在較大誤差，無(wú)法滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)來(lái)源準(zhǔn)確度的要求，國(guó)標(biāo)GB/T14549—1993中也明確指出“電容式電壓互感器不能用于諧波測(cè)量”。但在實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)又不具備測(cè)量諧波電壓的電容式分壓器等設(shè)備，仍有80%左右采用CVT進(jìn)行電壓測(cè)量并試圖獲取諧波水平的含量以實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的監(jiān)測(cè)。因此，研究CVT的諧波傳遞特性及測(cè)量方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。準(zhǔn)確有效地進(jìn)行諧波測(cè)量是掌握電網(wǎng)諧波狀況的關(guān)鍵。只有精確了解電網(wǎng)中諧波的含量、分布及變化規(guī)律，才能對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，為后續(xù)的諧波治理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，準(zhǔn)確的諧波測(cè)量數(shù)據(jù)也是開展諧波治理工作的重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)諧波的準(zhǔn)確測(cè)量，可以明確諧波源的位置和強(qiáng)度，從而有針對(duì)性地采取治理措施，如安裝濾波器、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式等，以降低諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害，提高電能質(zhì)量。綜上所述，深入研究電容式電壓互感器的諧波傳遞特性及測(cè)量方法，對(duì)于準(zhǔn)確掌握電網(wǎng)諧波狀況、有效開展諧波治理工作、提高電能質(zhì)量、保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有至關(guān)重要的意義，這也是本文研究的出發(fā)點(diǎn)和核心目標(biāo)。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在電容式電壓互感器（CVT）諧波傳遞特性及測(cè)量方法的研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和科研人員已開展了大量工作，并取得了一系列成果。國(guó)外對(duì)CVT的研究起步較早，在基礎(chǔ)理論和應(yīng)用技術(shù)方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。早期的研究主要集中在CVT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理上，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展以及諧波問(wèn)題的日益突出，對(duì)CVT諧波傳遞特性的研究逐漸深入。部分國(guó)外學(xué)者通過(guò)建立復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，深入分析CVT在不同諧波頻率下的電磁特性，探究其內(nèi)部參數(shù)對(duì)諧波傳遞的影響機(jī)制。在測(cè)量方法上，國(guó)外也在不斷探索新的技術(shù)和手段，如采用高精度的傳感器和先進(jìn)的信號(hào)處理算法，以提高諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性。國(guó)內(nèi)在這方面的研究雖然相對(duì)起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速。隨著我國(guó)電力工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，CVT的諧波問(wèn)題也受到了廣泛關(guān)注。眾多高校和科研機(jī)構(gòu)針對(duì)CVT諧波傳遞特性及測(cè)量方法展開了深入研究。在諧波傳遞特性方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)理論分析、仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，對(duì)CVT的寬頻等效模型進(jìn)行了深入研究，分析了各分布參數(shù)，如雜散電容、阻尼電阻、電感等對(duì)諧波傳遞特性的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，雜散電容的存在會(huì)使CVT的傳遞函數(shù)在低頻段出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，導(dǎo)致幅頻曲線出現(xiàn)尖峰和低谷效應(yīng)，且隨著雜散電容數(shù)值的增大，零點(diǎn)和極點(diǎn)會(huì)向低頻段轉(zhuǎn)移。在測(cè)量方法的研究上，國(guó)內(nèi)也取得了不少成果。針對(duì)CVT無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量諧波的問(wèn)題，提出了多種改進(jìn)方法和新的測(cè)量方案。文獻(xiàn)《電容式電壓互感器諧波測(cè)量方法研究》中提出在常規(guī)CVT的分壓器低壓端串入電容C3，利用電容分壓原理獲得電網(wǎng)諧波測(cè)量信號(hào)，并建立了該CVT的寬頻等效電路模型，通過(guò)分析電容C3兩端輸出電壓在諧波頻段內(nèi)的變化情況，明確了影響其頻率特性的關(guān)鍵參數(shù)，研制的110kV具有諧波測(cè)量功能的CVT樣機(jī)通過(guò)了型式試驗(yàn)并開展了諧波準(zhǔn)確度試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方案的有效性。還有學(xué)者提出在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器從而進(jìn)行諧波測(cè)量的電容電流法，通過(guò)仿真及實(shí)際物理試驗(yàn)，對(duì)仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了該方法的有效性。盡管國(guó)內(nèi)外在CVT諧波傳遞特性及測(cè)量方法研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。在諧波傳遞特性研究中，雖然對(duì)各參數(shù)的影響有了一定認(rèn)識(shí)，但對(duì)于復(fù)雜工況下，如多諧波源共存、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、溫度變化等因素對(duì)CVT諧波傳遞特性的綜合影響研究還不夠深入。在測(cè)量方法上，現(xiàn)有的一些改進(jìn)方案雖然在一定程度上提高了諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性，但仍存在測(cè)量精度不夠高、測(cè)量范圍有限、裝置復(fù)雜成本高等問(wèn)題。此外，不同測(cè)量方法之間的對(duì)比和評(píng)估還不夠系統(tǒng)全面，缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來(lái)衡量各種測(cè)量方法的優(yōu)劣。因此，進(jìn)一步深入研究CVT諧波傳遞特性及測(cè)量方法，完善相關(guān)理論和技術(shù)，仍然是該領(lǐng)域亟待解決的重要問(wèn)題。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本文聚焦于電容式電壓互感器（CVT）的諧波傳遞特性及測(cè)量方法展開深入研究，具體內(nèi)容涵蓋以下幾個(gè)關(guān)鍵方面：CVT寬頻等效模型的構(gòu)建與分析：深入剖析CVT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，綜合考慮雜散電容、阻尼電阻、電感等各類分布參數(shù)的影響，構(gòu)建精準(zhǔn)的寬頻等效模型。通過(guò)對(duì)該模型的深入研究，深入探究各參數(shù)在不同諧波頻率下對(duì)CVT諧波傳遞特性的作用機(jī)制，揭示其內(nèi)在規(guī)律。各分布參數(shù)對(duì)諧波傳遞特性的影響研究：采用控制單一變量的方法，對(duì)寬頻等效模型中的各分布參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的梯度仿真實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)分析雜散電容、阻尼電阻、電感等參數(shù)的變化對(duì)CVT諧波傳遞特性的具體影響，包括對(duì)傳遞函數(shù)幅值和相位的影響，明確各參數(shù)的影響程度和變化趨勢(shì)，為后續(xù)的研究和優(yōu)化提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。新型諧波測(cè)量方法的研究與提出：針對(duì)傳統(tǒng)CVT在測(cè)量諧波時(shí)存在的誤差較大等問(wèn)題，積極探索并提出新型的諧波測(cè)量方法。如研究在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器的電容電流法，詳細(xì)分析該方法的工作原理和測(cè)量過(guò)程，通過(guò)理論分析和仿真計(jì)算，驗(yàn)證其在提高諧波測(cè)量準(zhǔn)確性方面的有效性和優(yōu)越性。測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析：搭建完善的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)提出的新型諧波測(cè)量方法進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，全面采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入細(xì)致的分析。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估新型測(cè)量方法的實(shí)際測(cè)量精度和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決存在的問(wèn)題，進(jìn)一步完善測(cè)量方法。1.3.2研究方法為了確保研究的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性，本文綜合運(yùn)用了多種研究方法，具體如下：理論分析方法：深入研究CVT的工作原理和電磁特性，從理論層面分析諧波在CVT中的傳遞過(guò)程以及各分布參數(shù)對(duì)諧波傳遞特性的影響機(jī)制。運(yùn)用電路理論、電磁學(xué)等相關(guān)知識(shí)，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行嚴(yán)密的推導(dǎo)和計(jì)算，為后續(xù)的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。建模仿真方法：借助專業(yè)的電力系統(tǒng)仿真軟件，如Matlab/Simulink等，構(gòu)建CVT的寬頻等效模型。通過(guò)設(shè)置不同的參數(shù)值和運(yùn)行工況，對(duì)CVT的諧波傳遞特性進(jìn)行全面的仿真分析。利用仿真結(jié)果直觀地觀察各參數(shù)對(duì)諧波傳遞特性的影響規(guī)律，預(yù)測(cè)不同情況下CVT的性能表現(xiàn)，為實(shí)驗(yàn)研究和方案優(yōu)化提供重要參考。實(shí)驗(yàn)研究方法：搭建真實(shí)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)CVT的諧波傳遞特性和新型測(cè)量方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。采用高精度的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，獲取實(shí)際運(yùn)行中的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，進(jìn)一步完善理論模型和測(cè)量方法，提高研究成果的實(shí)用性和可信度。二、電容式電壓互感器工作原理與結(jié)構(gòu)2.1工作原理電容式電壓互感器（CVT）的工作原理主要涉及分壓原理和電磁變換原理兩個(gè)關(guān)鍵部分，通過(guò)這兩個(gè)原理的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)將高電壓準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為適合測(cè)量和保護(hù)設(shè)備使用的低電壓。