高精度的高电压检测方法 本发明涉及一种主要应用于高电压电气系统中精密地检测电压值的检测方法，属于高电压检测领域，具体指一种高精度的高电压检测方法。
在高电压电气系统中，通常需要对高电压回路的电压值进行精确的测量，为了安全和方便应用，检测结果须与高电压回路隔离开。现有的检测装置大部分都是采用电磁式电压互感器，也有部分是采用电容分压或电阻分压法测量。
电磁式电压互感器主要是由一次线圈、二次线圈和铁心构成，一次线圈接入被测的交流高电压回路中，其产生的磁通经铁心传送到二次线圈，而由二次线圈中感应出成比例的交流电压，因此而将高电压隔离开。高电压等级的电压互感器中大部分还用油来绝缘。采用该测量方法，虽也能达到检测的目的，但存在着精度不高、难以检测低频分量、畸变大、有附加地瞬态过程、充油式电流互感器会有爆炸的危险等不足；而在电容分压法测量中，主要是由几个电容串接到高电压回路，各电容上的电压与被测电压成比例，在最低电压的一个电容上的电压经电磁式变压器变压后而得到隔离的测量值。这种方法仍然存在着精度不高，难以检测低频分量和有附加的瞬态过程的不足。而在电阻分压法测量中，主要是由几个电阻串接到高电压回路，各电阻上的电压与被测电压成比例，用最低电压的一个电阻上的电压值作为测量值。这种方法最主要的问题是在实际的电阻分压装置中有分布的杂散电容影响，精度不高，尤其是瞬态分量，受到的影响更大。
本发明的目的就在于提供一种高精度的高电压检测方法，其原理是基于电阻分压法，通过将高压侧、低压侧和电压中值点的分压值同时直接数字化，并将检测结果采用在电气上是隔离的通信方法传送到低压侧，在低压侧，将三个检测值进行数字校正后，得出一个单一的、已补偿了杂散电容影响的检测值作为测量结果，以及各分压值的数字化电路采用电池(包括光伏电池或化学电池或可充电电池等)进行供电等，使其既实现了高精度的电压检测，又能将测量结果与高电压隔离开。
本发明的目的是通过以下方式来实现的：一种高精度的高电压检测方法，主要包含有对高压侧、低压侧和电压中值点的分压值的采样、控制、和数字信号收发部分和低压侧的数字信号收发和处理部分，其中，A：高压侧、低压侧和中压侧的分压值同时数字化；B：用收发侧在电气上是隔离的通信方法，将三个数字信号送到低压侧的处理器上，由此而实现了测量结果与高电压的隔离；C：各分压值的数字化回路上，以及通信和控制电路采用电池进行供电，因此在这方面上各侧也是电气隔离的；D：将三个检测值用预先测出的误差模型进行数字校正后，得出一个单一的、已补偿了杂散电容影响的检测值作为测量结果。在上述方法中，测量结果是数字化的。各分压值检测则传递到低压侧的是数字信号，而不是模拟信号。电池可选光伏电池(一种将光能转换为电能的装置，即俗称的太阳能电池)、化学电池、可充电电池或不同类型电池的组合；当其精度要求降低时，为了简化装置，可采用高压侧、低压侧和中压侧中的任两点取样值进行处理后得出检测结果，当其精度要求进一步降低时，可简化为只采用高压侧或中压侧取样值作为检测结果，收发侧在电气上是隔离的通信方法有光纤或无线或红外。
采用本发明可以实现高精度的高电压检测装置，特别是为高电压电力系统中的控制、测量、保护装置提供高精度和低成本的电压检测装置。该装置的主要优点为：
1、高精度；
2、低成本；
3、数字化的输出，易与数字化装置接口。
由于本发明的技术是将带有高压的各分压值直接数字化后，传送数字信号到低压侧，高电压与低压侧之间无中间的模拟量变换过程。因而：
1、与电磁式电压互感器相比：精度更高，能测直流电压，低成本，无充油式电压互感器的爆炸的危险。
2、与电容分压互感器相比：精度更高，能测直流电压，低成本。
3、与普通电阻分压式高电压检测器相比：精度更高。
图1是采用本发明的实施例的高电压检测装置总框图；
图2是实施例各采样点的采样、控制、发送部分电路框图；
图3是实施例各采样点的电源部分电路框图；
图4是实施例低压侧处理部分电路框图；
图5是实施例采样、控制、发送部分电路图；
图6是实施例电源部分电路图；
图7是实施例电源部分控制电路图；
图8是实施例低压处理部分电路图；
图例说明：1-高压侧采样电阻，2-高压侧采样、发送控制器，3-高压侧电源部分，4-高压侧光伏电池，5-第一个分压电阻，6-中压侧采样电阻，7-中压侧采样、发送控制器，8-中压侧电源部分，9-中压侧光伏电池，10-第二个分压电阻，11-低压侧采样电阻，12-低压侧采样、发送控制器，13-低压侧处理部分，14-对中压侧供电的光源，15-对高压侧供电的光源，16-滤波、保护电路，17-模数转换，18-控制器Ⅰ,19-收发器，20-控制器Ⅱ,21-光伏电池，22-充电回路，23-可充电电池，24-低压侧处理器，25一对高压侧的收发器，26-对中压侧的收发器，27-对低压侧的收发器，28-低压侧电源部分。
以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
附图1～8是采用本发明实现的一个高精度的高电压互感器实施例，可应用于长期连续运行的场合，如在高电压电力系统中为控制、测量、保护装置提供电压检测值等。
