一种具有自校准功能的直流高电压测量装置及其操作方法与流程

技术特征：
1.一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，包括：直流电阻分压器，包括：高压臂电阻r
h
、低压臂电阻r
n
‑1和低压臂电阻r
n
；所述高压臂电阻r
h
的一端用于与电压母线电连接，另一端与所述低压臂电阻r
n
‑1的一端电连接，低压臂电阻r
n
‑1的另一端与低压臂电阻r
n
的一端相连接，低压臂电阻r
n
的另一端用于接地；所述低压臂电阻r
n
‑1并联有电子开关k；测量电路，用于测量获取所述低压臂电阻r
n
的电压值；微处理器，包括：直流高电压值获取模块、直流电能质量状态识别模块和自校准模块；所述直流高电压值获取模块用于采用低压臂电阻r
n
的电压值乘以直流电阻分压器分压比计算获得待测电压母线的直流高电压值；所述直流电能质量状态识别模块用于获取预设时间段内的待测电压母线的直流高电压值的幅值变化，基于所述幅值变化将待测直流高电压现阶段所处的电能质量状态分为5类，分别为：直流电压额定状态、直流电压偏差状态、直流电压波动状态、直流电压暂降状态和直流电压纹波状态；所述自校准模块用于获取电能质量状态的分类；当电能质量状态为处于直流电压额定状态、直流电压偏差状态或直流电压纹波状态时，通过控制所述电子开关k的通、断，计算获得高压臂电阻r
h
的校准值，通过所述校准值对直流电阻分压器分压比进行校准，完成所述直流高电压测量装置校准。2.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，还包括：保护电路，所述保护电路设置于所述直流电阻分压器和所述测量电路之间，用于隔离前后级电路。3.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，还包括：通讯电路，用于实现所述直流高电压测量装置与上位机或显示仪器的通讯，完成测量电压值的通讯传输。4.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述高压臂电阻r
h
、低压臂电阻r
n
‑1和低压臂电阻r
n
的阻值由待测电压母线的电压等级决定，串联电路的电流为百微安级，低压臂的输出电压范围为0～10v；电阻值精密度由测量准确度等级决定，电阻均为低温漂电阻，温度漂移小于1ppm/℃。5.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述电子开关k为固态继电器；导通电阻r
on
满足如下关系时，其对直流电阻分压器准确度等级α的影响忽略：6.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述直流电能质量状态识别模块中，获取预设时间段内的待测电压母线的直流高电压值的幅值变化，基于所述幅值变化将待测直流高电压现阶段所处的电能质量状态分为5类，分别为：直流电压额定状态、直流电压偏差状态、直流电压波动状态、直流电压暂降状态和直流电压纹波状态具体步骤包括：
获取预设时间段内的待测电压母线的直流高电压值的幅值变化；根据所述幅值变化基于粒子群参数优化的支持向量机多分类模型，采用粒子群优化算法对支持向量机模型中的核参数σ和惩罚因子c进行优化，实现对直流电能质量状态的分类识别，所述分类识别获得的类别包含：直流电压额定状态、直流电压偏差状态、直流电压波动状态、直流电压纹波状态和直流电压暂降状态5种电能质量状态。7.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述直流电压额定状态为电压母线实际电压与额定电压数值维持相同；所述直流电压偏差状态为电压母线实际电压高于或者低于额定电压，电压偏差低于额定电压的10％；所述直流电压波动状态为电压母线实际电压波动是一种无规律且不包含频率固定成分的电压连续变动，变化幅值低于额定电压的10％；所述直流电压暂降状态为电压母线实际电压出现瞬时电压跌落或预设时间内出现电压预设幅度降低，降低量大于额定电压的10％；所述直流电压纹波状态为电压母线实际电压是直流电中叠加了交流分量，将直流母线电压按工频以及工频的2、3、
…
、n倍分为1次、2次、
…
、n次纹波。8.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述自校准模块中，获取电能质量状态的分类；当电能质量状态为处于直流电压额定状态或直流电压偏差状态时，通过控制所述电子开关k的通、断，计算获得高压臂电阻r
h
的校准值，通过所述校准值对直流电阻分压器分压比进行校准，完成所述直流高电压测量装置校准的步骤具体包括：当待测电压母线的电压处于额定电压的80％～120％范围内，且电压处于直流电压额定状态、直流电压偏差状态或直流电压纹波状态下，控制电子开关k通、断，计算获得高压臂电阻r
h
的校准值，通过所述校准值对直流电阻分压器分压比进行校准；其中，处于直流电压额定状态和直流电压偏差状态时：当电子开关k关断时，低压臂输出电压v
n
表示为直流高电压值v
h
表示为当电子开关k导通时，低压臂输出电压v
n
'表示为直流高电压值v
h
表示为联立直流高电压值计算方程，消去母线电压v
h
计算得到r
h
的校准值，表示为：9.根据权利要求1所述的一种具有自校准功能的直流高电压测量装置，其特征在于，所述自校准模块中，获取电能质量状态的分类；当电能质量状态为处于直流电压纹波状态时，
通过控制所述电子开关k的通、断，计算获得高压臂电阻r
h
的校准值，通过所述校准值对直流电阻分压器分压比进行校准，完成所述直流高电压测量装置校准的步骤具体包括：在直流电压纹波状态中采集获取预设数量的电压数据点，选中时间内纹波波峰、波谷或其余特征点出现的时间为t1、t2、t3，通过最小二乘算法拟合出各次纹波的幅值与相位；基于各次纹波的幅值与相位预测出纹波波峰、波谷或其余特征点出现时间点t
n
、t
n 1
、t
n 2
；在t
n
、t
n 1
、t
n 2
时刻进行电子开关k关断或者导通操作，确保电子开关k关断或者导通操作时，电压母线电压保持相同；当电子开关k关断时，低压臂输出电压v
n
表示为直流高电压值v
h
表示为当电子开关k导通时，低压臂输出电压v
n
'表示为直流高电压值v
h
表示为联立直流高电压值计算方程，消去母线电压v
h
计算得到r
h
的校准值，表示为：10.一种权利要求1所述的具有自校准功能的直流高电压测量装置的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：所述高压臂电阻r
h
用于与电压母线电连接的一端与待测电压母线相连接，所述低压臂电阻r
n
用于接地的一端接地；电子开关k处于关断状态；测量电路测量获取所述低压臂电阻r
n
的电压值；直流高电压值获取模块采用低压臂电阻r
n
的电压值乘以直流电阻分压器分压比计算获得待测电压母线的直流高电压值；直流电能质量状态识别模块获取预设时间段内的待测电压母线的直流高电压值的幅值变化，基于所述幅值变化将待测直流高电压现阶段所处的电能质量状态分为5类，分别为：直流电压额定状态、直流电压偏差状态、直流电压波动状态、直流电压暂降状态和直流电压纹波状态；自校准模块获取电能质量状态的分类；当电能质量状态为处于直流电压额定状态、直流电压偏差状态或直流电压纹波状态时，通过控制所述电子开关k的通、断，计算获得高压臂电阻r
h
的校准值，通过所述校准值对直流电阻分压器分压比进行校准，完成所述直流高电压测量装置校准。

技术总结
本发明公开了一种具有自校准功能的直流高电压测量装置及其操作方法，所述装置包括：直流电阻分压器包括：高压臂电阻R


技术研发人员：陈庆 汤晓君 潘攀 吕泱宇 李勇 常昊 杨景刚 肖小龙 刘瑞煌 袁栋 朱卫平 袁宇波 苏伟 司鑫尧 郭佳豪 杨騉
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2021.08.11
技术公布日：2021/11/4