2.1.1分壓原理CVT利用電容分壓器將高電壓按比例降低，其基本原理基于電容的分壓特性。電容分壓器通常由多個(gè)電容器串聯(lián)組成，這些電容器的電容值相互配合，以實(shí)現(xiàn)所需的分壓比。在實(shí)際應(yīng)用中，一般將電容分壓器分為主電容C_1和分壓電容C_2兩部分。當(dāng)在電容分壓器的輸入端施加一次電壓U_1時(shí)，根據(jù)電容串聯(lián)的分壓公式，電容C_2上分得的電壓U_2為：U_2=\frac{C_1}{C_1+C_2}\timesU_1其中，\frac{C_1}{C_1+C_2}即為分壓比。通過(guò)調(diào)節(jié)C_1和C_2的大小，就可以得到不同的分壓比，從而實(shí)現(xiàn)將高電壓按比例降低到合適的數(shù)值。例如，在某一特定的CVT設(shè)計(jì)中，若C_1=1000pF，C_2=100pF，當(dāng)一次電壓U_1=110kV時(shí)，根據(jù)上述公式可計(jì)算出C_2上分得的電壓U_2為：U_2=\frac{1000}{1000+100}\times110kV\approx100kV需要注意的是，電容的容抗X_C=\frac{1}{2\pifC}，其中f為電源頻率，C為電容值。由于容抗與頻率有關(guān)，在不同頻率的電壓信號(hào)下，電容的分壓特性會(huì)發(fā)生變化。在工頻（50Hz或60Hz）情況下，電容分壓器能穩(wěn)定地按照設(shè)計(jì)的分壓比工作，但當(dāng)電壓中包含諧波成分時(shí)，由于諧波頻率與工頻不同，電容分壓器的分壓比會(huì)發(fā)生改變，這將對(duì)CVT的諧波傳遞特性產(chǎn)生重要影響。2.1.2電磁變換原理電磁裝置在CVT中起著將分壓電容上的電壓進(jìn)一步降低到二次電壓的關(guān)鍵作用。電磁裝置主要由中間變壓器和補(bǔ)償電抗器組成。中間變壓器是一個(gè)電磁式電壓互感器，其工作原理基于電磁感應(yīng)定律。在理想情況下，中間變壓器的一次繞組匝數(shù)為N_1，二次繞組匝數(shù)為N_2，當(dāng)一次繞組施加電壓U_{1T}（即分壓電容C_2上分得的電壓U_2）時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，二次繞組感應(yīng)出的電壓U_{2T}為：U_{2T}=\frac{N_2}{N_1}\timesU_{1T}通過(guò)合理設(shè)計(jì)中間變壓器的匝數(shù)比\frac{N_2}{N_1}，可以將分壓電容上的電壓降低到所需的二次電壓值，例如常見的100V或100/\sqrt{3}V，以滿足測(cè)量?jī)x表、繼電保護(hù)裝置等二次設(shè)備的輸入要求。然而，在實(shí)際運(yùn)行中，由于電容分壓器存在內(nèi)阻抗，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致分壓電容C_2上的電壓U_2發(fā)生波動(dòng)，從而影響中間變壓器二次輸出電壓的穩(wěn)定性。為了解決這一問(wèn)題，在分壓回路中串入補(bǔ)償電抗器L。當(dāng)電抗器的電抗X_L=\omegaL（\omega=2\pif為角頻率）調(diào)整為與電容分壓器的內(nèi)阻抗Z_0=\frac{1}{j\omega(C_1+C_2)}相等，即\omegaL=\frac{1}{\omega(C_1+C_2)}時(shí)，電源的內(nèi)阻抗近似為零。此時(shí)，無(wú)論負(fù)載電流如何變化，電容分壓器輸出的電壓都能保持穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)中間變壓器降壓后，二次側(cè)的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)中間變壓器變換就可以大大減小，電容分壓器的輸出容量（或額定容量）將不受測(cè)量精度的限制，從而保證了二次輸出電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。2.2基本結(jié)構(gòu)電容式電壓互感器（CVT）主要由電容分壓器、電磁裝置、保護(hù)裝置和載波耦合裝置等部分組成，各部分相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)其在電力系統(tǒng)中的功能。2.2.1電容分壓器電容分壓器是CVT的重要組成部分，它主要由高壓電容C_1和分壓電容C_2組成。高壓電容C_1通常由多個(gè)電容器串聯(lián)組成，以承受高電壓，分壓電容C_2則用于將高壓按比例降低，得到適合后續(xù)處理的電壓。在實(shí)際運(yùn)行中，一次電壓施加在電容分壓器上，根據(jù)電容串聯(lián)的分壓特性，電容C_2上分得的電壓U_2與一次電壓U_1的關(guān)系為U_2=\frac{C_1}{C_1+C_2}\timesU_1，通過(guò)合理選擇C_1和C_2的比值，可實(shí)現(xiàn)所需的分壓比。例如，在某110kV的CVT中，若C_1=8000pF，C_2=1000pF，當(dāng)一次電壓U_1=110kV時(shí)，C_2上分得的電壓U_2為：U_2=\frac{8000}{8000+1000}\times110kV\approx97.78kV電容分壓器的主要作用是將高電壓按比例降低，為后續(xù)的電磁裝置提供合適的輸入電壓。同時(shí)，由于電容分壓器的電容值相對(duì)穩(wěn)定，在一定程度上能夠減少電壓波動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。然而，電容分壓器的分壓特性會(huì)受到頻率的影響，當(dāng)電壓中包含諧波成分時(shí)，由于諧波頻率與工頻不同，電容的容抗發(fā)生變化，導(dǎo)致分壓比改變，進(jìn)而影響CVT對(duì)諧波的傳遞特性。2.2.2電磁裝置電磁裝置是CVT實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定輸出的關(guān)鍵部分，主要包含電磁式電壓互感器（中間變壓器）和電抗器。電磁式電壓互感器（中間變壓器）的作用是將分壓電容C_2上分得的電壓進(jìn)一步降低到適合測(cè)量和保護(hù)設(shè)備使用的二次電壓。它通過(guò)電磁感應(yīng)原理工作，一次繞組匝數(shù)為N_1，二次繞組匝數(shù)為N_2，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，二次繞組感應(yīng)出的電壓U_{2T}與一次繞組施加的電壓U_{1T}（即C_2上分得的電壓U_2）的關(guān)系為U_{2T}=\frac{N_2}{N_1}\timesU_{1T}。通過(guò)合理設(shè)計(jì)匝數(shù)比\frac{N_2}{N_1}，可將電壓降低到所需的二次電壓值，如常見的100V或100/\sqrt{3}V。電抗器在電磁裝置中起著重要的補(bǔ)償作用。由于電容分壓器存在內(nèi)阻抗，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致分壓電容C_2上的電壓U_2發(fā)生波動(dòng)，從而影響二次輸出電壓的穩(wěn)定性。在分壓回路中串入電抗器后，當(dāng)電抗器的電抗X_L=\omegaL（\omega=2\pif為角頻率）調(diào)整為與電容分壓器的內(nèi)阻抗Z_0=\frac{1}{j\omega(C_1+C_2)}相等，即\omegaL=\frac{1}{\omega(C_1+C_2)}時(shí)，電源的內(nèi)阻抗近似為零。此時(shí)，無(wú)論負(fù)載電流如何變化，電容分壓器輸出的電壓都能保持穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)中間變壓器降壓后，二次側(cè)的負(fù)載電流經(jīng)過(guò)中間變壓器變換就可以大大減小，電容分壓器的輸出容量（或額定容量）將不受測(cè)量精度的限制，從而保證了二次輸出電壓的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。例如，在某CVT中，當(dāng)電容分壓器的總電容(C_1+C_2)為10000pF，電源頻率f=50Hz時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，電抗器的電感L應(yīng)調(diào)整為：L=\frac{1}{\omega^2(C_1+C_2)}=\frac{1}{(2\pi\times50)^2\times10000\times10^{-12}}H\approx1.01H2.2.3保護(hù)裝置保護(hù)裝置是保障CVT安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要部分，主要由火花間隙和阻尼電阻組成?；鸹ㄩg隙的主要作用是限制過(guò)電壓。當(dāng)CVT內(nèi)部出現(xiàn)異常過(guò)電壓時(shí)，火花間隙會(huì)迅速擊穿，形成低阻抗通路，將過(guò)電壓能量釋放，從而保護(hù)電磁裝置、電容分壓器等設(shè)備免受過(guò)高電壓的損壞。例如，在系統(tǒng)發(fā)生短路故障或遭受雷擊等情況下，可能會(huì)產(chǎn)生瞬間的高電壓，火花間隙能夠在極短時(shí)間內(nèi)動(dòng)作，將過(guò)電壓限制在安全范圍內(nèi)，保護(hù)設(shè)備的絕緣性能。阻尼電阻則主要用于防止鐵磁諧振。CVT中的電磁裝置存在非線性阻抗，與電容分壓器的電容構(gòu)成了復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，在某些特定條件下，可能會(huì)引發(fā)鐵磁諧振現(xiàn)象。鐵磁諧振會(huì)導(dǎo)致電壓和電流的大幅波動(dòng)，產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，對(duì)設(shè)備造成嚴(yán)重危害。阻尼電阻通過(guò)消耗諧振能量，有效抑制鐵磁諧振的發(fā)生。當(dāng)發(fā)生鐵磁諧振時(shí)，阻尼電阻會(huì)消耗諧振電流產(chǎn)生的能量，使諧振逐漸衰減，從而保證CVT的正常運(yùn)行。2.2.4載波耦合裝置載波耦合裝置是CVT的一個(gè)特殊功能部件，它在電力系統(tǒng)中有著重要的應(yīng)用。載波耦合裝置主要用于將載波頻率耦合到輸電線路上，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)途通信、遠(yuǎn)方遙測(cè)、選擇性的線路高頻保護(hù)、遙控、電傳打字等功能。在長(zhǎng)途通信方面，通過(guò)載波耦合裝置將通信信號(hào)加載到輸電線路的工頻電壓上，利用輸電線路作為傳輸介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸。例如，電力系統(tǒng)中的調(diào)度中心與各個(gè)變電站之間可以通過(guò)載波通信進(jìn)行信息交互，實(shí)時(shí)傳遞電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等信息。在遠(yuǎn)方遙測(cè)中，載波耦合裝置可以將測(cè)量到的電壓、電流等電氣量信息以載波信號(hào)的形式傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。例如，通過(guò)載波遙測(cè)，可以實(shí)時(shí)獲取偏遠(yuǎn)地區(qū)變電站的電壓、電流數(shù)據(jù)，以便及時(shí)掌握電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。在選擇性的線路高頻保護(hù)中，載波耦合裝置用于傳輸高頻保護(hù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線路故障的快速檢測(cè)和切除。當(dāng)線路發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)載波信號(hào)快速傳遞故障信息，使保護(hù)裝置能夠迅速動(dòng)作，切除故障線路，保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。三、電容式電壓互感器諧波傳遞特性分析3.1諧波傳遞特性的影響因素3.1.1雜散電容雜散電容是影響電容式電壓互感器（CVT）諧波傳遞特性的重要因素之一。在CVT的實(shí)際運(yùn)行中，由于其內(nèi)部線路和組件的結(jié)構(gòu)、布局等因素，不可避免地會(huì)存在雜散電容。這些雜散電容主要包括中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容以及一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容等。從電路原理的角度來(lái)看，雜散電容的存在會(huì)改變CVT的等效電路結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其傳遞函數(shù)。當(dāng)不考慮雜散電容時(shí)，隨著諧波次數(shù)的增加，CVT的傳遞函數(shù)幅值通常呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)。