电压的测量范文

电压的测量范文（精选11篇）

电压的测量 第1篇

题目为了测量量程为3 V的电压表V的内阻( 内阻约3000Ω) ,实验室可以提供的器材有()

电流表A1,量程为0. 6 A,内阻约0. 1Ω.

电压表V1,量程为5 V,内阻约3500Ω.

电阻箱R1,阻值范围为0 ~ 9999. 9Ω,阻值最小改变量为0. 1Ω.

电阻箱R2,阻值范围为0 ~ 99.9Ω,阻值最小改变量为0.1Ω.

滑动变阻器R3,最大阻值约为100Ω,额定电流1. 5 A.

电源E,电动势约为6 V,内阻约为0. 6Ω.

单刀单掷开关K,导线若干.

( 1) 请从上述器材中选择必要的器材,设计一个测量电压表V的内阻的实验电路,画出电路原理图( 图中的元件要用题中相应的英文字母标注) ,要求测量尽量准确.

( 2) 写出计算电压表V的内阻RV的计算公式 .

解析: 结合题目中提供的实验器材,可以把待测电压表分别与电流表、电压表、电阻箱进行组合,分别设计出测电压表内阻的实验方案.

一、伏安法

“伏安”法是利用电压表和电流表测电阻的一种方法,由于待测电压表可直接测得自身两端电压值U,因此运用提供的电流表直接或间接测出待测电压表的电流I,代入公式R = U/I,可得出待测电压表的内阻RV.

方法1: 如图1所示,将待测电压表与电流表直接串联接入电路,待测电压表能够测出本身电压U,通过电流表测出流过待测电压表的电流I,代入公式RV= U / I即可求出待测电压表的内阻RV.

由于滑动变阻器最大阻值远小于被测内阻值,为了满足多测几组数据,利用作图法求电压表的内阻,应选用滑动变阻器分压式电路.

点评: 此电路中由于电压表的电阻约为3000Ω,电压表的量程为3 V,因此电路中最大电流为I =3/3000A = 1. 0 m A,电流表A1量程为0. 6 A,电路中最大电流远不到电流表满偏电流的1 /3,此法不科学.

方法2: 如图2所示,将待测电压表与一定值电阻R( 电阻箱代替) 并联后再与电流表串联接入电路,通过电流表测出待测电压表与定值电阻的电流之和I,通过待测电压表测出定值电R2( 电阻箱代替) 的电压U,从而求出流过定值电阻的电流IR( IR=U / R2) ,计算出流过待测电压表的电流IV=I - IR,代入公式即可求出待测电压表的内阻RV.

要想电流表示数明显,则定值电阻( 电阻箱代替) 接入阻值应较小,因此选择电阻箱R2即可. 同样,滑动变阻器采用分压式电路.

点评: 此电路中流过待测电压表的最大电流I =3/3000A =1. 0 m A,而提供的电流表的量程为0. 6 A,读数时要求不小于满偏电流的1 /3,即0. 2 A,流过定值电阻的电流远远大于流过待测电压表的电流,因此在实验操作中,电流表的示数与定值电阻的电流几乎完全一样,所以通过I = IA- IR无法计算出流过待测电压表的电流. 此法不科学.

总结: “伏安”法是电学实验中最基本、最常见的一种方法,也是我们设计实验优先考虑的方法. 由于没有考虑电表的量程,没有意识到电流表测量的不准确性,绝大多数考生解答此题,毫不犹豫地套用“伏安”法,其中少数学生虽然注意到电表的量程,但由于创新能力差、考虑不深入而只设计出方法二的电路( 如图2) .

二、伏伏法

“伏伏”法是利用两个电压表测电阻的一种方法,这一方法是运用提供的电压表间接测出待测电压表的电流.如图3所示,将待测电压表V与电阻箱串联后再与电压表V2并联,调节R3,测得待测电压表V的示数U,电压表V2的示数U2,电阻箱R1的读数R1,由欧姆定律求得流过电阻R1的电流此电流与通过待测电压表的电流相等I = IR,待测电压表的电阻为RV= U / I.

由于滑动变阻器最大阻值远小于被测内阻值,为了满足多测几组数据,利用作图法求电压表的内阻,应选用滑动变阻器分压式电路.

点评: “伏伏”法是利用两块电压表测电阻的一种方法,这一方法的创新思维是运用电压表测电流( 或算电流) ,此方法适用于电流表不能用或没有电流表等情形. 设计电路时不仅要考虑电压表的量程,还要考虑滑动变阻器分压与限流的连接方式.

总结: “伏伏”法也是常见的方法,由于学生考虑不严密、创新能力没有达到一定高度,只有少数有创新理念的考生用此种方法设计实验.

三、伏阻法

“伏阻”法是利用电压表和电阻箱测电阻的一种方法,这一方法是运用提供的电阻箱间接测出待测电压表的电压或电流.

方法1: 如图4所示,待测电压表与电阻箱串联后接入电路,将电阻箱的阻值调到零,调节滑动变阻器R3的阻值,使电压表达到满偏,调节电阻箱R1的阻值,使电压表达到半偏,此时电阻箱R1的阻值R等于电压表的内电阻RV,即R = RV.

点评: 这一方法的创新思维是运用“恒压半偏”原理,,即实验中要求电路中b P间电压恒定不变. ( 1)因需调节R1使电压表由满偏至半偏,故选电阻箱的最大值应不小于电压表的内阻,电阻箱选R1. ( 2) 在不移动P的情况下调节变阻箱R1时要求b P间总阻值恒定,而并联电路中总阻值取决于小电阻,即滑动变阻器b P间的阻值比RV小得越多,相对误差越小,本题中提供的滑动变阻器为100Ω,实验误差相对较大,此法不太理想.

方法2: 如图5所示,将待测电压表与电阻箱串联,与电源组成闭合回路,由于电源的电动势和内阻没有准确给出,先调节电阻箱阻值,使电压表指针指在中间刻度线,记下电阻箱R1的阻值R1,有:调节电阻箱阻值,使指针指在满偏刻度,记下电阻箱的阻值R2,有:解12式得: RV= R1- 2R2- r.

点评: 这一方法的创新思维也可称为“半偏法”,即实验中利用串联知识,列出一组方程,通过运算求得待测电压表的内阻. 虽然电源内阻相对电压表内阻小很多,可以忽略,但本实验中由于电源的电动势和内阻没提供确定数值,因此无法求出电压表内阻的准确值,就本题而言,此法还是不科学.

总结: 由于“半偏”法在平时学习中一般较少出现,所以只有极少数学生用此法设计实验的,由于考虑不周全,用此法测出的内阻值作为了实验结果.

在测电压表内阻实验中,我们既可以利用提供的电流表采用“伏安”法设计实验,也可以利用提供的电压表采用“伏伏”法设计实验,还可以利用提供的电阻箱采用“伏阻”法设计实验. 根据本题目中提供的实验器材,实验设计采用“伏伏”法测电压表V的内阻比较科学.

《测量电压》教学反思 第2篇

通过类比的方式得到电压的概念，让学生知道电压是形成电流的原因，而电源的作用就是提供持续的电压。结合实际，我还谈了干电池的型号与电荷量的关系，使他们知道一号电池与七号电池只是容量和用途的区别，其两端电压是相同的，因此，当把一号电池用七号电池代替时，对小灯泡的作用是相同的，从而加深了他们对电压的理解。通过了解人体安全电压，关注安全用电问题，懂得珍爱生命。不仅关注了学生学习的结果，更关注了学生学习的过程促进了学生的人文教育，学生的各种学习能力都得到培养。在教学中让学生形成了这样的知识类比：

水压——水流——对水轮机做功（通过水轮机做功时水流不减小）

电压——电流——对小灯泡做功（通过小灯泡做功时电流不减小）

再在此基础上让学生根据类比推断串并联电路中电压的特点，对于他们掌握电压知识还是大有好处的。

二、电压表的认识教学处理

由于有了电流表的认识与学习体验，学生们可以根据教材中提供的电压表说明书打出其中与电流表不同的地方进行探讨，这类知识的迁移对于电压表的认识与使用教学来说是非常有必要的，而且也是省时省力的。

学生能够很容易找到他们量程不不是并能够正确读取电压表的刻度；他们能够同样看到“正入负出”的要求及“快速试触”选择量程的方法，教学中完全可以一带而过；当看到“电压表必须并联在被测电路的两端时”，展开了讨论：“为什么电压表需要与被测电路并联？其在电路中是否与电流表一样相当于导线？如果与被电路串联会出现什么后果？”为此，我在黑板上用实际电路让他们看到了电压表串联后的结果，并进一步告诉他们：电压表在电路中相当于开路，串联后会造成电路相当于被开路，用电器中几乎是没有电流的。（问题1：为什么与用电器串联后灯泡不发光，电压表却测量了电源电压？）也就是说，电压表也可以直接测量电源电压而不会短路。对此，学生通过实际操作得到了印证。类比观察电流表的方法，观察电压表，并阅读电压表说明书。通过问题、阅读、讨论、和实验，自己探究并发现电压表的使用特点，不仅学到了物理知识，而且进一步认识和学习了科学探究的一般方法；通过合作探究，他们的合作意识进一步加强。

