[發明專利]一種基于壓電陶瓷微形變圖像檢測的電壓測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202110010565.8
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112782464A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 翟少磊;羅奕;程富勇;賈南疆;張林山;方正云;段怡;何瀟;李月梅;閆永梅;楊莉;李登云
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G01R19/25
• 分類號: G01R19/25;G01R15/00
• 代理公司: 北京弘權知識產權代理有限公司 11363
• 代理人: 逯長明;許偉群

本發明示出一種基于壓電陶瓷微形變圖像檢測的電壓測量裝置及方法，涉及電力檢測技術領域。解決了現有OVT技術測量電壓時運行不可靠、價格不低廉的問題。本發明示出的電壓測量裝置，包括：背光單元設置在壓電陶瓷模塊的一側；采集單元設置在壓電陶瓷模塊的另一側；壓電陶瓷模塊上設置有可拆卸的壓電陶瓷片、電極和基座，電極設置在壓電陶瓷片的上下兩端。本發明利用壓電陶瓷的逆壓電效應，基于壓電陶瓷微形變的圖像識別模塊，以非接觸式的圖像傳感器取代了高成本的機械傳感器，結合圖像處理技術，計算壓電陶瓷片受電后的微形變投影面積，進而實現直流電壓的高精度測量。它具有成本低、準確度高、穩定性強等特點，滿足智能電網對設備數字化的要求。

技術領域

本發明涉及電力檢測技術領域，尤其涉及一種基于壓電陶瓷微形變圖像檢測的電壓測量裝置及方法。

背景技術

高壓直流輸電作為一種大容量、長間距輸電技術，在全球能源互聯網的推進過程中發揮了重要作用。隨著我國智能電網的發展以及高壓柔性直流輸電、大規模風電場并網等技術應用與推廣，對柔性直流系統控制與保護提出更快速更準確的響應需求，因而對應高壓直流電流電壓測量裝置需要具備高可靠性、高速、高精度等特性。高壓直流電壓的測量是智能電網及直流輸電廣泛推進的基礎，是實現智能電網的狀態監測、電能計量的重要前提。

現有技術中，高壓直流電壓測量裝置主要采用阻容分壓原理，通過分壓器上下臂阻容時間常數的一致性保證良好的頻率響應。但在實際設計中，由于存在雜散電容和寄生電感的影響，上下臂的阻容參數較難匹配，從而導致分壓比隨被測信號頻率變化；同時二次輸出一般為模擬信號，通過電纜傳輸，易受干擾，或者通過就地采集時響應速度得不到保證。傳統直流電壓的相關測量方法，由于其體積大、重量重、動態范圍窄等不足，逐漸被具有體積小、重量輕、準確度高、動態范圍大等優點的新型傳感技術所代替，如光學電壓互感器(Optical Voltage Transformer，OVT)。OVT測量時動態范圍大、測量頻帶寬、檢測精度高；結構相對簡單，尺寸相對更小、質量輕；具有輸出量為數字量，方便進行光纖通信等遠程控制等優點。目前OVT不僅是目前世界各國爭相研究的一種新型的電力系統電壓檢測裝置，而且被業界公認為互感器技術的發展方向。

然而目前OVT產品主要采用光纖傳感器，其傳感頭容易受溫度和外界環境擾動的影響，長期運行時的穩定性和可靠性無法得到保證。另外，純光纖式光電互感器價格較高、測量效果欠佳，嚴重制約了OVT技術的市場推廣。因此急需提出一種運行可靠、價格低廉且測量精度較高的新型OVT技術。

發明內容

針對現有技術存在的上述技術問題，本發明提供了一種基于壓電陶瓷微形變圖像檢測的電壓測量裝置及方法，解決了現有OVT技術測量電壓時運行不可靠、價格不低廉的問題。

本發明第一方面示出一種基于壓電陶瓷微形變圖像檢測的電壓測量裝置，包括：背光單元、采集單元、圖像識別模塊、壓電陶瓷模塊和控制單元；

背光單元設置在壓電陶瓷模塊的一側，被配置為：提供背光源；

采集單元設置在壓電陶瓷模塊的另一側，被配置為：采集形變投影圖像；

壓電陶瓷模塊上設置有可拆卸的壓電陶瓷片、電極和基座，電極設置在壓電陶瓷片的上下兩端，電極設置在基座的上端；

采集單元的輸出端連接圖像識別模塊的輸入端；

背光單元、采集單元、圖像識別模塊和壓電陶瓷模塊與控制單元電連接。

具體地，上述結構具有以下有益效果：壓電陶瓷片因逆壓電效應產生形變，圖像識別模塊利用圖像識別技術，通過檢測壓電陶瓷片的微形變投影面積；高壓直流電壓經分壓處理后連接電極兩端，電極接壓電陶瓷片的輸入端；進而計算陶瓷片兩端的電壓值，并結合分壓比獲取高壓端的電壓值。可拆卸的壓電陶瓷片的結構設計，實現可根據待測電壓的大小進行更換的功能。

在一些實施例中，采集單元包括：鏡頭和圖像傳感器；