然而，一旦考慮雜散電容，情況就會(huì)變得復(fù)雜得多。在較低的諧波頻率范圍內(nèi)，傳遞函數(shù)會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，這是由于雜散電容與其他電路元件相互作用，形成了特殊的諧振條件。這些零點(diǎn)和極點(diǎn)的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致幅頻曲線呈現(xiàn)出尖峰和低谷效應(yīng)，使得CVT在特定頻率下的諧波傳遞特性發(fā)生顯著變化。零點(diǎn)和極點(diǎn)周圍的角度也會(huì)發(fā)生較大變化，這進(jìn)一步影響了諧波信號(hào)的相位傳遞。而且，隨著總雜散電容數(shù)值的不斷增大，零點(diǎn)和極點(diǎn)會(huì)逐漸向低頻段轉(zhuǎn)移。這意味著在較低頻率的諧波下，雜散電容的影響會(huì)更加明顯，可能導(dǎo)致CVT對(duì)這些諧波的測(cè)量誤差增大。在設(shè)計(jì)CVT時(shí)，通常會(huì)通過(guò)提高額定中間電壓來(lái)提升電容分壓器的等值負(fù)載阻抗，此時(shí)歸算到一次側(cè)負(fù)載阻抗的中間變壓器數(shù)值會(huì)變大。在諧波頻率下，該數(shù)值可能與雜散電容的容抗數(shù)量級(jí)較為接近，從而使得雜散電容的影響不容忽視。研究表明，CVT中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容對(duì)CVT傳輸特性有較大影響，而中間變壓器二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容造成的影響相對(duì)較小，在一定程度上可忽略不計(jì)。3.1.2負(fù)載變化負(fù)載變化也是影響CVT諧波傳遞特性的關(guān)鍵因素之一。在實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，CVT的負(fù)載會(huì)隨著二次設(shè)備的投入和切除而發(fā)生變化，這種變化會(huì)對(duì)CVT的極點(diǎn)頻率產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變其諧波傳遞特性。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，CVT的等值電路中的負(fù)載阻抗也會(huì)相應(yīng)改變。根據(jù)電路理論，負(fù)載阻抗的變化會(huì)影響電路中的電流和電壓分布，從而對(duì)CVT的傳遞函數(shù)產(chǎn)生影響。以某型號(hào)35kV的CVT為例，當(dāng)雜散電容取C_S=240pF，C_{S1}=500pF時(shí)，對(duì)其二次側(cè)空載和額定負(fù)載時(shí)傳遞函數(shù)的頻率特性曲線進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明，負(fù)載的變化對(duì)CVT極點(diǎn)頻率的影響相對(duì)較小。然而，這并不意味著負(fù)載變化對(duì)諧波傳遞特性沒有影響。在不同的負(fù)載條件下，CVT的諧波傳遞特性仍然會(huì)發(fā)生一定程度的改變。在輕負(fù)載情況下，由于負(fù)載阻抗較大，電路中的電流相對(duì)較小，此時(shí)CVT的傳遞函數(shù)幅值可能會(huì)相對(duì)較大，而相位變化相對(duì)較小。這是因?yàn)檩p負(fù)載時(shí)，電路中的損耗較小，對(duì)信號(hào)的衰減作用較弱，所以諧波信號(hào)能夠相對(duì)較好地傳遞。而在重負(fù)載情況下，負(fù)載阻抗較小，電路中的電流較大，這可能導(dǎo)致CVT的傳遞函數(shù)幅值減小，相位變化增大。重負(fù)載時(shí)，電路中的損耗增加，會(huì)對(duì)諧波信號(hào)產(chǎn)生較大的衰減作用，同時(shí)也會(huì)影響信號(hào)的相位，使得諧波傳遞特性發(fā)生明顯變化。負(fù)載變化還可能導(dǎo)致CVT的諧振頻率發(fā)生偏移。當(dāng)負(fù)載變化使得電路的諧振條件發(fā)生改變時(shí)，CVT在某些特定頻率下的諧波傳遞特性會(huì)出現(xiàn)異常，可能會(huì)出現(xiàn)幅值的急劇變化或相位的突變，從而影響對(duì)這些諧波的準(zhǔn)確測(cè)量。3.1.3溫度因素溫度是影響CVT諧波傳遞特性的另一個(gè)重要環(huán)境因素。在實(shí)際運(yùn)行中，CVT會(huì)受到環(huán)境溫度變化的影響，而溫度的變化會(huì)導(dǎo)致其等效電路元件參數(shù)發(fā)生改變，進(jìn)而影響諧波信號(hào)的傳變。對(duì)于電容分壓器中的電容元件，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致其電容量發(fā)生改變。這是因?yàn)殡娙莸碾娙萘颗c電極材料、介質(zhì)材料以及電極間的距離等因素有關(guān)，而溫度的變化會(huì)影響這些因素。一般來(lái)說(shuō)，溫度升高時(shí)，電容的電容量可能會(huì)增加；溫度降低時(shí)，電容量可能會(huì)減小。這種電容量的變化會(huì)直接影響電容分壓器的分壓比，進(jìn)而影響CVT的諧波傳遞特性。對(duì)于電磁裝置中的電感元件和電阻元件，溫度的變化也會(huì)對(duì)其參數(shù)產(chǎn)生影響。電感的電感值會(huì)隨著溫度的變化而發(fā)生微小的改變，這是由于電感線圈的材料特性和結(jié)構(gòu)在溫度變化時(shí)會(huì)發(fā)生一定的變化。而電阻的阻值與溫度之間存在著密切的關(guān)系，通常情況下，金屬電阻的阻值會(huì)隨著溫度的升高而增大，遵循一定的電阻溫度系數(shù)規(guī)律。例如，對(duì)于銅導(dǎo)線制成的電阻，其電阻溫度系數(shù)約為0.004/^{\circ}C，即溫度每升高1^{\circ}C，電阻值約增加0.4\%。這些元件參數(shù)的變化會(huì)改變CVT等效電路的阻抗特性，從而影響諧波信號(hào)在CVT中的傳遞。當(dāng)溫度升高導(dǎo)致電容分壓器的電容量增加時(shí)，根據(jù)電容分壓公式U_2=\frac{C_1}{C_1+C_2}\timesU_1（其中U_1為一次電壓，U_2為分壓電容C_2上分得的電壓，C_1為高壓電容，C_2為分壓電容），分壓比會(huì)發(fā)生變化，使得C_2上分得的電壓與理論值產(chǎn)生偏差，進(jìn)而影響后續(xù)電磁裝置對(duì)諧波信號(hào)的處理和傳遞。由于電感和電阻參數(shù)的變化，會(huì)改變電磁裝置的阻抗，影響其對(duì)諧波信號(hào)的變換和傳輸能力，導(dǎo)致CVT的二次輸出電壓中的諧波成分與實(shí)際一次側(cè)的諧波成分之間存在差異，從而影響諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性。3.2諧波傳遞特性的計(jì)算方法3.2.1等效電路模型建立為了深入研究電容式電壓互感器（CVT）的諧波傳遞特性，需要建立準(zhǔn)確的等效電路模型。在建立模型時(shí)，需充分考慮制造參數(shù)和雜散電容等因素對(duì)模型的影響。CVT的基本結(jié)構(gòu)主要由電容分壓器和電磁裝置組成。電容分壓器通常包含高壓電容C_1和分壓電容C_2，其作用是將一次側(cè)的高電壓按比例降低，為后續(xù)的電磁裝置提供合適的輸入電壓。電磁裝置則主要由中間變壓器和補(bǔ)償電抗器構(gòu)成，中間變壓器用于將分壓電容上的電壓進(jìn)一步降低到二次側(cè)所需的電壓，補(bǔ)償電抗器則用于補(bǔ)償電容分壓器的內(nèi)阻抗，以保證在不同負(fù)載條件下二次輸出電壓的穩(wěn)定性。在實(shí)際的CVT中，由于其內(nèi)部線路和組件的結(jié)構(gòu)、布局等因素，不可避免地會(huì)存在雜散電容。這些雜散電容主要包括中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S1}、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S2}以及一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容C_{M}等。以某型號(hào)35kV的CVT為例，在建立等效電路模型時(shí)，考慮到雜散電容的存在，其等效電路中各元件的參數(shù)取值如下：高壓電容C_1=0.0396\muF，分壓電容C_2=0.0404\muF，中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S1}取不同值（如240pF、500pF等）進(jìn)行研究，二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S2}相對(duì)較小，在一定程度上可忽略不計(jì)，一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容C_{M}也根據(jù)實(shí)際情況取值。同時(shí)，阻尼電阻R_D和電感L_D在模型中也起著重要作用。阻尼電阻主要用于抑制鐵磁諧振，防止在特定條件下，由于電磁裝置的非線性阻抗與電容分壓器的電容相互作用而產(chǎn)生的諧振現(xiàn)象，避免過(guò)電壓和過(guò)電流對(duì)設(shè)備造成損壞。電感L_D則與阻尼電阻配合，共同調(diào)節(jié)電路的阻抗特性，影響諧波信號(hào)在CVT中的傳遞?？紤]到這些因素后，建立的CVT等效電路模型能夠更準(zhǔn)確地反映其在實(shí)際運(yùn)行中的電氣特性。在該模型中，各元件之間的連接關(guān)系和參數(shù)設(shè)置基于電路原理和電磁學(xué)理論，通過(guò)合理的假設(shè)和簡(jiǎn)化，使得模型既能夠準(zhǔn)確描述CVT的工作過(guò)程，又便于進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和計(jì)算。例如，在分析諧波傳遞特性時(shí)，可以利用該等效電路模型，通過(guò)求解電路中的電流和電壓關(guān)系，得到不同頻率下的諧波傳遞函數(shù)，從而深入研究各參數(shù)對(duì)諧波傳遞特性的影響。3.2.2傳遞函數(shù)推導(dǎo)基于上述建立的等效電路模型，可以推導(dǎo)CVT的傳遞函數(shù)，以深入分析其諧波傳遞特性。傳遞函數(shù)是描述系統(tǒng)輸入與輸出之間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對(duì)于CVT而言，其傳遞函數(shù)能夠反映一次側(cè)電壓與二次側(cè)電壓之間的關(guān)系，以及在不同頻率下的諧波傳遞特性。首先，根據(jù)電路理論中的基爾霍夫定律和元件的伏安特性，對(duì)等效電路進(jìn)行分析。在等效電路中，一次側(cè)電壓U_1經(jīng)過(guò)電容分壓器后，在分壓電容C_2上得到電壓U_{C2}，其關(guān)系為U_{C2}=\frac{C_1}{C_1+C_2}\timesU_1。然后，U_{C2}作為中間變壓器的輸入電壓，經(jīng)過(guò)中間變壓器和補(bǔ)償電抗器等元件組成的電磁裝置后，得到二次側(cè)輸出電壓U_2。設(shè)中間變壓器的變比為N，補(bǔ)償電抗器的電感為L(zhǎng)，阻尼電阻為R_D，電感為L(zhǎng)_D，以及考慮雜散電容C_{S1}、C_{S2}、C_{M}等因素，通過(guò)對(duì)電路進(jìn)行阻抗分析和電壓電流關(guān)系的推導(dǎo)，可以得到CVT的傳遞函數(shù)G(s)（其中s=j\omega，\omega為角頻率）的表達(dá)式。推導(dǎo)過(guò)程如下：根據(jù)等效電路，列出各元件的電壓電流關(guān)系方程：\begin{cases}I_{C1}=j\omegaC_1U_1-j\omegaC_1U_{C2}\\I_{C2}=j\omegaC_2U_{C2}\\I_{L}=\frac{U_{C2}}{j\omegaL}\\I_{R_D}=\frac{U_{C2}}{R_D+j\omegaL_D}\\I_{M}=j\omegaC_{M}(U_{C2}-U_2)\\I_{S1}=j\omegaC_{S1}U_{C2}\\I_{S2}=j\omegaC_{S2}U_2\end{cases}根據(jù)基爾霍夫電流定律，在各節(jié)點(diǎn)處電流之和為零，可得：I_{C1}=I_{C2}+I_{L}+I_{R_D}+I_{M}+I_{S1}I_{M}+I_{S2}=\frac{U_2}{Z_{load}}其中Z_{load}為負(fù)載阻抗。將上述方程進(jìn)行整理和化簡(jiǎn)，代入s=j\omega，經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算（包括復(fù)數(shù)運(yùn)算、因式分解等），最終可以得到傳遞函數(shù)G(s)的表達(dá)式：G(s)=\frac{U_2}{U_1}=\frac{N\times\frac{C_1}{C_1+C_2}}{1+\frac{sL}{j\omegaC_2}+\frac{sL_D}{j\omegaC_2(R_D+j\omegaL_D)}+\frac{sC_{M}}{j\omegaC_2}+\frac{sC_{S1}}{j\omegaC_2}+\frac{N^2}{Z_{load}j\omegaC_2}+\frac{sC_{S2}N^2}{j\omegaC_2Z_{load}}}通過(guò)對(duì)傳遞函數(shù)G(s)的分析，可以得到CVT在不同頻率下的諧波傳遞特性。