如图1所示，在被测高电压回路对地接有电阻分压回路，电阻分压回路由采样电阻(1、6、11)、分压电阻(5,10)串联而成。高压侧采样电阻(1)、高压侧采样、发送控制器(2)、高压侧电源部分(3)、高压侧光伏电池(4)构成高压侧的采样、控制、收发部分，同样的，中压侧采样电阻(6)、中压侧采样、发送控制器(7)、中压侧电源部分(8)、中压侧光伏电池(9)构成中压侧的采样、控制、收发部分，低压侧采样电阻(11)、低压侧采样、发送控制器(12)、低压侧电源部分(28)构成低压侧的采样、控制、收发部分，中、低压侧的采样、控制、收发部分，参见高压侧的采样、控制、收发部分，其主要的差别在于低压侧少了光伏电池部分。高压侧、中压侧、低压侧的采样、控制、收发部分完成对高压侧、中压侧、低压侧的各分压值的数字化后经光纤输送到低压侧处理部分(13)，由低压侧处理部分(13)将三个检测值处理后得出检测结果。
如图2、图5所示，公开了高压侧的采样、控制、收发部分中高压侧采样、发送控制器(2)的电原理框图和电原理图，高压侧采样、发送控制器(2)由滤波、保护电路16、模数转换回路17、控制器(Ⅰ)18、收发器19连接构成，模数转换回路17经过滤波、保护电路16与采样电阻(1)相连，该模数转换回路17采用高速的16位模数转换芯片，模数转换结果送控制器(Ⅰ)18，由控制器(Ⅰ)18进行整理和编码后送到收发器19，用光纤收发器(19)发送到低压侧处理部分(13)，控制器(Ⅰ)18还与高压侧电源部分(3)中的控制器(Ⅱ)20连接，上述控制器(Ⅰ)18采用A54SX16芯片，收发器7采用SN75FC1000和V23826芯片，在控制器(Ⅰ)18上还连接有时钟电路；采样电阻(1)上的电压经由Rm01和Cm01滤波及Dm01/Dm02保护电路组成的滤波及保护电路16后进入模数转换回路17，模数转换回路17采用16位模数转换芯片，模数转换回路直接与由A54SX16芯片构成的控制器(Ⅰ)18联结，模数转换结果由控制器(Ⅰ)进行整理和编码后送到SN75FC1000和V23826芯片组成的收发器19，然后通过光纤发送到低压侧处理部分(13)。收发器19也可采用红外收发器或无线(扩频)收发器。控制器(Ⅰ)(18)还负责将控制器(Ⅱ)(20)收集到的信息转送低压侧处理部分(13)。而中压侧采样、发送控制器(7)、低压侧采样、发送控制器(12)的电原理框图和电原理图与高压侧采样、发送控制器(2)的电原理框图和电原理图相同，只是输入端连接的采样电阻分别为采样电阻(6)、采样电阻(10)。
高压侧、中压侧、低压侧采样、控制、收发部分的电源部分(3,8,28)，如图3的电路框图和图6、图7的电路图所示，各由光伏电池21、可充电电池23、相关的充电回路22及控制器(Ⅱ)20组成，其中光电池21通过充电回路22与可充电电池23相连，以便对可充电电池23充电，该充电回路22直接与控制器(Ⅱ)20相联，上述控制器(Ⅱ)20采用AT90S8535芯片，其外接充电回路22、控制器(Ⅰ)(18)、低压侧处理部分(13)；工作时，上述光电池21在有阳光时，由阳光照射产生电压，在没有阳光时，可由低压侧处理部分(13)的供电光源14或15照射产生电压。当光伏电池21上有足够的光强度时，光伏电池21开始供电，一方面作为主电源供电，一方面同时给可充电电池22充电。当光电池21上的光强度下降到一定程度时，由可充电电池22作为主电源供电。光伏电池21被应用到高压侧采样、控制、收发部分的电源部分(3)时，称为高压侧光伏电池4，光伏电池21被应用到中压侧采样、控制、收发部分的电源部分(8)时，称为高压侧光伏电池9。
主电源经变换和稳压滤波后，得出+5V/-5V/+3.3V的电压，再给其它部分电路供电。
控制器(Ⅱ)20监测光电池21和可充电电池23的电压，控制对可充电电池23的充电过程，并监测充电电流。如可充电电池23低电量又无足够的光强度时，控制器(Ⅱ)20通知低压侧处理部分(13)将供电光源14、15打开，照射光伏电池21产生电压，以免停电。
在控制器(Ⅱ)20的电路上还设有感温头Dt，以测量本装置的温度。
如图4的电路框图和图8的电路图所示，低压侧处理部分13由控制器24和低压侧收发器(25、26、27)组成，控制器24直接与系统的继电保护回路及测量、控制回路相连，并根据低压侧收发器(25、26、27)接收的数据进行处理，控制器24连接有时钟电路和供电光源14、15，上述低压侧收发器(25、26、27)包括对高压侧的收发器25、对中压侧的收发器26、对低压侧的收发器27，其通过光纤与各测量电路的收发器19相联，在低成本应用中，收发器(25、26、27)可采用与各测量电路的收发器19相应的红外收发器或无线(扩频)收发器。在工作时，控制器24将高压侧发送回来的数据进行处理后，送到继电保护回路和测量控制回路，以供进一步的分析处理。并按高、中压侧控制器(Ⅱ)20的通知，将供电光源14、15打开或关闭，以给高、中压侧光伏电池(4,9)提供必要的光源。控制器24采用XC4025E芯片，对高压侧的收发器25、对中压侧的收发器26、对低压侧的收发器27各采用SN75FC1000和V23826芯片构成，在上述电路中，低压侧处理部分13接收到经光纤发送回的将取样电阻(1,6,10)上的电压值直接高速数字化后的低压侧进行处理后，得出单一、已校正的电压测量结果。