Kalibrerings teknologi udfordringer og modforanstaltninger for DC elektroniske strømtransformatorer

I moderne strømsystemer spiller DC elektroniske strømtransformatorer en vigtig rolle. De bruges ikke kun til højpræcis strømmåling, men fungerer også som nøgleredskaber for netoptimering, fejlafvikling og energistyring. Med den hurtige udvikling af højspændingsdirektestrøm (HVDC) transmissions-teknologi og dens globale anvendelse er kravene til ydeevnen af DC strømtransformatorer blevet stadig strengere, især med hensyn til målnøjagtighed og systemkompatibilitet. Derfor er kalibreringsteknologien for DC elektroniske strømtransformatorer blevet det afgørende for at sikre sikkert, stabil og effektiv drift af strømsystemerne.

1 Analyse af kalibreringsteknologi for DC elektroniske strømtransformatorer
1.1 Grundlæggende principper for kalibrering

Kalibreringen af DC elektroniske strømtransformatorer baserer sig på princippet om magnetisk-moduleret DC strømkomparator og fiber-optisk digital synkroniserings-teknologi. Herunder bruger den magnetisk-modulerede DC strømkomparator magnetisk-moduleret teknologi til at måle størrelsen af DC strømmen. Denne teknologi bygger på indflydelsen af det magnetfelt, der oprettes af strømmen, på jernkernen. I praksis, når strømmen går gennem hovedlederen, magnetiserer den den omkringliggende jernkerne. Den magnetiserede jernkerne påvirker strømmen i en sekundær spole gennem dens ændringer, og denne påvirkning kan bruges som grundlag for at måle størrelsen af strømmen i hovedlederen.

1.2 Sammensætning af kalibreringssystemet

Kalibreringssystemet for DC elektroniske strømtransformatorer består hovedsageligt af en DC strømkilde, forbindelsen og synkroniseringskonfigurationen mellem standardenheden og enheden under test, samt en højpræcis dataindsamlingsenhed. Designet og funktionen af hver del spiller en afgørende rolle for nøjagtigheden og pålideligheden af kalibreringsprocessen.

• DC strømkilden er ansvarlig for at levere en stabil og justerbar strøm til kalibrering. Dens design skal opfylde kravene til høj stabilitet og lav ripligning for at simulere strømtransformatorens ydeevne under forskellige strømbetingelser. For at opnå dette mål anvender strømkilden normalt præcise effektelektronikkomponenter og et lukket feedbackkontrolsystem for at justere outputtet i realtid og opretholde strømstabiliteten. Selv når belastningen ændres eller strømforsyningen fluktuere, kan den sikre nøjagtigheden af outputstrømmen.

• Når DC strømkilden leverer den grundlæggende strøm, er korrekt forbindelse og synkronisering af standardenheden og enheden under test nøglesammenhænge for at sikre nøjagtigheden af kalibreringsresultaterne. Standardenheden er normalt et højpræcist instrument, certificeret af staten, der leverer en strømmedværdi med kendt nøjagtighed som reference; enheden under test er strømtransformatoren, der skal testes. Under kalibreringsprocessen skal standardenheden og enheden under test operere i striks synkronitet for at sikre, at alle måledata erhverves under de samme driftsbetingelser.

1.3 Kalibreringsmetoder

Under kalibreringsprocessen for DC elektroniske strømtransformatorer spiller valget af kalibreringsmetoder en afgørende rolle for nøjagtigheden og pålideligheden af måleresultaterne. På-stedets kalibrering og laboratoriekalibrering har hver deres unikke fordele og ulemper. Den højpræcise digitale direkte målingsmetode giver en effektiv kalibreringsmulighed. Kalibreringsmetoderne for analoge og digitale outputs er specifikt tilpasset for strømtransformatorer med forskellige outputtyper for at tilpasse sig forskellige anvendelsesscenarier.

(1) Sammenligning mellem på-stedets kalibrering og laboratoriekalibrering

Der er betydelige forskelle mellem de to metoder med hensyn til metoder og miljøer:

• På-stedets kalibrering: Udføres direkte på installationsstedet for strømtransformatoren og kan afspejle indflydelsen af miljøfaktorer som temperatur, fugtighed og elektromagnetisk støj. Det er egnet til storudstyr, hvis installationssted er vanskeligt at flytte, eller hvis ydeevnen skal verificeres. Hvis der dog findes mange ugunstige faktorer på stedet, og miljøvariablerne ikke kan kontrolleres effektivt, vil kalibreringsnøjagtigheden sandsynligvis blive påvirket.

• Laboratoriekalibrering: Miljøet kan effektivt kontrolleres, og testbetingelserne kan præcist reguleres, hvilket forbedrer gentageligheden og nøjagtigheden af kalibreringen. Dog kan laboratoriemiljøet ikke fuldt ud simulere arbejdsscenarioet på stedet, og det er svært at analysere indflydelsen af miljøet på stedet på udstyrets ydeevne.