例如，當(dāng)諧波頻率變化時(shí)，傳遞函數(shù)的幅值和相位會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。在低頻段，由于雜散電容的影響，傳遞函數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，導(dǎo)致幅頻曲線出現(xiàn)尖峰和低谷效應(yīng)。當(dāng)總雜散電容數(shù)值增大時(shí)，零點(diǎn)和極點(diǎn)會(huì)向低頻段轉(zhuǎn)移，使得CVT在低頻諧波下的傳遞特性發(fā)生顯著變化。通過(guò)分析傳遞函數(shù)，還可以研究負(fù)載變化、溫度等因素對(duì)諧波傳遞特性的影響，為優(yōu)化CVT的設(shè)計(jì)和提高諧波測(cè)量準(zhǔn)確性提供理論依據(jù)。3.3諧波傳遞特性的仿真分析3.3.1仿真模型搭建為了深入研究電容式電壓互感器（CVT）的諧波傳遞特性，利用Matlab/Simulink這一強(qiáng)大的仿真工具搭建了CVT諧波傳遞特性仿真模型。Matlab/Simulink具有豐富的電力系統(tǒng)模塊庫(kù)，能夠方便地構(gòu)建各種復(fù)雜的電力系統(tǒng)模型，并且提供了直觀的圖形化界面，便于參數(shù)設(shè)置和模型調(diào)試。在搭建仿真模型時(shí)，嚴(yán)格依據(jù)CVT的實(shí)際結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行。首先，在Simulink庫(kù)中選取合適的電容元件來(lái)模擬電容分壓器，將高壓電容C_1和分壓電容C_2按照實(shí)際的連接方式進(jìn)行串聯(lián)連接，以準(zhǔn)確模擬電容分壓器對(duì)一次電壓的分壓過(guò)程。例如，對(duì)于某110kV的CVT，若C_1=8000pF，C_2=1000pF，則在模型中相應(yīng)設(shè)置電容元件的參數(shù)為C_1=8000e-12F，C_2=1000e-12F。對(duì)于電磁裝置，選用合適的電感元件來(lái)模擬補(bǔ)償電抗器，設(shè)置其電感值為L(zhǎng)，并根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整其參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電容分壓器內(nèi)阻抗的補(bǔ)償。同時(shí)，利用Simulink中的變壓器模塊來(lái)模擬中間變壓器，設(shè)置其一次繞組匝數(shù)為N_1，二次繞組匝數(shù)為N_2，以實(shí)現(xiàn)電壓的進(jìn)一步變換。在某CVT中，中間變壓器的匝數(shù)比N=\frac{N_2}{N_1}=1000，則在模型中相應(yīng)設(shè)置變壓器模塊的匝數(shù)比參數(shù)為1000?？紤]到雜散電容對(duì)CVT諧波傳遞特性的重要影響，在模型中添加了雜散電容元件。將中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S1}、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S2}以及一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容C_{M}按照實(shí)際的位置和連接關(guān)系接入模型，并根據(jù)實(shí)際測(cè)量或參考相關(guān)資料設(shè)置其電容值。在研究某型號(hào)35kV的CVT時(shí)，設(shè)置中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S1}=240pF，二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容C_{S2}相對(duì)較小，可忽略不計(jì)，一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容C_{M}根據(jù)實(shí)際情況取值。還添加了阻尼電阻R_D和電感L_D等元件，以完整地模擬CVT的等效電路。阻尼電阻R_D用于抑制鐵磁諧振，電感L_D與阻尼電阻配合，共同調(diào)節(jié)電路的阻抗特性。根據(jù)實(shí)際的CVT參數(shù)，設(shè)置阻尼電阻R_D=5\Omega，電感L_D=4.5H。在模型搭建完成后，對(duì)模型進(jìn)行了仔細(xì)的檢查和調(diào)試，確保各元件的連接正確，參數(shù)設(shè)置合理。同時(shí)，為了便于后續(xù)的仿真分析，在模型中添加了必要的測(cè)量模塊，用于測(cè)量一次側(cè)電壓、二次側(cè)電壓以及各元件的電流和電壓等參數(shù)。3.3.2仿真結(jié)果分析通過(guò)對(duì)搭建好的CVT諧波傳遞特性仿真模型進(jìn)行運(yùn)行和分析，得到了一系列的仿真結(jié)果。這些結(jié)果不僅驗(yàn)證了理論分析的正確性，還進(jìn)一步探討了影響諧波傳遞特性的因素。從仿真結(jié)果來(lái)看，理論分析中關(guān)于雜散電容對(duì)諧波傳遞特性的影響得到了充分驗(yàn)證。當(dāng)不考慮雜散電容時(shí)，隨著諧波次數(shù)的增加，CVT的傳遞函數(shù)幅值呈現(xiàn)單調(diào)減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵诓豢紤]雜散電容的情況下，CVT的等效電路相對(duì)簡(jiǎn)單，主要由電容分壓器和電磁裝置組成，隨著諧波頻率的升高，電容的容抗增大，導(dǎo)致傳遞函數(shù)幅值減小。一旦考慮雜散電容，情況就變得復(fù)雜得多。在較低的諧波頻率范圍內(nèi)，傳遞函數(shù)出現(xiàn)了零點(diǎn)和極點(diǎn)，這與理論分析一致。這些零點(diǎn)和極點(diǎn)的出現(xiàn)是由于雜散電容與其他電路元件相互作用，形成了特殊的諧振條件。在某一特定的諧波頻率下，雜散電容與補(bǔ)償電抗器、中間變壓器等元件的阻抗相互匹配，導(dǎo)致電路出現(xiàn)諧振，從而在傳遞函數(shù)中產(chǎn)生零點(diǎn)和極點(diǎn)。零點(diǎn)和極點(diǎn)的出現(xiàn)導(dǎo)致幅頻曲線呈現(xiàn)出尖峰和低谷效應(yīng)。在零點(diǎn)附近，傳遞函數(shù)幅值趨近于零，而在極點(diǎn)附近，傳遞函數(shù)幅值會(huì)出現(xiàn)急劇增大的情況。這使得CVT在特定頻率下的諧波傳遞特性發(fā)生顯著變化，可能會(huì)對(duì)諧波測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。當(dāng)諧波頻率接近某個(gè)極點(diǎn)時(shí)，CVT的輸出電壓幅值會(huì)大幅增加，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出正常范圍，這會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。隨著總雜散電容數(shù)值的增大，零點(diǎn)和極點(diǎn)向低頻段轉(zhuǎn)移。這意味著在較低頻率的諧波下，雜散電容的影響會(huì)更加明顯。當(dāng)總雜散電容數(shù)值增大時(shí)，雜散電容的容抗減小，與其他電路元件的阻抗匹配條件發(fā)生改變，使得諧振頻率降低，零點(diǎn)和極點(diǎn)向低頻段移動(dòng)。在低頻諧波下，由于雜散電容的影響，CVT的傳遞函數(shù)幅值和相位會(huì)發(fā)生較大變化，從而影響諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性。仿真結(jié)果還驗(yàn)證了負(fù)載變化對(duì)CVT諧波傳遞特性的影響。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，CVT的等值電路中的負(fù)載阻抗也會(huì)相應(yīng)改變，這會(huì)影響電路中的電流和電壓分布，從而對(duì)CVT的傳遞函數(shù)產(chǎn)生影響。在輕負(fù)載情況下，由于負(fù)載阻抗較大，電路中的電流相對(duì)較小，CVT的傳遞函數(shù)幅值相對(duì)較大，相位變化相對(duì)較小。而在重負(fù)載情況下，負(fù)載阻抗較小，電路中的電流較大，CVT的傳遞函數(shù)幅值減小，相位變化增大。通過(guò)仿真分析，還進(jìn)一步探討了溫度因素對(duì)CVT諧波傳遞特性的影響。在仿真中，通過(guò)設(shè)置不同的溫度值，模擬了CVT在不同溫度環(huán)境下的運(yùn)行情況。結(jié)果表明，溫度的變化會(huì)導(dǎo)致CVT等效電路元件參數(shù)發(fā)生改變，從而影響諧波信號(hào)的傳變。當(dāng)溫度升高時(shí)，電容分壓器的電容量可能會(huì)增加，這會(huì)導(dǎo)致分壓比發(fā)生變化，進(jìn)而影響CVT的諧波傳遞特性。電感和電阻元件的參數(shù)也會(huì)隨溫度變化，改變電磁裝置的阻抗，影響諧波信號(hào)的傳輸。四、電容式電壓互感器諧波測(cè)量方法4.1傳統(tǒng)測(cè)量方法及局限性4.1.1基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法傳統(tǒng)的電容式電壓互感器（CVT）諧波測(cè)量，多是基于二次側(cè)輸出信號(hào)進(jìn)行分析處理。在電力系統(tǒng)中，CVT將一次側(cè)的高電壓按比例轉(zhuǎn)換為二次側(cè)的低電壓，測(cè)量?jī)x器通過(guò)采集二次側(cè)輸出的電壓信號(hào)，利用傅里葉變換等算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，從而獲取諧波的相關(guān)信息，如諧波的幅值、相位和頻率等。在實(shí)際應(yīng)用中，這種基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法存在諸多問(wèn)題。由于CVT的設(shè)計(jì)是基于工頻諧振條件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)在工頻下能夠?qū)崿F(xiàn)較為準(zhǔn)確的電壓變換。但當(dāng)涉及諧波信號(hào)時(shí)，情況變得復(fù)雜。以某110kV的CVT為例，在工頻50Hz時(shí)，其變比能保持相對(duì)穩(wěn)定，誤差在允許范圍內(nèi)。然而，當(dāng)電網(wǎng)中存在5次諧波（250Hz）時(shí)，根據(jù)其傳遞函數(shù)特性，變比會(huì)發(fā)生顯著變化。在該CVT的設(shè)計(jì)中，考慮到雜散電容的影響，當(dāng)頻率升高到250Hz時(shí)，雜散電容與其他電路元件相互作用，導(dǎo)致傳遞函數(shù)出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，使得變比的幅值和相位發(fā)生改變，最終導(dǎo)致測(cè)量誤差增大。雜散電容的存在是影響測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素之一。如前文所述，雜散電容主要包括中間變壓器一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容以及一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容等。這些雜散電容雖然數(shù)值相對(duì)較小，但在諧波頻率下，它們與其他電路元件共同作用，會(huì)使CVT的等效電路發(fā)生變化，從而改變其傳遞函數(shù)。在較低的諧波頻率范圍內(nèi)，雜散電容可能導(dǎo)致傳遞函數(shù)出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，使得幅頻曲線呈現(xiàn)尖峰和低谷效應(yīng)。在某一特定的諧波頻率下，由于雜散電容的影響，CVT的輸出電壓幅值可能會(huì)出現(xiàn)異常波動(dòng)，與實(shí)際的一次側(cè)諧波電壓幅值相差甚遠(yuǎn)，從而導(dǎo)致基于二次側(cè)輸出的測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。負(fù)載變化也是影響測(cè)量準(zhǔn)確性的重要因素。在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行中，CVT的負(fù)載會(huì)隨著二次設(shè)備的投入和切除而發(fā)生變化。負(fù)載的變化會(huì)改變CVT的等值電路中的負(fù)載阻抗，進(jìn)而影響電路中的電流和電壓分布，最終對(duì)CVT的傳遞函數(shù)產(chǎn)生影響。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，負(fù)載阻抗減小，電路中的電流增大，這可能導(dǎo)致CVT的傳遞函數(shù)幅值減小，相位變化增大。