三、串并联电压特点的探究教学：

对于串并联电路的电压特点的认识其实并不是真正的难点，课堂中我让学生通过测实际测量并记录数据，让他们直接分析得出结论，孩子们都能很快的得到正确结论，即串联分电压而并联等电压。在这部分的处理上，由学生合作探究完成实验，增加了学生动手的机会，由“静”变为“动”，由观察者变为操作者，由动脑变为手脑并用。在此基础上我再提出多将实验的问题：即为什么要进行多次实验？如果实验次数过少会在实验数据中出现什么样的问题或得出什么样的错误结论？怎样进行多次实验，不同的方法（更换不同型号的灯泡方法与改变电源电压）会有什么样的数据变化？学生通过实验的反思和实验方法的调整，调动了学生学习的积极性，有利于学生观察能力、自学能力、实验能力和创新能力的提高。

而这里的难点却出现在了课堂练习上：即电压表测量的到底是哪部分电压问题。（问题2：如何判断电压表与谁并联，有没有更简洁的方法？）因为在作业题中往往是很难直接看出电压表是与谁并联的，有时还会出现由于开关的控制形成电压表的测量对象改变问题，学生们头痛不已。由于课堂容量的局限性，老师根本没有多少时间进行比较全面的问题疏理，也形成了课堂中学生一听就懂，课后一做就错的现象，应该说这是课堂教学内容与课后练习相脱节造成的。所以说，对于电压的课后练习的讲解与分析还是一个非常重要的环节，它有利于让学生对电压的知识进行更深层次的剖析。

四、反思教学：

电压的教学重点是实验与探究，让学生在实际操作中发现问题，解决问题，从而建立起关于电压的知识构成是本节课成功与否的关键。“教然后知不足”，本身感到很成功的课堂教学，也难免有疏漏、失误之处，也会有遗憾和感慨。我在教学的过程中，我给学生交流的广度和深度不够，基本上把视野投放于教材之中，踏实于教材却没有能够脱离教材，没有把知识提升到一定的高度，没有照顾到可能有不同想法的这一部分同学来进一步发表意见，师生共同探讨，以让问题进一步拓展和延伸，直接导致了学生对于本节课知识能够听懂，能够记住结论，却不能够进行拓展，举一反三，使学生的课后练习有了知识高度上的障碍。

电压的测量 第3篇

【关键词】电压测量；原因分析；解决办法

引言

塔西南油气开发部和田河作业区康明斯4×2000kW燃机电站建成投产。前期的和田河作业区的单井用电和处理厂用电都是采用安装在几个单井和处理厂的小型柴油发电机组形成相对独立的几个供电孤网构成，造成继电保护千差万别、设备型号五花八门对设备运行和维护带来了许多不便和隐患。

一、事件经过

2014年2月17日23时，电站值班人员发现微机监控显示35kV母线C项电压为零，BC相19.7kV、AC相19.7kV、AB相35kV。值班人员到35kV配电室检查发现电压互感器柜过电压消谐装置报警，现场表计显示母线C项电压为零，运行24小时之后又出现35kV系统B相电压为零。随后投入电压互感器运行系统电压显示正常。但运行一周后依旧出现以上叙述的35kV系统电压显示不正常，同时检查电压互感器时一次保险又有断路的现象。当第三次故障出现时检修人员对故障现象记录一一进行系统的分析。

造成几次35kV配电室母线电压显示不正常的直接原因是电压互感器一次保险断路或称烧断，35kV配电室与外界有联系的开关柜只有AHH0進线柜和AHH1油气集输柜。而就在配电室电压显示异常故障出现的几天里，35kV线路M-5、M-6井变压器跌落式熔断器进行过更换熔丝和熔管支架的几次操作。进一步调查确定第一次电压显示异常，与M-5井变压器跌落式熔断器C相熔丝套管和熔丝烧毁是同一天。而第二次电压显示异常，与M-6井变压器跌落式熔断器B相熔丝套管和熔丝烧毁是同一天。据此判断电压互感器的一次保险烧断的故障与35kV线路上户外跌落式熔断器烧毁故障有着必然的联系。

二、原因分析

户外跌落式熔断器的工作原理是；当线路中通过的电流大于安装在熔丝套管内的熔丝的额定电流时熔丝就会烧断，而靠绷紧的熔丝获得的支持力就会突然消失。此时熔丝套管在重力的作用下与线路侧支架迅速分断开或者说跌落开，从而将故障回路的设备与带电线路分断开，此时熔断器处在熔断状态在故障点的线路侧出现明显的断开点便于故障的检修处理。对现场遗留烧毁的户外跌落式熔断器熔丝套管进行分析得出造成电压互感器一次保险烧断的原因有以下几点：

1、在熔丝烧断后熔丝套管没有在重力的作用下跌落下来，所以没有与线路侧的支架分开以至于线路上的线电压经过变压器的两相绕组后加在了熔丝套管两端。

2、虽然熔丝套管具有一定的绝缘性能但在套管内的残留的熔丝缩短了套管的绝缘距离使熔丝套管真正的绝缘距离也就5厘米左右，线路上的电压就集中在这5厘米左右的绝缘熔丝套管上使其始终处在放点发热的状态中直至烧断为止，发热点主要就在熔丝断开点附近这一点。

3、当熔丝套管烧断的瞬间大电流消失同时系统中发生电压波动，因此只有0.5--1A的互感器一次保险必然会烧断。

4、整个户外跌落式熔断器的安装角度与水平方向接近垂直，使得依靠自身重量来分断的熔丝套管不能获得分断动力或动力不足。如果这一安装角度与水平面垂直熔丝套管将没有分断能力。

5、安装套管中熔丝过于绷紧，使得熔丝投入运行时受力过大同时在线路负荷电流的综合作用下，熔丝往往很容易就烧断甚至在送电的瞬间就烧断。再或者安装套管中熔丝时过于松弛会使熔丝套管的支持力由套管本身直接作用在绝缘支架的两端触头上，当熔丝烧断后熔丝套管就卡在绝缘支架的两端触头上是不会落下分断开线路的。

6、综上所述最终还是一次回路或说是高压设备故障导致电压测量显示异常，由此可见架空线路一次回路的设备故障依旧会影响到相关联二次回路或设备甚至更深远。

三、解决方法

根据故障产生的原因特制定以下几方面的处理方法；首先，将所有户外跌落式熔断器的安装角度调整到规范要求的与垂直方向15°--- 30°夹角，使熔丝套管分断时能够获得足够的重力作用。

其次，查阅资料以及厂家交流得知一般熔丝套管在经过3次短路故障或长期运行8年以上必须更换，因此将全部户外跌落式熔断器的熔丝套管进行更换。

第三，以每三个熔丝套管和三个熔断器支架为一组调整熔断器上下鸭嘴的距离，使鸭嘴距离与之匹配的熔丝套管的总长相等，再整熔丝套管内的熔丝绷紧程度使弹簧卡子保持在总行程的1/2处，使熔丝不会轻易烧断同时就算在烧断时受力合理不会发生卡阻现象。

最后，分断分区域指派专人检查35kV架空线路的绝缘部件，填写检查确认单逐项检查确认，消除线路中存在的一些隐患。

四、总结

经过此次事件的处理我们觉得在日常工作中往往会对故障现象想当然的采取一些简单推理，不会进一步分析和思考。其实养成良好的故障原因分析的习惯对今后的设备运行和维护有着至关重要的意义。因为在对故障原因分析和查找的过程本身就是对人员的一次训练，同时也是对设备的一次大检修。现在重头想来道理也很简单，电压互感器的一次保险一般情况下不容易烧断，另外从它安装的部位就不难判断其主要是防止外部过电压对互感器的损害。值得一提的是再次故障全面检查处理过程中我们还发现了一些其它的线路隐患。

同时在处理故障时应培养善于排除常规现象的思想以及要有怀疑最不可能有故障的部位和设备往往才是故障的根源所在的意识。同时我们发现在工作中故障现象千差万别但原理其实大同小异，在忙于现场动手操作的同时也应该加强我们的电工基础理论知识的学习和巩固以便在今后的工作中提高效率，因此我们以这次故障排查及分析的实例来供大家分享，希望对大家有所帮助。

参考文献

[1]《电修手册》.机械工业出版社.周希章主编.

