Kalibrerings tekniska utmaningar och motåtgärder för DC-elektroniska strömtransformatorer

I moderna elkraftsystem spelar DC-elektroniska strömtransformatorer en viktig roll. De används inte bara för högprecisionströmmätning utan fungerar också som viktiga verktyg för nätoptimering, felupptäckt och energihantering. Med den snabba utvecklingen av högspänningsdirektström (HSDS)-överföringsteknik och dess globala spridning har kraven på prestanda för DC-strömtransformatorer blivit allt mer strikta, särskilt när det gäller mätningens noggrannhet och systemkompatibilitet. Därför har kalibreringstekniken för DC-elektroniska strömtransformatorer blivit nyckeln till att säkerställa elnäts systemets säkra, stabila och effektiva drift.

1 Analys av kalibreringsteknik för DC-elektroniska strömtransformatorer
1.1 Grundläggande principer för kalibrering

Kalibreringen av DC-elektroniska strömtransformatorer bygger på principen om magnetmodulerad DC-strömjämförare och optisk fiberdigital synkroniserings teknik. Bland dessa använder magnetmodulerad DC-strömjämförare magnetmodulerings teknik för att mäta storleken på DC-strömmen. Denna teknik baseras på påverkan av det magnetfält som genereras av strömmen på järnkärnans magnetiska egenskaper. I praktiska tillämpningar magnetiseras den omgivande järnkärnan när strömmen flödar genom huvudledaren. Den magnetiserade järnkärnan påverkar strömmen i en sekundär spole genom sina förändringar, och denna påverkan kan användas som grund för att mäta storleken på strömmen i huvudledaren.

1.2 Sammansättning av kalibreringssystemet

Kalibreringssystemet för DC-elektroniska strömtransformatorer består huvudsakligen av en DC-strömkälla, anslutningen och synkroniseringskonfigurationen av standardutrustningen och den utrustning som ska testas, samt en högnoggrann datainsamlingsenhet. Designen och funktionen av varje del spelar en avgörande roll för kalibreringsprocessens noggrannhet och tillförlitlighet.

• DC-strömkällan är ansvarig för att tillhandahålla en stabil och justerbar ström för kalibrering. Dess design måste uppfylla kraven på hög stabilitет и низкую рябь на выходе, чтобы смоделировать работу трансформатора тока при различных условиях тока. Для достижения этой цели источник питания обычно использует прецизионные силовые электронные компоненты и систему обратной связи с замкнутым контуром для регулировки выхода в реальном времени и поддержания стабильности тока. Даже при изменении нагрузки или колебаниях источника питания он может обеспечивать точность выходного тока.

• När DC-strömkällan tillhandahåller den grundläggande strömmen är rätt anslutning och synkronisering av standardutrustningen och den utrustning som ska testas viktiga länkar för att säkerställa kalibreringsresultatens noggrannhet. Standardutrustningen är vanligtvis ett högnoggrant instrument som certifierats av staten, vilket ger ett strömvärde med känd noggrannhet som referens; den utrustning som ska testas är strömmätaren som ska testas. Under kalibreringsprocessen måste standardutrustningen och den utrustning som ska testas opereras i strikt synkroni för att säkerställa att alla mätdata erhålls under samma driftvillkor.

1.3 Kalibreringsmetoder

Vid kalibrering av DC-elektroniska strömtransformatorer spelar valet av kalibreringsmetod en avgörande roll för mätresultatens noggrannhet och tillförlitlighet. Påplatskalibrering och laboratoriekalibrering har varsin unika fördelar och nackdelar. Den högnoggranna digitala direkta mätmetoden erbjuder ett effektivt kalibreringsmedel. Kalibreringsmetoder för analoga och digitala utgångar är specifikt anpassade för strömtransformatorer med olika utgångstyper för att anpassa sig till olika tillämpningsområden.

(1) Jämförelse mellan påplatskalibrering och laboratoriekalibrering

Det finns betydande skillnader mellan de båda vad gäller metoder och miljöer:

• Påplatskalibrering: Det utförs direkt vid installationen av strömtransformatorn och kan återspegla påverkan av miljöfaktorer såsom temperatur, fuktighet och elektromagnetisk störning. Det passar för stora enheter vars installationsplats är svår att flytta eller vars prestanda behöver verifieras. Om det finns många ogunstiga faktorer på platsen och miljövariabler inte kan kontrolleras effektivt, kan kalibreringsnoggrannheten dock påverkas.

• Laboratoriekalibrering: Miljön kan effektivt kontrolleras, och testvillkoren kan precis regleras, vilket förbättrar kalibreringens upprepbarhet och noggrannhet. Men laboratoriemiljön kan inte helt simulera arbetsmiljön på plats, och det är svårt att fullständigt analysera påverkan av platsmiljön på enhetens prestanda.