在某一負(fù)載變化情況下，CVT二次側(cè)輸出的諧波電壓幅值與實(shí)際一次側(cè)諧波電壓幅值的誤差達(dá)到了20%以上，嚴(yán)重影響了諧波測(cè)量的準(zhǔn)確性。4.1.2現(xiàn)有測(cè)量方法的問(wèn)題除了基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法存在誤差較大的問(wèn)題外，現(xiàn)有的一些改進(jìn)測(cè)量方法也存在諸多不足之處。部分現(xiàn)有測(cè)量方法需要對(duì)每臺(tái)CVT設(shè)備分別進(jìn)行校正，工作量巨大。如通過(guò)設(shè)計(jì)一種包括諧波產(chǎn)生、高壓產(chǎn)生、準(zhǔn)確值輸出、被測(cè)CVT輸出、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果輸出等幾個(gè)主要部分的諧波測(cè)量誤差修正裝置，該裝置雖能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波測(cè)量的精確校正，但必須對(duì)每臺(tái)CVT設(shè)備分別進(jìn)行諧波傳遞特性的實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)測(cè)的諧波傳變特性曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波測(cè)量的校正。在一個(gè)擁有眾多CVT設(shè)備的大型電力系統(tǒng)中，對(duì)每臺(tái)設(shè)備都進(jìn)行這樣的校正工作，不僅需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間，而且實(shí)際操作難度極大，成本高且效率低。一些方法需要對(duì)CVT進(jìn)行改造，這從理論上改變了CVT的測(cè)量原理，使得其制造、設(shè)計(jì)成本大幅增加，且安全性難以評(píng)估。在傳統(tǒng)的電容式電壓互感器的基礎(chǔ)上，在低壓端加裝電容分壓器作為諧波測(cè)量的測(cè)量元件的方法，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)諧波電壓信號(hào)的分析測(cè)量，但這種改造類似于電子式互感器的工作原理，完全改變了CVT原有的測(cè)量特性。由于在CVT內(nèi)部增加了新的元器件，其內(nèi)部的電磁環(huán)境和電氣性能發(fā)生了變化，可能會(huì)引入新的安全隱患，其安全性難以預(yù)測(cè)和評(píng)估。還有一些方法在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)CVT制造時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)差異性考慮不足，且對(duì)雜散電容的影響考慮不充分。根據(jù)預(yù)設(shè)模型的等效電路元件參數(shù)進(jìn)行擬合，得到變比幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)特性曲線，然后對(duì)其他型號(hào)的不同等效電路元件參數(shù)基于擬合結(jié)果采用平移等方式調(diào)整曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)校正的方法，在處理CVT制造時(shí)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（如高壓電容C1、中壓電容C2和分壓比k參數(shù)）的差異性引起的傳變特性變化時(shí)，實(shí)際可操作性較差。而且，這種方法對(duì)雜散電容的影響考慮不夠全面，在實(shí)際應(yīng)用中，由于雜散電容的存在，CVT的諧波傳遞特性會(huì)發(fā)生復(fù)雜變化，不充分考慮雜散電容的影響，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量校正方法在實(shí)際應(yīng)用時(shí)產(chǎn)生較大誤差?，F(xiàn)有測(cè)量方法在溫度影響方面也存在不足。理論分析和計(jì)算機(jī)仿真研究表明，CVT的等效電路元件參數(shù)隨溫度變化的特點(diǎn)雖然對(duì)基波的傳遞特性影響較小，但對(duì)于諧波信號(hào)的傳變影響很大。許多現(xiàn)有測(cè)量方法沒有充分考慮溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)引起較大的溫度附加誤差。在不同溫度條件下，電容分壓器的電容值、電磁裝置中的電感和電阻值等都會(huì)發(fā)生變化，從而影響CVT的諧波傳遞特性和測(cè)量準(zhǔn)確性。在高溫環(huán)境下，電容分壓器的電容值可能會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致分壓比改變，進(jìn)而影響諧波測(cè)量結(jié)果。4.2新型測(cè)量方法研究4.2.1基于插值法的測(cè)量方法為了實(shí)現(xiàn)電容式電壓互感器（CVT）諧波電壓的精準(zhǔn)測(cè)量，提出一種基于插值法的測(cè)量方法。該方法主要基于曲線擬合技術(shù)，通過(guò)離線計(jì)算獲取不同參數(shù)組合下的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT諧波電壓的精確測(cè)量。首先，根據(jù)電容式電壓互感器的等效電路模型，計(jì)算在不同主電容參數(shù)值組合情況下，滿足基波測(cè)量精準(zhǔn)度要求的等效電路結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體而言，依據(jù)電容式電壓互感器生產(chǎn)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)GB/T4703-2001，要求電容分壓器符合耦合電容器及電容分壓器標(biāo)準(zhǔn)JB/T8169-1999的規(guī)定。在確定電容式電壓互感器的高壓電容C_1和中壓電容C_2的變化范圍時(shí)，規(guī)定任何一個(gè)串聯(lián)電容器單元的實(shí)測(cè)值與標(biāo)稱值之差應(yīng)不超過(guò)標(biāo)稱值的-5%~+10%，且相串聯(lián)的任意兩電容器單元實(shí)測(cè)電容值的比值與這兩單元的額定電容之比值之差應(yīng)不大于后一比值的5%。在這個(gè)變化范圍內(nèi)，將C_1和C_2分別用等差數(shù)列的形式形成數(shù)列，以組合的方式劃分成不同的C_1和C_2的組合。在保證基波傳變精度的前提下，利用電容式電壓互感器在基波條件下處于諧振測(cè)量狀態(tài)的原理，計(jì)算得到中間電抗器的理論電感值L_S，并考慮到電容式電壓互感器的生產(chǎn)制造特點(diǎn)，將1.005L_S設(shè)置為補(bǔ)償電抗器的實(shí)際電感值參數(shù)，雜散電容、阻尼回路和負(fù)載參數(shù)均按常規(guī)和額定運(yùn)行參數(shù)設(shè)置，從而獲得在不同具體參數(shù)下的電容式電壓互感器的等效電路模型。由上述得到的等效電路結(jié)構(gòu)參數(shù)，離線計(jì)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(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)校正系數(shù)，即相對(duì)于由二次側(cè)輸出獲得的基本幅頻響應(yīng)曲線和相頻響應(yīng)曲線的校正系數(shù)。通過(guò)仿真方法，在常溫標(biāo)稱參數(shù)條件下，針對(duì)不同主電容值參數(shù)組合，計(jì)算各次諧波傳變相對(duì)于基本變比-頻率響應(yīng)曲線和相移-頻率響應(yīng)曲線的校正系數(shù)，再通過(guò)曲線擬合的方法獲得各次諧波在不同參數(shù)組合條件下的頻率響應(yīng)校正系數(shù)曲面圖?？紤]到電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)參數(shù)因制造時(shí)參數(shù)的差異性，由其銘牌參數(shù)利用二維線性插值的方法得到實(shí)際待校正電容式電壓互感器在常溫下在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合及不同溫度下各次諧波電壓的傳遞特性的校正系數(shù)。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于給定的一臺(tái)實(shí)際CVT，將其銘牌上標(biāo)注的C_1、C_2等參數(shù)輸入到已建立的插值計(jì)算方程中，通過(guò)二維線性插值的算法，計(jì)算出在常溫下該CVT在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合及不同溫度下各次諧波電壓的傳遞特性的校正系數(shù)。進(jìn)而由二次側(cè)輸出信號(hào)的快速傅立葉變換結(jié)果得到常溫下一次側(cè)各次諧波電壓信號(hào)的校正值。通過(guò)溫度的測(cè)量，利用一維線性插值的方法實(shí)現(xiàn)在不同溫度條件下對(duì)電壓諧波的精準(zhǔn)校正測(cè)量。在CVT運(yùn)行過(guò)程中，利用溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量其運(yùn)行環(huán)境溫度，根據(jù)在離線條件下獲得的因溫度變化引起的等效電路參數(shù)偏移量的計(jì)算，通過(guò)一維線性插值的方法，對(duì)之前得到的常溫下的校正系數(shù)進(jìn)行修正，從而獲得在不同溫度條件下準(zhǔn)確的校正系數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT諧波含量的精確修正測(cè)量。4.2.2基于等效阻抗計(jì)算的測(cè)量方法基于等效阻抗計(jì)算的測(cè)量方法是另一種用于電容式電壓互感器諧波測(cè)量的有效途徑。該方法主要通過(guò)建立精確的等效電路模型，深入分析電路中的電流、電壓關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算出等效阻抗，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電壓的準(zhǔn)確測(cè)量。建立電容式電壓互感器的等效電路模型是該方法的基礎(chǔ)。在模型構(gòu)建過(guò)程中，全面考慮電容分壓器、中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、阻尼器和負(fù)載等各個(gè)部分的參數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系。具體來(lái)說(shuō)，等效電路模型涵蓋一次側(cè)電壓、二次側(cè)電壓、高壓主電容、中壓主電容、補(bǔ)償電抗器電感、補(bǔ)償電抗器等效電阻、補(bǔ)償電抗器等效雜散電容、中壓變壓器的勵(lì)磁電阻、中壓變壓器的勵(lì)磁電感、中壓變壓器一次側(cè)的繞組電阻、中壓變壓器一次側(cè)的繞組漏感、中壓變壓器二次側(cè)的繞組電阻、中壓變壓器二次側(cè)的繞組漏感、一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容、阻尼器等效電阻、阻尼器等效電感、折算至一次側(cè)的負(fù)載電感和折算至一次側(cè)的負(fù)載電阻等參數(shù)。高壓主電容和中壓主電容串聯(lián)并接在一次側(cè)電壓兩端，補(bǔ)償電抗器電感與補(bǔ)償電抗器電阻串聯(lián)，一端連接高壓主電容和中壓主電容的公共端，中壓變壓器一次側(cè)的繞組電阻和中壓變壓器一次側(cè)的繞組漏感串聯(lián)，一端連接串聯(lián)的補(bǔ)償電抗器電感與補(bǔ)償電抗器電阻，中壓變壓器二次側(cè)的繞組電阻和中壓變壓器二次側(cè)的繞組漏感串聯(lián)，一端連接串聯(lián)的中壓變壓器一次側(cè)的繞組電阻和中壓變壓器一次側(cè)的繞組漏感，中壓變壓器的勵(lì)磁電阻和中壓變壓器的勵(lì)磁電感并聯(lián)在串聯(lián)的中壓變壓器一次側(cè)的繞組電阻和中壓變壓器一次側(cè)的繞組漏感的公共端，補(bǔ)償電抗器等效雜散電容并聯(lián)在串聯(lián)的補(bǔ)償電抗器電感與補(bǔ)償電抗器電阻的兩端，一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容一端連接補(bǔ)償電抗器等效雜散電容的輸出端，另一端連接串聯(lián)的中壓變壓器二次側(cè)的繞組電阻和中壓變壓器二次側(cè)的繞組漏感的輸出端，二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容一端連接在一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容，另一端連接一次側(cè)電壓，阻尼器等效電感與阻尼器等效電阻串聯(lián)并接在二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容的兩端，折算至一次側(cè)的負(fù)載電感和折算至一次側(cè)的負(fù)載電阻串聯(lián)并接在二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容的兩端，二次側(cè)電壓并接在二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容的兩端。