电压的测量 第4篇

近几十年来,电力系统向大电网、高电压和远距离输电发展,虽然对提高经济效益、促进环境保护起到了重要作用,但是也给电力系统的安全运行带来了新的问题,电压失稳就是其中之一[1]。电压稳定性的离线分析不仅计算量大,而且难以适应实际系统运行方式的改变,因而电压稳定性的实时监视和控制逐渐变得重要[2]。

20世纪90年代初,基于全球定位系统(Global Positioning System,GPS)的相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的成功研制,标志着同步相量(Synchrophasor)技术的诞生。它在电力系统中的广泛应用,促进了大电网广域测量/监视系统(Wide-Area Measurement/Monitoring System,WAMS)的形成和发展。现代电网的规模不断扩大,动态特性非常复杂,电压在线稳定性监测越来越需要从系统整体来考虑。WAMS能实现广域电网运行状态的在线同步测量,借助于高速通信网络还可将测得的相量数据进行汇总,这就为实现全局型的电压稳定性在线监测创造了条件[3]。因此,探索一种基于广域测量系统的电压稳定综合动态监测和分析的在线应用算法具有重要的意义。

1 WAMS的基本原理

WAMS的基本原理可用图1来说明。在发电厂和变电站安装相量测量单元(PMU),它对母线电压和线路电流进行三相交流采样,采用相量算法计算正负零序相量、频率和功率,对于发电厂还得到机组的内电势相量,然后由GPS接收器提供的高精度时钟信号将测量结果打上时标,继而遵循共同的接口协议(如IEEE 1344标准)将带时标的相量数据打包并通过高速通信网络传送到数据中心,数据中心对各子站的相量进行同步处理和存储,并可计算系统惯性中心角度和各机组、母线的相对相角,进一步由相应的应用程序,对相量数据执行实时评估以动态监视电网的安全稳定性,或进行离线分析,为系统的优化运行提供依据,进一步与控制结合起来,提高电网的安全稳定水平和传输能力。

2 监测的内容和分析方法

2.1 电压越限监测

电压失稳的判据可为母线电压下降,平均值持续低于限定值。具体的电压数值和持续时间可以根据系统具体情况设定。根据WAMS采集的电压相量信息,实时监测系统电压的分布,当出线异常状态(稳态越限、暂态越限)时,进行报警、启动录波等功能。

具体实现时,用一组包含电压跌落的门槛值和可接受的最大持续时间的二元表来描述每个节点对暂态电压跌落可接收性的要求。

2.2 电压稳定指标监测

目前常用的静态电压稳定指标有灵敏度[4]、负荷裕度[5]、最小特征值(奇异值)[6]、L指标[7]等。但这些方法都需要不同程度的复杂计算,应用于电力系统在线监控时存在一定的困难,文献[8]指出了这些指标线性很不好,它们都不能预报系统接近崩溃点的程度。

在本电压监测系统中,支路采用如图2所示的典型Π型等值模型,支路在线电压稳定指标为:

文献[9]给出了该指标的定义。其中Pkj,Rk,Vki,θk,δk分别表示与该母线相连的其中一条输电支路k末端(根据有功流向确定支路的首段和末端)的有功、电阻、首端电压幅值、支路阻抗角、支路两端相角差。监测母线的电压稳定指标定义为:

其中:LVSIk代表与该母线相连的支路k的电压稳定指标;S代表与该母线相连的总支路个数。当VSI等于1时,意味着该母线已达到电压崩溃点(传输能力极限)。此时,负荷若进一步增加,系统即发生电压崩溃/失稳。VSI与1的距离间接反映该母线的电压稳定裕度。

3 VSI指标在WAMS中的具体实现

由VSI的表达式可以看出,支路参数Rk,θk是影响VSI精度的根本原因,其他量Pkj,Vki,δk都是实际的状态量,VSI在实际工程中的在线应用有以下几种情况。

3.1 单个母线装有PMU

在实际高压输电系统中,一个母线往往和多条支路相连,根据支路有功流向确定支路的首端和末端。在系统某一负荷水平下,该母线可能是一条支路的首端,是另一条支路的末端,那么VSI的在线计算又有以下两种方法。

3.1.1 PMU在支路末端

假如k支路j侧装有PMU,可以知道某一时刻的Pkj,Qkj,Vkj。对于图2的电力系统模型图,根据有功流向,令i为发端侧,电压相量为Vki∠δki,注入功率为Pki+jQki,j侧输出功率为Pkj+jQkj,阻抗Zk∠θk=Rk+jXk,j Bk/2为支路两端的等值导纳。通过等值阻抗靠i侧的功率为Pki'+jQki',通过等值阻抗靠j侧的功率为Pkj'+jQkj'。支路参数Rk,Xk,Bk,θk已知,可得:

当以j的相电压Vkj为参考相量,即,cosϕ2已知,对应的电压相量图如图3所示,可求得支路首端的相电压:

那么支路首端的电压幅值为

从相量图中可以求得支路两端电压的相角差:

将已知的Pkj,δk和公式(7)、(8)求得的Vki,δk代入公式(1)、(2)即可求得该母线的电压稳定指标。

3.1.2 PMU在支路首端

假如k支路i侧装有PMU,可以知道某一时刻的Pki,Qki,Vki,由式(2)可求得Pki',Qki',支路k的有功损耗:

支路末端的有功:

当以i的相电压Vki为参考相量,I1,cosϕ1已知,对应的电压相量图如图4所示,可求得:

从相量图中可以求得支路两端电压的相角差:

将已知的Vki,θk和式(10)、(12)求得的Pkj,δk代入公式(1)、(2)即可求得该母线的电压稳定指标。

3.2 支路两端母线装有PMU

在支路两端装有PMU这种情况下,不仅按照上面提到的方法求得支路两端各母线的电压稳定指标VSI,可以采用另外的方法求得该支路的电压稳定指标,具体实现该指标分以下两种情况。

3.2.1 不计支路导纳的影响

由于支路两端装有PMU,可以同时知道支路两端的Vki,V kj,Pki,P kj,Qki,Qkj,δki,δkj支路参数Rk,Xk,θk,δk可分别由式(13)~(16)在线求得:

将Vki,Pkj,Rk,θk,δk代入式(1)、(2)求得Vsi值。

3.2.2 计及支路导纳的影响

在这种情况下,至少应知道支路两端的导纳BK/2,根据公式(3)、(4)分别求得Pki',Pkj',Qki',Qkj'将公式(13)、(14)中的Pki,Pkj,Qki,Qkj分别替换为Pki',Pkj',Qki',Qkj'求得Rk,Xk,代入式(15)求得θk,由式(16)求得δk,Vki,P kj,Rk,θk,δk代入式(1)、(2)求得Vsi值。

该指标用于广域静态电压稳定在线监测与分析的流程框图如图5所示。

根据仿真和经验设置比较合理的电压预警槛值,当指标越过某一槛值时进行相应级别的电压报警,并将最弱连接支路显示出来。当改变系统负荷时,要观察全网所能计算出的LVSIk变化情况,对最弱支路在线分析引起LVSIk增大的原因,和电压稳定控制接口,采取有效的措施(改变发电机出力或进行无功补偿等)提高最弱联络支路的电压稳定水平。

4 仿真结果分析

本监测算法应用于EPRI-36系统中,以电力系统综合分析程序(WPSASP)潮流输出结果作为实测数据,采用连续稳态潮流的方法,逐渐增加系统某一母线、某一区域以及全系统的负荷使系统趋于电压崩溃,对本文的在线电压稳定指标进行验证,仿真结果表明不同的负荷增长模式下,系统趋于电压崩溃的路径不同,但LVSIk同样能很好地反映系统各支路电压稳定的变化情况,在系统临近电压崩溃点时,总有一支路的LVSIk值最大且接近于临界槛值1。因为篇幅关系,在此仅以恒功率因数(0.95)逐渐增加全网负荷直到系统临近电压崩溃为例来说明问题,几条代表支路的LVSIk指标曲线仿真结果见图6所示。

在此仿真事件中,母线BUS20的电压下降最快最低。从图6可以看出,支路24的LVSIk值始终是最高的,则该支路是系统的最弱支路。但最弱支路24却并不与母线BUS20相联,这就说明了不能简单的根据母线电压的降落大小判断系统电压的稳定水平,系统发生电压崩溃可能发生在电压变化并不明显的其他支路上。支路10、32的LVSIk曲线出现了两次转折,有功潮流发生两次转移,临近电压崩溃点其LVSIk上升特快,这说明了发生电压崩溃的突然和速度之快。

所以,系统趋于电压崩溃的过程中,本电压稳定动态检测算法求得的结果能有效地反映系统各支路电压稳定水平的变化情况。

5 结语

广域测量系统的迅速发展和广泛应用为大电网电压稳定性的在线监测奠定了基础。本文利用支路电压稳定指标LVSIk,结合WAMS的实际工程应用背景,提出了一种基于WAMS的电压稳定动态监测具体实现方案。该方案只对系统安装PMU的节点电压实时监测,具有计算简便快捷的优点,从而更趋于实用。

