基于分段线性补偿的新型三相智能回路测试装置设计

0 引言

三相智能回路测试装置是评估电力系统关键设备性能的工具，能够评估电力设备的实际运行情况。随着电力系统的日趋复杂，电力设备运行环境变化较大，现有测试装置难以适应这种动态变化，且对设备状态的跟踪能力不足，导致性能不佳。

在此研究背景下，针对电力系统领域，多位研究学者提出了装置设计方法。施楠楠等[1]人明确测试目标，以电气性能、机械性能作为测试指标，制备高压电力电缆试样，设计电力性能测试模块、机械性能测试模块、电源模块等及对应电路回路，集成测试模块后得到测试装置设计结果。该方法在设计时可能受到测试装置复杂性的影响，导致设计的测试装置在某些应用场景下性能较差。王贵山等[2]人以基本电学原理和双接地状态为测试策略，分别设计了电源模块、信号采集模块、微控制器模块等。随后，利用数据处理算法设计主程序，集成上述模块得到初始测试装置，并调整参数完成设计。该方法在设计时会受到测试电流范围的限制，导致设计的装置应用性能较差。

本文设计了基于分段线性补偿的新型三相智能回路测试装置。本研究丰富了电力测试领域的理论体系，其能够显著提高测试精度和动态响应能力，还能降低谐波对测试结果的影响。同时，本研究能够扩展测试装置的应用范围，得到更为精准的测试结果，为电力系统的发展和管理提供数据支持。

1 新型三相智能回路测试装置设计

1.1 基于分段线性补偿的三相回路测试装置补偿电路模块设计

应用三相智能回路测试装置测试电力系统多个电力设备的具体性能时，需考虑测试过程中产生的多项误差，如传感器误差、信号调理电路误差等[3]。为了更好地减小测试误差，提高测试装置的测试精度，应用分段线性补偿技术，根据测试装置测试参数的实际范围，将测试范围划分为多个区间。其测试过程的分段函数如下所示

式中， U 表示测试电压的范围， Q 表示调整参数， U_max 表示最大测试电压， U_min 表示最小测试电压， l 表示划分的测试区间数量。

根据不同的测试区间，首先计算每个区间的补偿系数，然后据此设计对应的补偿电路[4]。其具体计算过程如下所示：

式中， B 表示每个测试区间的补偿系数， α 表示电压变化的线性参数， k 表示电流变化的线性参数， J 表示测试过程中电流响应的阶跃函数， η 表示测试装置的电压补偿项， ξ 表示测试装置的电流补偿项， T 表示测试装置的实时电流值， Y 表示测试装置的实时电压值。

根据上述公式，确定补偿系数，进而设计测试装置的补偿电路。在设计时，应用运算放大器，确定输入端电阻 R_a ，反馈端电阻 R_b ，再引入一个电压源和电阻，调整相应的参数，进而得到测试装置的补偿电路，提高测试结果的精度。

1.2 新型三相智能回路测试装置设计

在设计新型三相智能回路测试装置时，基于设计的补偿电路模块，还需明确测试对象和测试参数，定义信号采集模块、滤波电路、放大电路、通信模块、电源模块等多个主要模块[5]。其中，信号采集模块用于实时采集三相回路的电压、电流等数据[6]，将滤波电路和放大电路结合在一起，构建信号调理模块，对采集的数据进行处理，应用通信模块进行传输，电源模块则为测试装置提供稳定的电源。将上述硬件结构进行集成，得到新型三相智能回路测试装置。

为保证设计的测试装置性能，选设计对应的软件结构，如数据处理软件、驱动软件等，对测试装置测试的信号进行处理和补偿，提高测试装置的测试精度。将硬件设计和软件设计相结合，得到新型三相智能回路测试装置。至此，基于分段线性补偿的新型三相智能回路测试装置设计完成。

2 实验测试

2.1 实验准备

实验选择电力系统中的三相变压器作为被测试设备，该设备的具体参数如表 1 所示。

表 1 三相变压器的具体参数

如表 1 所示，将上述参数设定的三相变压器作为本次实验的被测试对象，共准备相同型号的设备 80 台。实验中，应用本文设计的装置对其进行测试，测试时需设定本文方法的多个参数，其参数设定如下：调整参数 Q为 1.52，电压波动线性参数 Δ_a 为 1.25，电流波动线性参数 k 为 2.23。

在上述参数设定下，设计测试装置。在设计过程中，应用分段线性补偿技术，通过设定补偿系数，设计测试装置的补偿回路。基于设计补偿回路，结合信号采集模块、滤波电路、放大电路等多个模块，结合信号处理算法，设计三相智能回路测试装置。

在验证本文设计的装置测试性能时，设定对比组实验。选择高压电力电缆缓冲层测试方法研究及测试装置设计作为装置 1，一种基于双接地状态回路电阻测试装置的研制及应用分析作为装置 2，将这两种装置的测试结果与本文设计装置的测试结果进行对比，验证本文设计装置的测试性能。

2.2 实验结果讨论

在测试三相智能回路装置的测试性能时，以测试结果与实际结果的偏差度为评价指标，对比三种测试装置的测试性能。三种测试装置的测试结果如图 1 所示。

图 1 三种测试装置测试结果的偏差度

如图 1 所示，应用三种装置对多台三相变压器进行测试时，本文设计装置测试结果与实际结果的偏差度数值最小，其均值为 2.33% ，装置 1 测试结果与实际结果的偏差度为 12.11% ，装置 2 测试结果与实际结果的偏差度为 9.45% 。因此，本文设计装置在实际应用中的测试性能较好。

3 结束语

综上所述，本研究通过分段线性补偿技术，设计测试装置的补偿回路，结合信号采集模块、放大回路等多个模块，设计三相回路测试装置。在实际应用中，本研究能够有效提高测试装置的测试准确性，保障电力系统的稳定性，实现对电力设备的实时监测。同时，本研究能够助力电力系统管理策略的优化，减少设备问题导致的经济损失，降低故障发生率，保障电力系统的稳定运行。

参考文献

[1] 施楠楠,夏俊峰,黄阳. 高压电力电缆缓冲层测试方法研究及测试装置设计 [J]. 电线电缆, 2024, 67 (03): 36-40.

[2] 王贵山,李洪坤,李应宏. 一种基于双接地状态回路电阻测试装置的研制及应用分析 [J]. 广西电力, 2023, 46 (03): 71-75.