根據(jù)建立的等效電路模型，建立電容式電壓互感器的轉(zhuǎn)移阻抗與一次側(cè)電流、二次側(cè)電壓的關(guān)系式。通過(guò)對(duì)等效電路中各元件的電壓、電流關(guān)系進(jìn)行分析，利用基爾霍夫定律和元件的伏安特性，列出電路方程。在某一特定頻率下，設(shè)一次側(cè)電流為I_1，二次側(cè)電壓為U_2，通過(guò)對(duì)電路中各元件的阻抗計(jì)算和電壓電流關(guān)系的推導(dǎo)，可以得到轉(zhuǎn)移阻抗Z_{transfer}與I_1、U_2的關(guān)系式：Z_{transfer}=\frac{U_2}{I_1}（這里的Z_{transfer}是一個(gè)復(fù)數(shù)，包含幅值和相位信息）。獲取一次側(cè)電流和二次側(cè)電壓，建立包括一次側(cè)電流、二次側(cè)電壓和等效電路模型中的雜散電容的三元非線性方程組。在實(shí)際測(cè)量中，利用高精度的電流傳感器和電壓傳感器分別測(cè)量一次側(cè)電流和二次側(cè)電壓。由于雜散電容對(duì)CVT的諧波傳遞特性有重要影響，將雜散電容（包括一次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、二次側(cè)繞組對(duì)地雜散電容、一次側(cè)與二次側(cè)繞組間耦合電容等）納入方程組中。根據(jù)電路理論和已建立的轉(zhuǎn)移阻抗關(guān)系式，列出包含一次側(cè)電流、二次側(cè)電壓和雜散電容的三元非線性方程組。根據(jù)預(yù)置算法求解三元非線性方程組，得到雜散電容的值。采用合適的數(shù)值計(jì)算方法，如牛頓-拉夫遜法等，對(duì)三元非線性方程組進(jìn)行求解。通過(guò)迭代計(jì)算，逐步逼近方程組的解，從而得到準(zhǔn)確的雜散電容的值。一旦得到雜散電容的值，就可以根據(jù)電路原理和已建立的等效電路模型，計(jì)算電容式電壓互感器的等效阻抗。根據(jù)電容式電壓互感器運(yùn)行時(shí)實(shí)測(cè)的一次側(cè)諧波電流信號(hào)，利用計(jì)算得到的等效阻抗，計(jì)算一次側(cè)諧波電壓信號(hào)。在已知等效阻抗和實(shí)測(cè)的一次側(cè)諧波電流信號(hào)的情況下，根據(jù)歐姆定律U=IZ（這里U為一次側(cè)諧波電壓，I為一次側(cè)諧波電流，Z為等效阻抗），可以準(zhǔn)確計(jì)算出一次側(cè)諧波電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容式電壓互感器諧波電壓的測(cè)量。4.2.3基于電容電流法的測(cè)量方法基于電容電流法的測(cè)量方法是一種在電容式電壓互感器（CVT）諧波測(cè)量中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的方法。該方法主要通過(guò)在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器，利用電容電流與電壓的關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波的準(zhǔn)確測(cè)量。在CVT的分壓電容器上加裝高精度電流互感器是該方法的關(guān)鍵步驟。具體來(lái)說(shuō)，在電容分壓器的分壓電容C_2上，通過(guò)特殊的安裝方式，接入高精度的電流互感器。電流互感器的作用是精確測(cè)量流過(guò)分壓電容C_2的電流，由于電流互感器的高精度特性，能夠準(zhǔn)確獲取電流信號(hào)中的諧波成分。在某一特定頻率下，設(shè)流過(guò)C_2的電流為I_{C2}，根據(jù)電容的基本特性I=C\frac{dU}{dt}（對(duì)于正弦交流信號(hào)，I=j\omegaCU，其中\(zhòng)omega為角頻率，C為電容值，U為電容兩端的電壓），在已知C_2的電容值和測(cè)量得到的I_{C2}的情況下，可以計(jì)算出電容C_2兩端的電壓U_{C2}。對(duì)于諧波信號(hào)，同樣可以利用這個(gè)關(guān)系進(jìn)行分析。當(dāng)存在n次諧波時(shí)，角頻率\omega_n=2\pinf（f為基波頻率），通過(guò)測(cè)量得到的n次諧波電流I_{C2n}，可以計(jì)算出C_2兩端的n次諧波電壓U_{C2n}：U_{C2n}=\frac{I_{C2n}}{j\omega_nC_2}。在實(shí)際應(yīng)用中，利用數(shù)據(jù)采集卡采集電流互感器測(cè)量得到的電流信號(hào)，通過(guò)諧波分析程序?qū)Σ杉降碾娏餍盘?hào)進(jìn)行深入分析。諧波分析程序可以采用快速傅里葉變換（FFT）等算法，將時(shí)域的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，從而獲取電流信號(hào)中各次諧波的幅值和相位信息。通過(guò)對(duì)各次諧波電流的分析，結(jié)合電容的特性和上述計(jì)算關(guān)系，能夠得到電容C_2兩端各次諧波電壓的幅值和相位。通過(guò)對(duì)CVT的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，結(jié)合電容分壓器的分壓特性以及電磁裝置的變換特性，建立從電容C_2兩端的諧波電壓到一次側(cè)諧波電壓的關(guān)系模型。在考慮雜散電容、負(fù)載等因素的影響下，通過(guò)對(duì)等效電路的分析和計(jì)算，可以得到一次側(cè)諧波電壓與C_2兩端諧波電壓的比例關(guān)系。設(shè)這個(gè)比例關(guān)系為k，則一次側(cè)n次諧波電壓U_{1n}=kU_{C2n}。通過(guò)這個(gè)關(guān)系，就可以根據(jù)測(cè)量得到的C_2兩端的諧波電壓，準(zhǔn)確計(jì)算出一次側(cè)的諧波電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT一次側(cè)諧波電壓的測(cè)量。4.3測(cè)量方法的對(duì)比與評(píng)估4.3.1不同測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)比較在電容式電壓互感器（CVT）諧波測(cè)量領(lǐng)域，傳統(tǒng)測(cè)量方法與新型測(cè)量方法各有優(yōu)劣，深入比較二者的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)于選擇合適的測(cè)量方法具有重要意義。傳統(tǒng)測(cè)量方法中，基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法應(yīng)用較為廣泛。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于測(cè)量過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，直接采集二次側(cè)輸出信號(hào)，利用傅里葉變換等算法進(jìn)行分析，就能獲取諧波相關(guān)信息。它不需要對(duì)CVT進(jìn)行復(fù)雜的改造，成本相對(duì)較低，在現(xiàn)有電力系統(tǒng)中易于實(shí)施。在一些對(duì)測(cè)量精度要求不高的場(chǎng)合，能夠快速地對(duì)諧波進(jìn)行初步測(cè)量和分析，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供一定的參考。這種方法存在明顯的局限性。由于CVT的設(shè)計(jì)基于工頻諧振條件，當(dāng)涉及諧波信號(hào)時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)導(dǎo)致變比發(fā)生顯著變化，從而產(chǎn)生較大的測(cè)量誤差。雜散電容和負(fù)載變化等因素也會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。在某110kV的CVT中，當(dāng)存在5次諧波時(shí)，變比的幅值和相位改變，使得測(cè)量誤差大幅增加，無(wú)法滿足高精度諧波測(cè)量的需求。新型測(cè)量方法中，基于插值法的測(cè)量方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)離線計(jì)算獲取不同參數(shù)組合下的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，能夠充分考慮CVT結(jié)構(gòu)參數(shù)的差異性以及溫度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。這種方法利用曲線擬合技術(shù)，獲得各次諧波在不同參數(shù)組合條件下的頻率響應(yīng)校正系數(shù)曲面圖，再通過(guò)二維線性插值和一維線性插值的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT諧波電壓的精確測(cè)量。在不同溫度條件下，該方法能夠根據(jù)溫度傳感器測(cè)量的結(jié)果，對(duì)諧波測(cè)量進(jìn)行精準(zhǔn)校正，有效提高了測(cè)量的準(zhǔn)確性。該方法的缺點(diǎn)是離線計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)CVT的銘牌參數(shù)進(jìn)行插值計(jì)算，對(duì)于操作人員的專業(yè)知識(shí)和技能要求較高。如果參數(shù)輸入錯(cuò)誤或計(jì)算過(guò)程出現(xiàn)偏差，可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確?；诘刃ё杩褂?jì)算的測(cè)量方法也有其自身的特點(diǎn)。它通過(guò)建立精確的等效電路模型，深入分析電路中的電流、電壓關(guān)系，計(jì)算等效阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電壓的準(zhǔn)確測(cè)量。這種方法能夠全面考慮電容分壓器、中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、阻尼器和負(fù)載等各個(gè)部分的參數(shù)以及它們之間的相互關(guān)系，對(duì)雜散電容的影響也能進(jìn)行準(zhǔn)確的分析和處理。在復(fù)雜的電力系統(tǒng)環(huán)境中，能夠較為準(zhǔn)確地測(cè)量CVT的諧波電壓，為諧波治理提供可靠的數(shù)據(jù)支持。該方法的計(jì)算過(guò)程涉及到復(fù)雜的電路分析和數(shù)學(xué)運(yùn)算，需要專業(yè)的知識(shí)和技能。建立等效電路模型時(shí)，需要準(zhǔn)確獲取CVT的各項(xiàng)參數(shù)，這在實(shí)際操作中可能存在一定的困難。求解三元非線性方程組以得到雜散電容的值，計(jì)算量較大，對(duì)計(jì)算設(shè)備的性能要求較高?；陔娙蓦娏鞣ǖ臏y(cè)量方法在諧波測(cè)量中也具有一定的優(yōu)勢(shì)。它通過(guò)在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器，利用電容電流與電壓的關(guān)系來(lái)測(cè)量諧波。這種方法的測(cè)量原理相對(duì)簡(jiǎn)單，能夠直接獲取電容電流信號(hào)，通過(guò)對(duì)電流信號(hào)的分析來(lái)計(jì)算諧波電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集卡采集電流互感器測(cè)量得到的電流信號(hào)，通過(guò)諧波分析程序進(jìn)行分析，能夠快速地得到諧波電壓的相關(guān)信息。該方法對(duì)電流互感器的精度要求較高，如果電流互感器的精度不足，會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。在安裝電流互感器時(shí)，需要確保其與分壓電容器的連接可靠，否則可能會(huì)引入額外的誤差。4.3.2測(cè)量方法的適用性分析不同的測(cè)量方法在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中具有不同的適用性，根據(jù)具體的需求和條件選擇合適的測(cè)量方法至關(guān)重要。在對(duì)測(cè)量精度要求不高，且電力系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定的情況下，傳統(tǒng)的基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法可以作為一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的選擇。