参考文献

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初中物理测量电压教案 第5篇

2.注重学生差异，力求全面提高。叫学生回答问题是检查学生学习情况的的一个方法，很多老师在上公开课时，为了保证自己表面上的教学质量，总是叫成绩好的学生回答问题，而我却注重了好(钱宇辰、沈詹森等)中(徐雨晴、魏嘉希、赖东衡、胡安邦等)差(胡锦程等)学生的综合，以检查这节课的教学效果。

3.注重对学生的鼓励。初中学生是半大孩子，喜欢表扬和鼓励，适时的掌声会激励他们的学习兴头。这堂上，当他们回答问题正确时，都给予他们掌声，尤其是胡锦程回答了问题后，掌声更是热烈，可以说整个一堂课从掌声中开始，在掌声中结束，教学效果很好。

4.注重归纳，把实践升华成理论。我让部分实验小组公布了他们的实验数据，然后大家讨论，去掉了错误理解，归纳出串并联电路的电压的特点。

5.注重实践理论实践的科学探究方法。得出结论只是我的教学目的之一，结论的灵活运用才是我的最后目的。所以我在得出结论后，命出了两个具有代表性的题目，大家共同讨论，再请学生代表给出正确的答案。

6.注重知识的结合，使学生的知识趋于系统化。两个题目的给出，不仅仅是本堂课知识的再现，而是新旧知识的有机结合，如第一题

例1：如图，闭合开关后，电压表 和 的指针指示一样。则灯L1两端的电压是___V，L2两端的电压是____V,电源电压是_______V。

就四个知识点的结合：①并联电路电压的特点;②电压表的使用方法;③电压表的量程和分度值;④电压表的读数。使学生在脑海中把知识系统化。

电压的测量 第6篇

关键词： ACLED； 结温； 测量方法； 开启电压法

中图分类号： TH741.4文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.001

引言

近年来，随着 LED 在设计、材料、封装技术等方面的应用，一种新的交流发光二极管（ACLED）技术应运而生[12]，并不断得到改善。ACLED以其应用简便、无需变压转换器以及低成本等优点迅速发展，韩国首尔半导体公司向市场推出了ACLED系列产品，中国台湾工研院也推出立体散热、热插拔的ACLED[34]。随着ACLED 应用范围的扩展，以前在LED 器件和其应用产品设计过程中可以忽略的问题逐渐受到重视，已有的研究重点关注于ACLED的器件结构和光电特性，而热特性很少提及。LED PN 结的温度对LED 的使用寿命、输出光强、主波长（颜色）等因素都有很大的影响。在ACLED 器件及阵列组件中，结构设计将比DCLED复杂，如果设计不合理将导致PN 结温度升高，严重影响到ACLED的性能、使用寿命和可靠性，因此研究ACLED结温测量方法对于ACLED的应用有重要意义。

目前研究LED结温的测量方法仅局限于DCLED[56]，研究ACLED结温测量方法很少。在现有的DCLED结温测量方法中，正向电压法[7]被认为是最精确简单的测量方法，其理论依据为正向电压与结温在300K以上时有良好的线性关系[8]。此种方法是在定标过程中将DCLED加热到不同温度，给DCLED极短的脉冲电流同时检测DCLED的电压，依此建立DCLED结温与正向电压的关系，对ACLED的定标过程也可以通过参考脉冲电流建立结温与正向电压的关系，但是在ACLED正常工作时，正向电压是变化的，检测不到一个稳定的正向电压值，这种方法不能直接应用到ACLED的结温测量中。Liu Yiwei等人提出了测量ACLED结温的参考脉冲法[9]，在ACLED驱动电压方向发生变化的瞬间，即正常工作半周期结束后电压值为零的瞬间加入参考脉冲电流，检测这个脉冲电流对应的正向电压的瞬时值，就可以将正向电压法延伸应用于ACLED结温的测量中。但是，参考脉冲电流会对结温产生影响，即便是将脉冲电流的宽度压缩到很小，这种影响也不是可以忽略的，而且脉冲电流产生的电压将与驱动电压混合，导致测出的与脉冲电流引起的正向电压偏小，引起较大的结温误差。在实际工程中这种测量方法使测量设备比较复杂，引起ACLED结温测量繁冗。

本文提出一种简单精确的ACLED结温测量方法，即开启电压法。无需外加脉冲参考电流，只需从测量数据中取得ACLED正常工作时的开启电压值。根据Shockley方程推断，ACLED在不同温度条件下开启电压也会不同，经过定标过程测量不同结温条件下ACLED的开启电压，发现ACLED开启电压与结温之间存在良好的线性关系。

2测量方法及装置

参照EIA/JEDEC 标准[11]，结温测量主要有两个部分。第一部分为定标，获取ACLED的温度变化系数TVC，第二部分测量ACLED正常工作时的开启电压，并利用定标得到的TVC系数计算ACLED正常工作时的结温以及热阻。这个开启电压值是ACLED正常工作时的电压瞬时值，为确保一致性，在定标过程中的开启电压值也是在不断变化的正弦电压中获得的。瞬时值选择开启电压是为保证ACLED位于初始工作状态，可近似地认为还没有电流通过ACLED，结温没有受电流的影响开始升高，实验装置如图2所示。

此次实验使用的是韩国首尔半导体公司研发生产的AW系列ACLED，该产品能在交流电下直接工作。半导体分析仪采用Keithley 2636A的可编程电流源表，可以作电流/电压源表，也可以同步读取被测样品的电压和电流值。本次试验利用Keithley编程的方式来模拟输出一个周期或连续的交流电压，同时追踪ACLED的电流值；恒温箱用来在定标过程给ACLED加热到某一特定的温度，测试箱只用在ACLED正常工作时的测量过程；温度探测器用来监测恒温箱的温度；光谱仪配合积分球用来测量ACLED正常工作时的辐射功率。

3测量结果及分析

这两种方法的测量结果与厂商參考值比较来看，参考脉冲法对ACLED测量所得到热阻值比厂商提供的热阻参考值高0.5 ℃/W。很明显在测量过程中，参考脉冲法测得的正向电压受负向交流驱动电压的影响，使正向电压Vj值偏小，导致计算结温偏大，热阻偏大。开启电压法所得到的热阻值比厂商提供的热阻参考值偏低，是由于在定标过程中选取1 mA做参考电流，电流值从0上升到1 mA，结温稍有升高，使测量到的开启电压V0比真实值低，导致计算结温偏小，热阻值也偏小。但是开启电压法得到的热阻值要比利用脉冲法所得到的热阻值更接近厂商参考值，可以推断开启电压法测量ACLED结温结果更为准确。

5结论

本文介绍了一种精确测量ACLED结温的方法。该方法运用ACLED的电热学特性，构建测量系统进行测量，选用开启电压做温度变化参数，得到了开启电压与结温之间的线性关系，从而达到了迅速准确地得出ACLED结温的目的。选取的开启电压值是ACLED的初始工作时的数据，将电流对结温的影响降到最低，使测量结果更为准确。这种方法无需外加脉冲参考电流，降低了测试设备的复杂程度。用简单的设备追踪ACLED的电流变化，也简化了操作流程，使这种方法更适用于工业测试。

nlc202309041833

参考文献：

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高电压GIS中VFTO的测量技术 第7篇

1 VFTO的产生与危害

VFTO指波前时间在3～100 ns范围内的瞬态过电压。GIS内部的开关在进行关合和开断母线电容电流时, 能够产生多次复燃, 致使触头间隙两端的电压在瞬间几纳秒内突然跌落, 由于GIS结构紧凑, 各元件间距较小而且节点较多, 该电压陡波在GIS内产生行波后进行反复的传播, 从而发生错综复杂的折射、反射和叠加, 最后形成的GIS中含有高频、特高频分量的VFTO。其中, 负载开关与断路器的运动速度很快, 关合开断电流时发生复燃机率较小, 引起的暂态过电压对GIS危害也比较小;而隔离开关动动速度较低, 小电容电流关合开断时, 会发生数十次甚至数百次的复燃, 电弧的每次重燃都会引起一次高频振荡, 所以隔离开关操作是引起GIS内部的VFTO的主要原因。VFTO能作用于GIS内部导体和壳体之间, 危及GIS设备及与其相连的设备;传播到GIS外部引起GIS的壳体电位升高或是形成向外辐射的电磁波, 对敏感的二次设备造成危害。近年来, 随着运行电压及GIS内气压的提高, 由于隔离或接地开关以及断路器操作造成的VFTO越来越严重。隔离开关切合小电容电流时的重击穿造成电压快速变化, 会在GIS同轴母线中产生VFTO, 这类过电压幅值高 (最高达2.5 p.u.) 、上升时间短 (最小达数ns) , 对设备的危害极大。