(2) Högnoggrann digital direkta mätmetod

Med hjälp av högnoggran digital mätutrustning läses strömtransformatorns utgång direkt och jämförs med det kända standardvärdet, så att kalibreringsresultatet kan erhållas snabbt och effektivt, och felet i mellanled minskas.

(3) Kalibreringsmetoder för analoga och digitala utgångar

Fördelen med denna metod ligger i att fullt beakta utgångsegenskaperna hos olika typer av strömtransformatorer:

• Analog utgångsmetod: En högnoggrann strömätare används för att läsa utgångsvärdet, och sedan jämförs det med standardvärdet för kalibrering för att säkerställa noggrannheten i analog signalomvandling och mätning.

• Digital utgångsmetod: Under kalibreringsprocessen kombineras analysprogramvara och synkroniserings teknik för dataöverföring och -behandling för att säkerställa att kalibreringsnoggrannheten uppfyller kraven, vilket passar för kalibreringsbehoven av strömtransformatorer med digital utgång.

2 Utmaningar och motåtgärder vid tillämpning av kalibreringsteknik för DC-elektroniska strömtransformatorer
2.1 Påplats anti-störning

När man tillämpar kalibrering av DC-elektroniska strömtransformatorer på plats uppstår allvarlig elektromagnetisk störning. Det här kommer från högspänningsnätets elektromagnetiska miljö, inklusive strålning från kablar/utrustning och systemgenererat brus. Denna störning påverkar mätningens noggrannhet, vilket leder till kalibreringsdatavikningar i HSDS-system och kan till och med skada komponenter. Det orsakar både omedelbara fel och långsiktiga stabilitets/tillförlitlighetsproblem.

För att hantera detta är det viktigt att optimera magnetiska sköldstrukturen. Principen är att använda material med hög permeabilitet för att bygga en sköld runt känsliga delar, vilket blockerar externa magnetfält. Vid design bör man bedöma den faktiska miljön (störningstyp, intensitet, frekvens) eftersom dessa påverkar sköldningseffektiviteten. En lagerstruktur med flera lager av material med olika permeabilitet fungerar bättre. Till exempel använder yttre lagret material med hög permeabilitet för att absorbera de flesta magnetfält, och inre lagret använder material med hög resistivitet för att blockera restfält. Optimerade magnetiska sköldningsdesigndata finns i tabell 1.

2.2 Digital synkroniseringsnoggrannhet

Vid kalibrering av DC-elektroniska strömtransformatorer är synkroniseringsnoggrannhet kritisk. Kalibrering kräver ofta synkronisering av flera enheter/datakällor på olika platser. Datans noggrannhet/tillförlitlighet beror på tidsynkronisering; små avvikelser orsakar ofullständigheter, vilket påverkar elsystemets effektivitet/säkerhet. Val och optimering av synkroniseringsteknik samt jämförelse mellan optisk fiber och GPS-synkronisering är viktigt.

Vid val och optimering är utmaningen att kontrollera komplexa elförhållanden och geografiskt utspridda platser för korrekt synkronisering. I miljöer med stark störning misslyckas traditionella metoder. Lösningar inkluderar införandet av IEEE1588 Precision Time Protocol och användning av precist tidstämplar/modern kommunikation för synkronisering.

Optisk fibersynkronisering, med hög hastighet och motståndskraft mot störningar, passar högnoggranna scenarier (t.ex. datacenter). Den påverkas inte av elektromagnetisk störning, vilket garanterar signalrenhet, men har höga distributionskostnader. GPS-synkronisering är kostnadseffektiv, täcker stora områden och passar utspridda nätverk. Den använder satellitsignaler för tidstämplar men är mindre stabil under stark störning. Jämförelse av synkroniseringsnoggrannhet under olika störningar finns i figur 1.

För att hantera dessa utmaningar väljer du lämplig synkroniseringsteknik baserat på tillämpningsmiljö och kalibreringsbehov. Prioritera fiberoptisk synkronisering för låg EMI och högnoggranna scenarier. För geografiskt utspridda elförnät överväg GPS-synkronisering och optimera mottagarnas placering för att minska signalkörning. Att kombinera båda för att lägga till redundantitet ökar också synkroniseringsnoggrannheten och systemets tillförlitlighet.

3 Slutsats

Sammanfattningsvis, genom att utföra djupgående forskning om kalibreringstekniken för DC-elektroniska strömtransformatorer och deras tillämpningar, är det inte bara av stort värde för att förbättra strömtransformatorernas prestanda och tillförlitlighet, utan också en viktig faktor för att driva teknisk innovation och hållbar utveckling av elkraftsystem. Framöver, medan kalibreringstekniken fortsätter att optimeras, bör också uppmärksamhet ägnas åt prestandan av dessa tekniker i praktiska tillämpningar för att säkerställa att de uppfyller de höga standardkraven för moderna elkraftnät.