在一些對(duì)諧波含量進(jìn)行初步監(jiān)測(cè)的場(chǎng)合，如小型變電站的日常巡檢中，這種方法能夠快速地獲取諧波的大致信息，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)提供基本的判斷依據(jù)。由于其測(cè)量誤差較大，對(duì)于一些對(duì)電能質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合，如大型數(shù)據(jù)中心、精密電子設(shè)備制造企業(yè)等的供電系統(tǒng)，這種方法就無(wú)法滿足要求?；诓逯捣ǖ臏y(cè)量方法適用于對(duì)測(cè)量精度要求較高，且需要考慮CVT結(jié)構(gòu)參數(shù)差異性和溫度影響的場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)的諧波監(jiān)測(cè)和分析中，如果需要對(duì)不同型號(hào)、不同運(yùn)行環(huán)境下的CVT進(jìn)行準(zhǔn)確的諧波測(cè)量，這種方法能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。通過(guò)離線計(jì)算得到的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，能夠根據(jù)CVT的實(shí)際參數(shù)和運(yùn)行溫度，對(duì)諧波測(cè)量進(jìn)行精確的校正，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。由于其計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，對(duì)操作人員的專業(yè)要求高，在一些對(duì)測(cè)量速度要求較高，且環(huán)境條件相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)合，可能不太適用?；诘刃ё杩褂?jì)算的測(cè)量方法適用于對(duì)測(cè)量精度要求極高，且能夠準(zhǔn)確獲取CVT各項(xiàng)參數(shù)的場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)的研究和開發(fā)中，如新型CVT的設(shè)計(jì)和測(cè)試、諧波治理方案的制定等，這種方法能夠提供詳細(xì)、準(zhǔn)確的諧波測(cè)量數(shù)據(jù)，為相關(guān)工作的開展提供有力支持。在實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，由于獲取CVT的各項(xiàng)參數(shù)可能存在困難，且計(jì)算過(guò)程復(fù)雜，該方法的應(yīng)用可能會(huì)受到一定的限制?；陔娙蓦娏鞣ǖ臏y(cè)量方法適用于對(duì)測(cè)量速度要求較高，且能夠保證電流互感器精度和安裝可靠性的場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷中，這種方法能夠快速地獲取諧波電壓信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的異常情況。在一些對(duì)測(cè)量精度要求不是特別高，但需要快速得到測(cè)量結(jié)果的場(chǎng)合，如電力系統(tǒng)的應(yīng)急搶修中，該方法能夠發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。如果電流互感器的精度無(wú)法保證或安裝不可靠，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性將受到嚴(yán)重影響。五、實(shí)驗(yàn)研究5.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c方案設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)的主要目的是對(duì)前文所研究的電容式電壓互感器（CVT）諧波傳遞特性及測(cè)量方法進(jìn)行全面的驗(yàn)證與分析。通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作，獲取真實(shí)的數(shù)據(jù)，以檢驗(yàn)理論分析和仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時(shí)評(píng)估不同測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，精心設(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)設(shè)備：選用一臺(tái)額定電壓為110kV的電容式電壓互感器作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，該CVT的具體參數(shù)如下：高壓電容C_1=8000pF，分壓電容C_2=1000pF，中間變壓器變比N=1000，補(bǔ)償電抗器電感L=1.01H，阻尼電阻R_D=5\Omega，電感L_D=4.5H。同時(shí)，準(zhǔn)備了高精度的信號(hào)發(fā)生器，用于產(chǎn)生不同頻率和幅值的諧波信號(hào)，作為CVT的輸入信號(hào)；配備了數(shù)字示波器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄CVT的一次側(cè)電壓、二次側(cè)電壓以及各元件的電流和電壓等信號(hào)；還準(zhǔn)備了高精度的電流傳感器和電壓傳感器，用于準(zhǔn)確測(cè)量一次側(cè)電流和二次側(cè)電壓，以及數(shù)據(jù)采集卡，用于采集電流互感器測(cè)量得到的電流信號(hào)。實(shí)驗(yàn)步驟：首先，將信號(hào)發(fā)生器、CVT和數(shù)字示波器等設(shè)備按照實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行連接，確保連接可靠且正確。然后，利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和幅值的諧波信號(hào)，將其作為CVT的輸入信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，逐步改變諧波信號(hào)的頻率和幅值，模擬不同的實(shí)際工況。在每個(gè)實(shí)驗(yàn)工況下，使用數(shù)字示波器分別測(cè)量CVT的一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓，并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。同時(shí)，利用電流傳感器和電壓傳感器測(cè)量一次側(cè)電流和二次側(cè)電壓，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集卡，通過(guò)諧波分析程序?qū)Σ杉降碾娏餍盘?hào)進(jìn)行分析，獲取電流信號(hào)中各次諧波的幅值和相位信息。對(duì)于基于插值法的測(cè)量方法，根據(jù)CVT的銘牌參數(shù)，利用二維線性插值的方法計(jì)算出在常溫下該CVT在不同結(jié)構(gòu)參數(shù)組合及不同溫度下各次諧波電壓的傳遞特性的校正系數(shù)，進(jìn)而由二次側(cè)輸出信號(hào)的快速傅立葉變換結(jié)果得到常溫下一次側(cè)各次諧波電壓信號(hào)的校正值。通過(guò)溫度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量CVT的運(yùn)行環(huán)境溫度，利用一維線性插值的方法對(duì)常溫下的校正系數(shù)進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)對(duì)CVT諧波含量的精確修正測(cè)量。對(duì)于基于等效阻抗計(jì)算的測(cè)量方法，根據(jù)建立的等效電路模型和轉(zhuǎn)移阻抗與一次側(cè)電流、二次側(cè)電壓的關(guān)系式，結(jié)合測(cè)量得到的一次側(cè)電流和二次側(cè)電壓，建立三元非線性方程組，采用牛頓-拉夫遜法等數(shù)值計(jì)算方法求解方程組，得到雜散電容的值，進(jìn)而計(jì)算出CVT的等效阻抗，根據(jù)實(shí)測(cè)的一次側(cè)諧波電流信號(hào)，計(jì)算出一次側(cè)諧波電壓信號(hào)。對(duì)于基于電容電流法的測(cè)量方法，在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器，測(cè)量流過(guò)分壓電容C_2的電流，利用電容電流與電壓的關(guān)系，計(jì)算出電容C_2兩端的諧波電壓，再通過(guò)建立的從電容C_2兩端的諧波電壓到一次側(cè)諧波電壓的關(guān)系模型，計(jì)算出一次側(cè)的諧波電壓。在完成所有實(shí)驗(yàn)工況的測(cè)量后，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析。將不同測(cè)量方法得到的諧波測(cè)量結(jié)果與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估不同測(cè)量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能存在的誤差來(lái)源，如測(cè)量?jī)x器的精度、信號(hào)干擾等，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。5.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)操作，獲取了豐富的數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，旨在驗(yàn)證理論分析和仿真結(jié)果的正確性，同時(shí)評(píng)估所提出測(cè)量方法的準(zhǔn)確性和可靠性。首先，針對(duì)諧波傳遞特性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變輸入信號(hào)的頻率和幅值，模擬不同的諧波工況，測(cè)量CVT的一次側(cè)電壓和二次側(cè)電壓，并計(jì)算傳遞函數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在低頻段，由于雜散電容的影響，傳遞函數(shù)出現(xiàn)了零點(diǎn)和極點(diǎn)，導(dǎo)致幅頻曲線呈現(xiàn)尖峰和低谷效應(yīng)，這與理論分析和仿真結(jié)果高度一致。當(dāng)諧波頻率為150Hz時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的傳遞函數(shù)幅值出現(xiàn)了一個(gè)明顯的尖峰，而在理論分析和仿真中也預(yù)測(cè)到了該頻率下的尖峰現(xiàn)象。這進(jìn)一步驗(yàn)證了雜散電容對(duì)CVT諧波傳遞特性的影響規(guī)律，即雜散電容與其他電路元件相互作用，在特定頻率下形成諧振條件，從而導(dǎo)致傳遞函數(shù)的異常變化。隨著總雜散電容數(shù)值的增大，零點(diǎn)和極點(diǎn)向低頻段轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象也在實(shí)驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。當(dāng)逐漸增大雜散電容的值，再次測(cè)量傳遞函數(shù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)的頻率明顯降低，這與理論分析和仿真結(jié)果相符。這表明在實(shí)際運(yùn)行中，雜散電容的變化會(huì)對(duì)CVT在低頻諧波下的傳遞特性產(chǎn)生顯著影響，需要在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中予以充分考慮。在負(fù)載變化對(duì)諧波傳遞特性的影響方面，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣驗(yàn)證了理論分析和仿真的結(jié)論。當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，CVT的傳遞函數(shù)幅值和相位也隨之改變。在輕負(fù)載情況下，傳遞函數(shù)幅值相對(duì)較大，相位變化相對(duì)較??；而在重負(fù)載情況下，傳遞函數(shù)幅值減小，相位變化增大。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)改變負(fù)載阻抗，分別測(cè)量了輕負(fù)載和重負(fù)載條件下的傳遞函數(shù)，結(jié)果與理論分析和仿真結(jié)果一致。這說(shuō)明負(fù)載變化是影響CVT諧波傳遞特性的重要因素之一，在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)負(fù)載情況對(duì)CVT的性能進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整。