2 VFTO测量方法

VFTO的测量难点在在于:脉冲波形很陡、频带宽, 对测量系统要求较高;加上GIS本身对测量系统要求特殊, 既要保证GIS的正常运行同时又不能改变GlS内部的电场分布, 还要便于安装和移动。现讨论如下。

2.1 内部测量方法

对GIS内部的VFTO测量, 主要通过下面两种方法获取过电压信号: (1) 使用内置电场探头获取过电压信号, 例如将无阻传感器直接连接到GIS断路器端盖上。其中, 高压臂由GIS的高压母线与电容探头的上极板构成;低压臂由电容探头通过绝缘介质与GIS管壳构成, 所测得的陡波前过电压为安装传感器点的电压值。此种方法的缺点是试验布置程序相对繁琐, 不易测量。 (2) 使用外置传感器获取过电压信号, 如使用微积分测量系统测量VFTO, 在盆式绝缘子表面加装测量电极, 再通过微积分电路引出信号。此种方法无需改变GIS的结构, 对其内部电场分布也不会受到影响;同时可在多处安装测量电极, 多点测量VFTO。此方法的不足之处是对测量电极有一定的要求, 过宽或过窄都不适宜, 须有经验的人员进行测量, 与内置式传感器比较, 其抗干扰能力较差。

2.2 外部VFTO测试方法

对于外部VFTO的测量, 目前, 外通常采用以下两种方法获取过电压信号, (1) 通过电场探头。如J Christian等人采用电场传感器在变压器的高压入口处对外部V FT 0进行测量, 经过多次的测试, 得到幅值1.5～2.5 p.u, 频率在60 MHz内, 由主变侧DS操作引起的电压峰值最大, 尤其是与之相连的母线处。 (2) 通过电容分压器, 虽然该类分压器对稳态和暂态波形的响应特性都不错, 但是除了考虑交流冲击和阻抗匹配等问题以外, 还需要考虑设备费用的问题。通常是利用已有的电网设备, 在不增加电网一次设备能够保证系统安全运行的情况下, 实现对VFTO的测量。对110 kV以上电器设备中, 可埋有测量屏用于监测套管, 在变压器套管末屏接上一个低压电容, 形成一个电容分压器。西北电力试验研究院王森等人采用此方法对西安供电局高新北变电站110 kV的GIS投切空载主变时的VFTO进行了测量, 结果显示:过电压幅值达2～2.5 p.u.频率达12.5 MHz。

3 结论

(1) 近年来, 随着我国国家电网1000 kV GlS的投入和运行, GIS中的VFTO问题成为GIS安全运行的越来越重要的问题, 需要适当的方法去避免。所以, 对VFTO测量技术的研究具有非常重要的意义。

(2) 高电压G1S VFTO测量难点在于, 其测量系统要求不改变GIS内部的电场分布, 并且不能影响GIS测试件的绝缘强度。而内置传感器的优点是抗干扰性能好, 灵敏度高;不足之处是需要提前安装, 且会改变GIS内部电场分布。对于制造安装的要求较高, 建议可将传感器安装在GIS舱盖板里面, 使传感器的平板与外壳的内面平齐来降低GIS电场分布的影响;外置传感器的优点是安装灵活、对系统正常运行无影响、安全性较高, 不足之处是灵敏度、抗干扰能力较差, 建议可采用光纤测量系统来提高绝缘水平和抗电磁感应干扰能力。

摘要：随着全封闭式气体绝缘变电站 (Gas Insulated Substations, 简称GIS) 的广泛应用, GIS中的VFTO问题将成为目前GIS安全运行中越来越重要的问题。现对VFTO测量技术研究如下。

关键词：高电压GIS,VFTO的测量,安全运行

参考文献

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兆欧表测量电压报警显示装置的改造 第8篇

如图1所示, 与摇表表针相连的有两个线圈, 一个同表内的附加电阻串联;另一个和被测电阻串联, 然后一起接到手摇发电机上。当摇动发电机时, 两个线圈中同时有电流通过, 在两个线圈上产生方向相反的转矩, 表针就随着两个转矩的合成转矩的大小而偏转某一角度, 这个偏转角度决定于两个电流的比值, 附加电阻是不变的, 所以电流值仅取决于待测电阻的大小。由图可知, 摇表输出电压为直流, 检测其输出电压只需检测G、E端即可。

2 总体设计思路

通过对兆欧表其输出的电压波形观察, 其G、E端输出的电压是脉动的直流电压, 要想对报警显示装置系统提供工作电压, 必须得经过降压, 需要一个电源开关模块。兆欧表输出的电压信号是模拟变量, 而模数转换芯片ADC0809对输入模拟量要求是信号单极性且电压范围是 (0~5) V, 这里需要一个采样电路模块。鉴于此, 采用DC/DC降压电路无疑是最好的选择。采样电路对输出信号处理降压, 处理后传送给ADC0809, 经过A/D转换, 单片机等待转换结束读取转换结果, 然后通过数码管动态显示实时电压值, 然后再经过判断输出的是否在电压值设定显示电压安全范围 (90V~110V) 内, 并存入单片机的数据存储器中, 当显示的数值低于或高于这个范围时, 报警电路会发出声光报警, 引起操作者的注意, 通过控制兆欧表的转速, 从而控制兆欧表的输出的电压值, 这里就需要一个报警电路模块, 由LED和蜂鸣器组成。

3系统硬件设计

3.1电源转换电路

由于兆欧表输出电压相对较高, 需要将兆欧表输出的高电压转化为能够为单片机等元件使用的5V电压, 电路原理图如图2所示。

兆欧表输出电压直接输入Viper12A内部MOSFET漏极, 这就意味着IC供电电路和反馈回路是浮空的, 其中IC供电电路由D3、C3组成, 反馈回路由齐纳二极管D1、C1组成, 当漏极通电后, Vipe内部电源起动电路使C3充电, 当充电电压达到阈值电压——一般为16V, 内部60k Hz振荡电路就会触发内部触发器, 进而驱动MOSFET导通。L1和才C4开始充电, 电感电流缓慢上升, 当电流上升到通过反馈回路设定的值时, MOSFET关断, L1、C4开始对外供电, 这样, 反复充放, 使得输出电压保持稳定值, 这里为15V。最终15V电压经过7805, 降到5V为单片机和其他器件使用。

3.2电压采样电路

电压采样电路负责将兆欧表输出的高电压按比例采集, 然后送给A/D转换器。采样电路如图3所示。

在给输出电压留出25V裕量的情况下, 即输出电压范围为0~125V, 采样电路输出电压为0~5V, 所以采样按25∶1的比例进行。由于单个电阻能承受的电压有限, 为防止电阻击穿, 采用多电阻串联的方式。为提高采样电路的输入阻抗, 避免对兆欧表取出相对较大电流, 影响测量精度, 所以使用LM258组成的电压跟随器。

3.3 A/D转换电路

A/D转换器采用常用的ADC0809芯片, 其与单片机的连接方式如图4所示。

IN7~IN0是模拟量输入通道, 本设计中将ADDB、ADDC直接接地, 通过ADDA选通芯片第0通道;ALE是地址锁存允许信号, 对应ALE上跳沿, A、B、C地址状态送入地址锁存器中;START是转换启动信号。START上升沿时, 复位ADC0809, START下降沿时启动芯片, 开始进行A/D转换, 在A/D转换期间, START应保持低电平, 本信号简写为ST;CLK是时钟信号, ADC0809的内部没有时钟电路, 所需时钟信号由外界提供, 因此有时钟信号引脚, 通常使用频率为500k Hz的时钟信号, 本系统采用单片机IO口模拟时钟信号;EOC是转换结束信号, EOC=0, 正在进行转换, EOC=1, 转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志, 又可作为中断请求信号使用;D7~D0是数据输出线, 为三态缓冲输出形式, 可以和单片机的数据线直接相连, D0为最低位, D7为最高;OE是输出允许信号, 用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据, OE=0, 输出数据线呈高阻, OE=1, 输出转换得到的数据;Vref是参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较, 作为逐次逼近的基准, 其典型值为+5V (Vref (+) =+5V, Vref (-) =-5V) , 本设计中Vref (+) =5V, Vref (-) =0V。