(2) Højpræcis digital direkte målingsmetode

Med hjælp fra højpræcist digital måleudstyr læses outputtet fra strømtransformator direkte og sammenlignes med den kendte standardværdi, så kalibreringsresultatet kan opnås hurtigt og effektivt, og fejlen i mellemliggende led reduceres.

(3) Kalibreringsmetoder for analoge og digitale outputs

Fordele ved denne metode ligger i at fuldt ud tage højde for outputegenskaberne for forskellige typer strømtransformatorer:

• Analog outputmetode: En højpræcis strømmåler anvendes til at læse outputværdien, og derefter sammenlignes den med standardværdien for kalibrering for at sikre nøjagtigheden af analog signalomforming og måling.

• Digital outputmetode: Under kalibreringsprocessen kombineres analyse-software og synkroniserings-teknologi til dataoverførsel og -behandling for at sikre, at kalibreringsnøjagtigheden opfylder kravene, hvilket er egnet til kalibreringsbehov for strømtransformatorer med digital output.

2 Udfordringer og løsninger i anvendelsen af kalibreringsteknologi for DC elektroniske strømtransformatorer
2.1 Støjreduktion på stedet

Ved anvendelse af kalibrering af DC elektroniske strømtransformatorer på stedet opstår alvorlig elektromagnetisk støj. Den skyldes det højspændingsnets elektromagnetiske miljø, herunder stråling fra kabler/udstyr og systemgenereret støj. Denne støj påvirker målenøjagtigheden, forårsager afvigelse i kalibreringsdata i HVDC-systemer og kan endda skade komponenter. Det fører både til øjeblikkelige fejl og langsigtede stabilitets/pålidelighedsproblemer.

For at tackle dette er det afgørende at optimere magnetisk skjoldstruktur. Princippet er at bruge materialer med høj permeabilitet til at opbygge et skjoldlag omkring følsomme dele, der blokerer eksterne magnetfelter. Ved design skal det aktuelle miljø (støjtype, intensitet, frekvens) vurderes, da disse påvirker skjoldets effektivitet. En lamelleret struktur med flere lag af materialer med forskellig permeabilitet fungerer bedre. For eksempel bruges materialer med høj permeabilitet i det ydre lag til at absorbere de fleste magnetfelter, og materialer med høj resistivitet i det indre lag til at blokere restfelter. Optimerede data for magnetisk skjolddesign er angivet i Tabel 1.

2.2 Digital synkroniseringspræcision

I kalibrering af DC elektroniske strømtransformatorer er synkroniseringspræcision kritisk. Kalibrering kræver ofte synkronisering af flere enheder/datakilder på forskellige steder. Data-præcision/pålidelighed afhænger af tids-synkronisering; små afvigelser forårsager unøjagtigheder, der påvirker effektiviteten/sikkerheden i strømsystemet. Vælg/optimér synkroniserings-teknologi og sammenlign fiber-optisk & GPS-synkronisering er vigtigt.

Ved valg/optimering er udfordringen at kontrollere komplekse strømmiljøer og bred geografisk fordeling for præcis synkronisering. I stærk støj mislykkes traditionelle metoder. Løsninger inkluderer introduktion af IEEE1588 Precision Time Protocol og anvendelse af præcis tidsmarkering/moderne kommunikation for synkronisering.

Fiber-optisk synkronisering, med høj hastighed og støjbestandighed, passer til højpræcise scenarier (f.eks. datacentre). Den påvirkes ikke af elektromagnetisk støj, der sikrer signalrenhed, men har høje installationsomkostninger. GPS-synkronisering er kostnadseffektiv, dækker store områder og passer til spredte netværk. Den bruger satellitsignal til tidsmarkering, men er mindre stabil under alvorlig støj. Synkroniseringspræcision sammenlignet under forskellige støj er angivet i Figur 1.

For at tacke disse udfordringer, vælg passende synkroniserings-teknologi baseret på anvendelsesmiljø og kalibreringsbehov. Prioriter fiber-optisk synkronisering for lav EMI, højpræcise scenarier. For geografisk spredte strømnæt, overvej GPS-synkronisering og optimér modtagers placering for at reducere signalforkastelse. Kombinering af begge tilføjer redundans, forbedrer synkroniseringspræcision og systempålidelighed.

3 Konklusion

I alt, ved at foretage dybdegående undersøgelser af kalibreringsteknologi for DC elektroniske strømtransformatorer og deres anvendelser, er det ikke kun af stor betydning for at forbedre ydeevnen og pålideligheden af strømtransformatorer, men også en nøglefaktor for at drive teknologisk innovation og bæredygtig udvikling af strømsystemer. I fremtiden, mens man fortsat optimerer kalibreringsteknologien, bør man også fokusere på ydeevnen af disse teknologier i praktisk anvendelse for at sikre, at de kan opfylde de høje standarder, der kræves af moderne strømnæt.