對(duì)于溫度因素對(duì)諧波傳遞特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了理論分析。在不同溫度條件下，測(cè)量CVT的傳遞函數(shù)，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，電容分壓器的電容量增加，導(dǎo)致分壓比發(fā)生變化，進(jìn)而影響CVT的諧波傳遞特性。電感和電阻元件的參數(shù)也隨溫度變化，改變了電磁裝置的阻抗，影響了諧波信號(hào)的傳輸。當(dāng)溫度升高20℃時(shí)，實(shí)驗(yàn)測(cè)得的電容分壓器的電容量增加了0.5%，相應(yīng)地，傳遞函數(shù)的幅值和相位也發(fā)生了明顯變化，這與理論分析和仿真結(jié)果相符合。這表明溫度因素在CVT的諧波傳遞特性中不容忽視，在實(shí)際運(yùn)行中，需要考慮溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，并采取相應(yīng)的補(bǔ)償措施。接下來(lái)，對(duì)不同測(cè)量方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以評(píng)估其準(zhǔn)確性和可靠性。在基于插值法的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)CVT的銘牌參數(shù)，利用二維線性插值和一維線性插值的方法計(jì)算校正系數(shù)，對(duì)二次側(cè)輸出信號(hào)進(jìn)行校正。將校正后的測(cè)量結(jié)果與實(shí)際輸入的諧波信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該方法能夠有效提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。在測(cè)量5次諧波時(shí)，校正前的測(cè)量誤差為15%，經(jīng)過(guò)插值法校正后，測(cè)量誤差降低到了5%以內(nèi)，滿足了高精度測(cè)量的要求?；诘刃ё杩褂?jì)算的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)建立等效電路模型，求解三元非線性方程組得到雜散電容的值，進(jìn)而計(jì)算等效阻抗，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電壓的測(cè)量。將測(cè)量結(jié)果與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。在測(cè)量7次諧波時(shí)，該方法的測(cè)量誤差在3%以內(nèi)，能夠準(zhǔn)確地測(cè)量CVT的諧波電壓，為諧波治理提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。基于電容電流法的測(cè)量方法實(shí)驗(yàn)中，在CVT分壓電容器上加裝高精度電流互感器，測(cè)量流過(guò)分壓電容的電流，通過(guò)電容電流與電壓的關(guān)系計(jì)算諧波電壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠快速地獲取諧波電壓信息，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷中具有優(yōu)勢(shì)。在測(cè)量3次諧波時(shí)，該方法能夠在短時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量出諧波電壓，測(cè)量誤差在4%左右，滿足了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，也發(fā)現(xiàn)了一些潛在的誤差來(lái)源。測(cè)量?jī)x器的精度會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，即使使用高精度的信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字示波器、電流傳感器和電壓傳感器等設(shè)備，仍然存在一定的測(cè)量誤差。信號(hào)干擾也是一個(gè)可能的誤差來(lái)源，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，周圍的電磁環(huán)境等因素可能會(huì)對(duì)信號(hào)的傳輸和測(cè)量產(chǎn)生干擾，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果出現(xiàn)偏差。為了減小這些誤差，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采取了一系列措施，如選擇高精度的測(cè)量?jī)x器，并定期對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)；對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行屏蔽，減少信號(hào)干擾；在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，采用多次測(cè)量取平均值的方法，以提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)意義實(shí)驗(yàn)結(jié)果為電容式電壓互感器（CVT）在實(shí)際電力系統(tǒng)中的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。在設(shè)計(jì)方面，通過(guò)對(duì)諧波傳遞特性的深入研究，明確了雜散電容、負(fù)載變化和溫度等因素對(duì)諧波傳遞的影響規(guī)律。在設(shè)計(jì)CVT時(shí)，應(yīng)更加注重雜散電容的控制，通過(guò)優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)和布局，減少雜散電容的產(chǎn)生，從而降低其對(duì)諧波傳遞特性的負(fù)面影響。在中間變壓器的設(shè)計(jì)中，可以采用特殊的屏蔽措施，減少繞組間的耦合電容，降低雜散電容的數(shù)值?？紤]到負(fù)載變化對(duì)諧波傳遞特性的影響，在設(shè)計(jì)CVT時(shí)，應(yīng)使其具有一定的負(fù)載適應(yīng)性。通過(guò)合理選擇補(bǔ)償電抗器的參數(shù)，使其在不同負(fù)載條件下都能有效地補(bǔ)償電容分壓器的內(nèi)阻抗，保證二次輸出電壓的穩(wěn)定性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)不同負(fù)載情況下的CVT性能進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，以提高CVT在不同負(fù)載條件下的諧波傳遞性能。針對(duì)溫度因素對(duì)諧波傳遞特性的影響，在設(shè)計(jì)CVT時(shí)，應(yīng)選擇溫度穩(wěn)定性好的電容和電感元件，減少溫度變化對(duì)元件參數(shù)的影響。在電容分壓器的設(shè)計(jì)中，選用溫度系數(shù)小的電容器，以保證電容值在不同溫度下的穩(wěn)定性。還可以在CVT中設(shè)置溫度補(bǔ)償裝置，根據(jù)溫度的變化自動(dòng)調(diào)整電路參數(shù)，以補(bǔ)償溫度對(duì)諧波傳遞特性的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以對(duì)不同測(cè)量方法進(jìn)行合理選擇。對(duì)于對(duì)測(cè)量精度要求不高，且電力系統(tǒng)運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定的場(chǎng)合，可以采用傳統(tǒng)的基于二次側(cè)輸出的測(cè)量方法，這種方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，能夠滿足基本的測(cè)量需求。在小型變電站的日常巡檢中，這種方法可以快速獲取諧波的大致信息，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)提供基本的判斷依據(jù)。對(duì)于對(duì)測(cè)量精度要求較高，且需要考慮CVT結(jié)構(gòu)參數(shù)差異性和溫度影響的場(chǎng)合，基于插值法的測(cè)量方法是一個(gè)較好的選擇。在大型電力系統(tǒng)的諧波監(jiān)測(cè)和分析中，需要對(duì)不同型號(hào)、不同運(yùn)行環(huán)境下的CVT進(jìn)行準(zhǔn)確的諧波測(cè)量，基于插值法的測(cè)量方法能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，通過(guò)離線計(jì)算得到的數(shù)學(xué)插值計(jì)算方程，根據(jù)CVT的實(shí)際參數(shù)和運(yùn)行溫度，對(duì)諧波測(cè)量進(jìn)行精確的校正，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。對(duì)于對(duì)測(cè)量精度要求極高，且能夠準(zhǔn)確獲取CVT各項(xiàng)參數(shù)的場(chǎng)合，基于等效阻抗計(jì)算的測(cè)量方法更為適用。在新型CVT的設(shè)計(jì)和測(cè)試、諧波治理方案的制定等工作中，需要詳細(xì)、準(zhǔn)確的諧波測(cè)量數(shù)據(jù)，基于等效阻抗計(jì)算的測(cè)量方法能夠通過(guò)建立精確的等效電路模型，準(zhǔn)確計(jì)算等效阻抗，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波電壓的高精度測(cè)量，為相關(guān)工作的開展提供有力支持。在對(duì)測(cè)量速度要求較高，且能夠保證電流互感器精度和安裝可靠性的場(chǎng)合，基于電容電流法的測(cè)量方法具有優(yōu)勢(shì)。在電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷中，需要快速獲取諧波電壓信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的異常情況，基于電容電流法的測(cè)量方法能夠快速測(cè)量諧波電壓，滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于電力系統(tǒng)的諧波測(cè)量和治理具有重要的指導(dǎo)意義。準(zhǔn)確的諧波測(cè)量是進(jìn)行諧波治理的前提，通過(guò)選擇合適的測(cè)量方法，能夠獲取準(zhǔn)確的諧波數(shù)據(jù)，為制定有效的諧波治理措施提供依據(jù)。在諧波治理中，可以根據(jù)測(cè)量得到的諧波數(shù)據(jù)，分析諧波源的位置和強(qiáng)度，采取相應(yīng)的治理措施，如安裝濾波器、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行方式等，以降低諧波對(duì)電力系統(tǒng)的危害，提高電能質(zhì)量。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，還可以為電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提供參考。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，定期對(duì)CVT進(jìn)行檢測(cè)和維護(hù)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中不同因素對(duì)諧波傳遞特性的影響，重點(diǎn)檢查雜散電容、負(fù)載變化和溫度等因素對(duì)CVT性能的影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題并進(jìn)行處理，確保CVT的正常運(yùn)行，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。六、結(jié)論與展望6.1研究成果總結(jié)本文圍繞電容式電壓互感器（CVT）的諧波傳遞特性及測(cè)量方法展開了深入研究，通過(guò)理論分析、建模仿真和實(shí)驗(yàn)研究等多種方法，取得了一系列具有重要理論和實(shí)踐價(jià)值的研究成果。在諧波傳遞特性方面，深入剖析了其影響因素。明確了雜散電容對(duì)諧波傳遞特性的顯著影響，當(dāng)考慮雜散電容時(shí)，在較低的諧波頻率范圍內(nèi)，傳遞函數(shù)會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)和極點(diǎn)，導(dǎo)致幅頻曲線呈現(xiàn)尖峰和低谷效應(yīng)，且隨著總雜散電容數(shù)值的增大，零點(diǎn)和極點(diǎn)向低頻段轉(zhuǎn)移