3.4 51单片机最小系统

51单片机的最小系统有复位电路、时钟电路组成, 考虑到便携性, 程序烧写通过51开发板进行, 这里不再另外增加电路。最小系统电路如图5所示。

由于单片机P0口内部不带上拉, 所以, 如果做I/O口使用需额外加上拉电阻。晶振选择频率为12M的石英晶振。

3.5显示电路

本系统使用4位共阳数码管作为显示器件, 设计电路如图6所示。

它的8个发光二极管的阳极 (二极管正端) 连接在一起, 通常公共阳极接高电平, 其它管脚接段驱动电路输出端。当某段驱动电路的输出端为低电平时, 则该端所连接的字段导通并点亮, 根据发光字段的不同组合可显示出各种数字或字符。此时, 要求段驱动电路能吸收额定的段导通电流, 还需根据外接电源及额定段导通电流来确定相应的限流电阻大小, 本设计的限流电阻选520Ω。

3.6报警电路

报警电路使用蜂鸣器和发光二极管进行超限声光报警, 电路如图7所示。

3.7硬件原理图

本设计是以额定电压为100V的手摇兆欧表为载体, 采用单片机为核心技术的电压显示报警装置, 用兆欧表输出的电压经过一个开关电源模块和7805两级降压之后为系统供电, 采样电路是采用多电阻串联分压, A/D转换电路, 显示电路, 报警电路几个模块组成的电路, 硬件原理图如图8所示。

4 系统软件设计

本设计程序主要有显示子程序、A/D转换子程序、报警子程序3大部分组成。系统控制要求为:A/D转换器负责将兆欧表输出的电压转换为数字量供单片机处理, 数码管实时显示兆欧表输出电压, 单片机判断电压是否在兆欧表额定输出电压的±10%范围之内, 如果超限, 随即报警。

主程序流程如图9所示。主程序设计思路简单易实现, 首先选通A/D转换器, 使其开始工作, 然后按单片机位精度、采样比例1∶25转换为实际的输出电压, 由于A/D转换器为八位、参考电压5V, 所以其精度为5/255, 则实际输出电压为U=A/D输出值× (5/255) ×25。然后, 一方面将此电压值送于显示子程序实时显示, 另一方面将此电压值和额定输出电压值的±10%进行比较, 如果电压值不在范围, 随即驱动声光报警电路, 发出报警信号, 引起使用者的注意。

结论

本设计以100V兆欧表为载体, 通过理论分析验证了兆欧表电压实时显示方案的可行性。设计器具的电压直接取至兆欧表输出电压, 为其便携性和易安装提供了可能;电压采样电路的精密电阻和电压跟随器保证了采样的准确性;电压显示及报警确保电压超限能够一目了然;51单片机作为核心控制器件, 保证了整个系统能够协同工作。

摘要：手摇兆欧表没有电压显示, 制作一个手摇兆欧表实时电压显示设备作为向数字式兆欧表过渡的产品可以填补市场空白。本设计以100V手摇兆欧表为载体, 以51单片机为控制芯片, 制作一个能够实时显示兆欧表输出测量电压, 并能够在偏离要求电压的10%时进行声光报警的装置。

关键词：兆欧表,51单片机,电压

参考文献

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电压的测量 第9篇

For economical and environmental reasons, power systems are forced to be operated close to their stability limits in resent years, which phenomenon has been the cause for many power blackouts around the world[1].Therefore, a proper and precise method to voltage stability analysis is essential to reduce the occurrence of voltage collapse.

According to reference[2], voltage stability refers to the ability of a power system to maintain steady voltages at all buses in the system after being subjected to a disturbance from a given initial operating condition.Several methods have been proposed in references[3-4], such as P-U and Q-U curves, modal analysis, artificial neural networks, sensitivity analysis, and index-L.All the above methods need complex calculation and are difficult to be used in on-line monitoring of power system voltage stability.Recently, a PMU (Phasor Measurement Unit) equipped with GPS receiver has been paid great attention to some areas including power system control and monitoring[5,6,7].Algorithms based on phasor measurement units are proposed to assess voltage stability[8,9,10,11,12].Based on the technology for synchronized, PMUs can provide real-time information, such as bus voltage and current phasor.Therefore, the voltage stability margin can be derived from their measurements directly in the equivalent system.A voltage collapse index of VCPI is derived from phasors, but an error (about 10%) exists in its simulation result[11].

The prerequisite for those algorithms is that the voltage profile of the system is known, so the placement of PMUs is important.But, in practice, it is impossible and unnecessary to install PMUs at all buses.In order to get enough information from the minimal set of PMUs, many scholars focused on OPP (Optimal PMU Placement) and got much success[13].

In this paper, a new method basedon transmission paths is proposed for real-time voltage stability analysis.The placement of PMUs is determined by modified simulated annealing method.With the help of voltage phasors provided by PMUs, the VSI (Voltage Stability Index) of the weakest transmission path is calculated in the same time-section.Since the matrix operation is avoided, the VSI can be calculated faster than those traditional indices.The proposed technique is implemented on IEEE 5-bus and IEEE 30-bus test systems and the results show its effectiveness.

1 PMU placement

PMU is a measuring unit that records power system voltages and currents at the two buses[5,6].PMUsuseanavigationalsatellitesystem to synchronize digital sampling at different substations.The synchronization error due to the long distance between measuring devices is small enough to be ignored.The existence of the high-speed SONET (Synchronous Optical NETwork) among PMUs is assumed.SONET allows each PMU to be provided with real-time information such as voltage and all incident current phasors in discrete time intervals at the bus where it is installed, the information for voltage and current enables:

a.Monitoring the power injection at the bus;

b.Tracking the parameters of the voltage source and line;

c.Modeling the rest of the system as seen from the bus at every time instant.

The OPP problem is to determine the minimum number and the optimal location of PMUs while the observability and redundancy are assured at the same time.The basic PMU placement rules are the following[11].

Rule 1 Assign one voltage measurement to a bus where a PMU has been placed, including one current measurement to each branch connected to the bus itself.

Rule 2 Assign one voltage pseudo-measurement to each bus reached by another bus equipped with a PMU.

Rule 3 Assign one current pseudo-measurement to each branch connecting two buses where voltages are known.This allows interconnecting observed zones.

Rule 4 Assign one current pseudo-measurement to each branch where current can be indirectly calculated by the Kirchhoff current law.This rule applies when the current balance at one node is known, i.e., the node has no power injections (since N-1 currents injected to the node are known, the last current can be computed by difference) .

Simulated annealing method is a very famous way to find solutions in many kinds of optimization problems.However, in spite of its ability to find the global solution in most cases, it may require too much time in findi ng solutions.In this paper, the initial set is chosen by graph theoretic.Then the simulated anneal ing method is used to get the optimization solutions.

PMUs are placed in order to make the network observable, then, the voltage profile of the whole system can be obtained by the folloning method:

a.Directly measurement.For PMU installed-bus, voltage and phasor angle are measured directly through PMUs;

b.Pseudo-measurement.For buses that are connected directly to PMU installed-bus, branch currents are calculated by difference and the Kirchhoff current law, as the result, bus voltage and phasor angle can be derived.

The bus voltage and phase angles in transmission path are continuously updated from a sliding window of phasor measurements.

2 Voltage stability index formulation

A 2-bus system which consists of the generator that supplies local load over the branch is shown in Fig.1.

U1∠0 and U2∠δ12are the generating bus voltage and the load bus voltage respectively.P2+j Q2is the local load.Z12∠θ12represents the branch impedance.

Fig.2 illustrates the voltage phasor diagram of the 2-bus system shown in Fig.1.

The projection of voltage drop d U12on U1is

With the growth of the load, ΔU12increases When it is equal to the half of the generating bus voltage magnitude U1, the system is at the critical point:

Therefore, to assess the risk of voltage collapse in a presence of a constant power load, the voltage stability index is defined as

The range of VSI is[0, 0.5].When VSI approaches 0.5, power system will turn to voltage instability.The distance of VSI to 0.5 is a stability margin.

3 The weakest transmission path

3.1 Active and reactive power transmission paths

In meshed networks, there are several transmission paths.The voltage stability of every path is related to the voltage stabil ity of the whole network.Because the voltage collapse can be subject to excessive active or reactive loads, the generating buses for active and reactive power will be identified separately[11].

The active power flow is strongly connected to the angle variation and a path with decreasing phase angles can be identified.The reactive power flow results in voltage decrease along a path of transmission.

As a result, two types of transmission paths are determined as follows.

Step 1 Let Gpand Gqbe the set of active powergenerating buses and reactive power generating buses respectively.An active power generating bus is said to be a bus whose angle is larger than any one of the adjacent buses.A reactive power generating bus is defined as a bus with the highest voltage magnitude among any of the neighboring buses.The Gqincludes the buses with generators and other sources of reactive power.

Step 2 Let Lpand Lqbe the set of active andreactive power draining buses respectively.An active power draining bus is said to be a bus whose angle is smaller than any other one of the adjacent buses.A reactive power draining bus is defined as a bus with the lowest voltage magnitude among any of the neighboring buses.

Step 3 An active power transmission path is definedas a sequence of connected buses with declining phase angles.All active power transmission paths form the set Sp.

Step4 A reactive power transmission path is definedas a sequence of connected buses with declining voltage magnitudes.The reactive power transmission paths form the set Sq.

In the transmission path shown in Fig.3, the TPVSI (Transmission Path Voltage Stability Index) can be formulated as

When the maximum value of TPVSI is close to0.5, the power system is prone to voltage collapse.So the maximum value in this set is the voltage stability index of the power system.Therefore, the VSI is defined as

3.2 The weakest transmission path

In a network, it is difficult to search all those paths and calculate their TPVSI.Fortunately, most of paths are stable sufficiently, so we can narrow the set of paths and search the maximum value in those of weak paths.Weak buses have the following characteristics[13]:

a.The voltage profile is low;

b.Voltage magnitude is lower than that of the adjacent buses when they have the same angle variations approximately;

c.It’s far away from generating buses or close to sources whose reactive power limits are encountered.

In this article, buses which are connected to the bus with the lowest voltage magnitude or the bus with the largest phase variation are chosen as weak power transmission paths.Their TPVSIs are calculated to value the voltage stability of the system.Therefore, this is a problem to search the shortest path with the given start and end points.

3.3 The procedure of voltage stability analysis

The process to determine the voltage-stability margin can be summarized in the following steps.

Step 1 Perform voltage phase measurement with PMUat instant, and get voltage magnitudes and phase angles on buses.

Step 2 Determine the set of generating buses, Gpand Gq.Determine the set of load buses, the bus with lowest voltage magnitude and the bus with largest phase angle variation, so weak transmission paths are determined.

Step 3 Calculate the TPVSI of every weak transmission path.The weakest path is the one with the maximum value.

Step 4 Get the reactive-power reserve of every generating bus from the received information from PMUs.

Step 5 The voltage stability degree of the power system is assessed by VSI.If the value is close to the threshold, the protective control measures should be activated, such as freezing tap changer.If these measures are not effective, emergency control actions should be activated, such as load shedding.

However, we should keep in mind that the system is constantly changing and that we analyze it at every time instant.

4 Simulation results

The proposed VSI index is tested on IEEE 5-bus power system and IEEE 30-bus power system.Loading is simultaneously changed by the loading factor K (K=P/P0) .The increase in real power generation is proportional to the increase in the active system load.In simulation, the reactive-power output limit of generations isn’t considered.

Fig.4 shows the optimal PMU placement in IEEE 5-bus and IEEE 30-bus systems.The black node means the bus installed with PMU.

On the base of the PMU placement showed in Fig.4, the whole voltage profile of the system can be monitored at any instant.All the simulation in this paper is in the condition above.

In IEEE 5-bus system, in the mode of normal load, generating buses are bus-4 and bus-5.The bus-1 has the lowest voltage magnitude and largest angle variation.Therefore, the weakest transmission path is 4-2-1, whose TPVSI value is 0.243 6.So the VSI is 0.243 6.When the bus-1 load increases with a constant factor K, the generating buses and draining buses don’t change, and the weakest transmission path is the same too.In Fig.5, the lower curve shows the value of VSI for the 5-bus system without reactive constrains.P0is the initial active power of the system.The curve is smooth and reaches approximately the value of 0.5.When K=1.37, VSI is 0.497 3, the Jacobin matrix is going to singularity.If loads increase further, the power flow diverges.

When all loads increase with constant K, the weakesttransmissionpathdoesn’tchange, VSI curve is the upper one in Fig.5.

Tab.1 shows generating buses and draining buses with different constant factor K for IEEE30-bus network.In the case of K=1.0, the generating buses are 1, 2, 5, 8, 11, 13.The bus-30 has both the lowest voltage magnitude and the largest phase angle variation.The weakest transmission path is1-2-6-8-28-27-29-30.

As shown in Fig.6, VSI increases with the growth of loads, when the network works in critical condition, the curve become to be steep and close to the value 0.5.In the condition of K=2.73, the value of VSI is 0.495 6.If loads increase a little, the power flow can’t converge any more.

With the growth of the load, the weakest transmission path maybe changes.When only bus-21load increased, the weakest transmission path changed, and the VIS changed suddenly at the point K=1.8, as shown in Fig.6.

5 Influncing factors

5.1 Generator reactive constrain

The excitation current limit and the armature thermal limit are two main causes of a reactive power reaching a limit in a generator unit[10].In the condition of heavy loading, generator produces more reactive power to maintain the terminal bus voltage.When the generator reaches its limit value, the voltage is out of control and the generating bus switches from PV bus to PQ bus, the weakest transmission path may change, and the VSI value changes abruptly.

PMUs which are installed at buses monitor the whole state of networks, at every time instant.They provide the real-time information of generator reactive power output, so that when generator reactive power reserves will be exhausted can be estimated.With the information and VSI, the voltage stability margin can be determined.

5.2 Capacitor compensation

The shunted capacitors provide part of reactive power locally.When capacitor compensation devices work, generatorsproducelowerreactivepower output, the terminal bus has higher voltage magnitude and lower angle variation, and the value of VSI is lower.In other aspects, it explains that reactive power compensation is an effective measure to improve voltage stability.

6 Conclusion

电压的测量 第10篇

第一, 根据被测“电压”的性质正确选择测量仪表。不同电压测量仪表各有特点。磁电式仪表的灵敏高, 体积小, 能耗小, 测量精度高, 但只能完成直流量的测量。电磁式仪表的功耗较大但过载能力强, 常做成板式结构, 用在开关柜上作为交流电的监测。电动式仪表具有高的精度, 能够完成交直流的测量, 但用其成本高, 仅用于实验室使用。整流式仪表是通过半导体二极管的整流, 将交流电变为直流电后通过磁电式仪表来完成交流量的测量。数字式仪表是通过其内部的A/D转换器, 其测量的“电压”信号转换成数字信号显示出来, 具有示数直观, 灵敏度高, 测量精度高等优点, 是一种近年常见的测量仪表, 广泛用在电压测量中。

第二, 根据被测“电压”的精度选择仪表的精确度, 我国电气测量仪表分为七级, 0.1、0.2级作为标准表, 0.5、1.0级为实验室用仪表, 1.5、2.5、5.0级为现场安装及测量仪表。仪表的精确度等级越高, 其测量的误差越小, 但其仪表的价格就越高, 所以在保证满足其测量精度的条件下, 适度选择仪表的准确度是降低成本的主要途径, 教学过程中要指导学生以够用为主, 不要盲目地选择高精度的仪表, 例如:一般实际测量中, 2.5的够用, 就不要去追求1.5的仪表。3位数字万用表能满足测量要求, 就不用选择4的数字仪表。

第三, 正确选择仪表的灵敏度。电压表在测量过程中需要从被测电路中索取电流来驱动指示, 减少测量仪表时被测量电路的影响, 要求电压表的内阻越大越好, 但高灵敏度的仪表其成本也高, 同时高干扰能力减少, 所以选择要适当。一般电子维修用仪表的灵敏度应不小于20K/v, 普通电工测量仪表的灵敏度4K/v就可以了。例如:以下MF30或者MF50型万用表, 在三极管放大电路输入端静态基级的电压的测量中, 测量仪表对被测电路的影响表现不同, MF50型首先是测量数值的不正确, 更重要的是由于测量仪表的并入, 严重影响测三极管的正常工作状态下, 容易产生误判断。

第四, 正确的测量方法是减少测量误差的保证。测量是人通过仪表被测量进行操作的过程。在整个过程中, 测量方法对测量误差的影响很大。例如, 用伏安法的测量电阻时, 当电阻较小时, 电压表内接其误差就小, 当电阻很大时, 电压表外接才能保证其测量精度。

用指针式万用表进行电压测量时, 合理地选择量程开关, 但指针在大于小于段内读数误差最小。用数字万用表进行电压测量表, 合理地选择量程, 示数值位数最多为最好。

另外, 在使用万用表进行电压测量时, 正确选择好量程后, 还要保证电压表必须并联在被测电路上, 才能获得正确的测量结果, 直流电压的测量要注意表笔的极性, 以免指针反转指坏仪表。

电压的测量 第11篇

蓄电池作为供电系统断电时的备用电源, 已广泛应用于工业生产、电力交通以及通信等行业。蓄电池剩余容量的在线测量与整个系统的稳定性密切相关, 特别是在太阳能光伏供电系统中, 铅酸蓄电池是光伏系统中主要的储能设备[1]。

目前, 在线测试方法有安时法、电压法、内阻法以及它们之间的组合方法[2,3,4,5]。除此以外, 还有温度测量法[6]、极柱腐蚀法以及系统辨识与参数估计建模[7]的方法, 这些方法都各有优劣。

基于开路电压法与蓄电池剩余容量线性关系好, 但是存在需要将蓄电池静置一段时间的不足之处;安时法测量很容易实现, 但需要已知初始状态的特点, 将开路电压-安时法作为研究对象, 通过实验对其进行深入研究。

开路电压法的影响因素有很多, 有构成电池两极体系的性质、电极材料的本质、溶液组成与浓度、温度、电极界面状态等[8]。而安时法测量结果会随着时间推移误差累计增大:

1) 在充电的过程中, 有时充电器充入电能并未转化成蓄电池的化学能被存储起来, 而是转化成为热量耗散, 这时安时法会将转化为耗散热量的电量记为充入电量而导致误差, 由于没有完美的充电方法, 这种现象在蓄电池的充电过程中较常见。

2) 积分法无法测量自放电的放出电量, 浮充与自放电难以均衡, 同时也会产生电能转化成热能耗散的现象。尽管应用电压-安时法已经做出了误差在5%的测量装置[9], 但许多研究人员对这种方法的可靠性和测量精度仍心存疑虑。

为此, 本文对蓄电池进行了深入的实验研究, 拟通过实验方法, 深入分析实验数据, 以对电压-安时法进行深入研究。以下对电压-安时法的主要影响因素 (自放电、开路电压、充入电量与放出电量差值) 进行实验研究。

1 电压-安时法概述

S.Piller[10]等提出, 蓄电池开路电压与剩余容量 (荷电状态) 有很明显的线性关系。

Aylo J.H.[11]也提到, 铅酸蓄电池性能完全稳定时, 其开路电压与剩余电量之间存在明显的线性关系。而且这种线性关系受环境温度以及蓄电池老化因素的影响较小。并给出了开路电压与剩余容量的关系式:

式中:Va蓄电池充满电静置一段时间稳定后的开路电压;

Vb蓄电池充分放电静置一段时间稳定后的开路电压;

VBO蓄电池待测荷电状态下的开路电压。

确定了这三个量就可以预测开路状况下蓄电池的剩余容量 (荷电状态) 。开路电压法测量剩余容量须将蓄电池静置。

Zhu C.B.[12]等人给出了安时法的基础理论。即对蓄电池的充放电电流进行积分, 结合电池的初始状态, 以得到蓄电池的剩余容量。

基于开路电压法与蓄电池剩余容量线性关系好, 但是需要将蓄电池静置一段时间的不足, 安时法测量很容易实现, 但需要已知初始状态的特点, 将开路电压法与安时法相结合, 为蓄电池剩余容量在线测量的一个很有价值的研究方向。

具体测量方法为:充放电时, 先采用开路电压测得蓄电池的初始状态, 再采用安时法动态测量蓄电池充放电过程中的剩余容量。

开路电压Va、Vb转化成热量耗散电量, 自放电是电压-安时法的主要影响因素。

本文的所用测试数据均来自Digatron UBT100-018-6M E (德国) 蓄电池综合测试仪测得。

2 电压-安时法影响因素的研究

2.1 开路电压Va、Vb随蓄电池循环次数增加变化情况的研究

2.1.1 Va随蓄电池循环次数增加的变化情况

针对蓄电池充满状态的稳定端电压Va是否会随蓄电池的循环加深而变化的问题, 分别对2个型号为12V/200AH的铅酸蓄电池进行了17次循环充放电实验。蓄电池采用恒流恒压充电, 具体充电方式为以C10的充电率对蓄电池充电, 充电至14.4V转恒压充电, 当电流小于0.5A时充电停止, 放电过程也采用C10的放电率对蓄电池进行放电, 放电截止电压10.8V, 一次充放电为一个循环。在下面的分析中分别将2个电池标为1#、2#。每次充完电以后, 静置2h, 采样各蓄电池的Va值。

1#蓄电池循环充放电过程中的电压变化曲线如图1所示。每个充放电循环中的Va值如图2所示。

实验中随循环加深, 1#电池可充入最大安时数从208.155AH下降到130.654AH, 2#电池从211.499AH下降到200.012AH。而在整个循环过程中, 蓄电池Va也随蓄电池循环加深而不停变化。正如徐艳辉[6]所发现的:蓄电池内阻差越大, 开路电压差越大;开路电压差越大, 电池的健康状况越差。由此可知, 在温度等外部条件未发生变化的情况下, 蓄电池内阻和可充入安时数共同作用导致了的变化。

其中1#蓄电池Va的最大值与最小值相差0.123V, 2#相差0.183V。由式 (1) 可知, Va的变化, 将使开路电压与剩余容量的关系式发生变化。而现实的测量应用中假定Va为定值, 开路电压与剩余容量之间为一个固定关系, 相同的VBO所预测的蓄电池荷电状态总是一个定值, 与蓄电池实际荷电状态不符, 出现预测不准确的结果。

2.1.2 Vb随蓄电池充电次数的变化

针对蓄电池充满状态的稳定端电压Vb是否会随蓄电池的循环加深而变化的问题, 对12V/17AH、12V/75AH蓄电池分别做48次循环充放电测试实验。每一次放电后将蓄电池静置2h以得到在不同循环次数中各蓄电池的Vb。以下实验分析中分别以3#、4#表示。12V/75AH蓄电池48次充放电循环中的电压变化曲线如图3所示。3#、4#蓄电池每个循环中的Vb电压值如图4所示。

实验中随循环加深, 3#电池可充入最大安时数从17.9725AH下降到7.1726AH, 4#电池从80.499AH下降到25.399AH。从图4中可以看出, 蓄电池Vb值随蓄电池循环而增大。由前面分析已知, 随循环次数增加蓄电池内阻不断增大。内阻的增大同样导致了Vb的变化。

3#蓄电池Vb的最大值与最小值相差1.034V, 4#相差0.791V。与对Va值的分析相同, Vb随循环加深的增加将使预测结果不准确。

由以上对Va、Vb的分析可知, Va、Vb为变化的值, 且变化较大。始终用一个固定的开路电压与荷电状态的关系式预测蓄电池的荷电状态是不准确的。

2.2 过充电对电压-安时法的影响

目前, 没有完美的充电方法, 更没有完美的充电器。使充入电量与放出电量精确的平衡是不能做到的。在充电的过程中, 总会有一部分的充入电能并未转化成蓄电池的化学能储存起来, 而是转化成热能耗散。为此, 对型号2V/500AH蓄电池做了49次循环充放电实验。该实验采用传统的恒流恒压充电, 限流50A, 限压2.4V、1.8V放电截止 (见图5) 。

由图5可知, 其充入电量与放出电量的差值始终大于零, 即蓄电池充放电的每个循环充入的电量始终大于放出电量, 而多余的部分电量便耗散了。但是开路电压-安时法计量过程中仍会把这一部分能量计入蓄电池储存能量之内。本次实验中, 49个循环结束以后, 耗散能量累计为431.072AH, 这就意味着连续不间断的积分50个循环, 误差就会达到86.3%, 测量结果完全没有价值。

2.3 蓄电池自放电对测量方法产生的影响

蓄电池在放置时由于内部发生化学反应, 产生自放电现象, 从而导致蓄电池容量减少。这时需要对蓄电池进行浮充充电以平衡自放电的损失。浮充的电能一部分被损耗, 一部分做平衡蓄电池自放电的用途。而开路电压-安时法计量过程中会把这一部分能量计入蓄电池储存能量之内, 从而造成测量的不准确。

为得到自放电的具体数据, 对12V40AH蓄电池做了静置60h的自放电测试。测试过程中, 蓄电池端电压从13.375V下降到13.200V。蓄电池静置60h后, 对蓄电池进行充电, 以达到静置前的状态。总充入电量为0.03AH, 即蓄电池60h自放电为0.03AH。由此可知, 蓄电池自放电量非常小, 浮充电能主要是以热能的形式耗散了。

3 结论

通过实验发现, 制约开路电压-安时法在线测量蓄电池荷电状态精度提高的因素主要有:

1) 蓄电池充满电的稳定开路电压Va与蓄电池放电到截止状态的稳定开路Vb的变化, 导致开路电压与荷电状态的关系式随蓄电池循环加深而变化, 从而导致固定关系式测量蓄电池荷电状态得到结果不准确。

2) 蓄电池充电过程中能量转化问题。由于充入的电能没有完全转化为蓄电池的化学能储存起来, 而是转化为热能耗散, 而耗散部分的能量又被电压-安时法测量时算入蓄电池储存电量之内, 从而导致误差。从实验得出, 这个误差是相当大的, 误差长时间累积, 电压-安时法的测量结果就会失去意义。

3) 自放电对测量精度的影响虽然小, 但长时间累计也会造成一定偏差。浮充电量的设置非常关键。浮充与自放电偏差越大, 测量精度越差。

本文通过实验找到了制约开路电压-安时法的主要因素。解决这几个因素的制约, 将会使开路电压-安时法在线测量蓄电池荷电状态的精度进一步得到提高。

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