[發明專利]一種低復雜度高精度的快速介質損耗角測量方法

在審

• 申請號: 202010003172.X
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111044790A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 雷可君;汪旭明;楊喜;張仁民;張銀行
• 申請（專利權）人: 吉首大學
• 主分類號: G01R27/26
• 分類號: G01R27/26
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明涉及一種低復雜度高精度的快速介質損耗角測量方法，該方法首先對電流和電壓信號做快速傅里葉變換(FFT)得到相應的譜序列，然后利用序列變換公式分別對原始電流信號譜序列和電壓信號譜序列進行變換得到新的譜序列，接著利用新的電流和電壓譜序列分別得到相應的電流和電壓信號的基波相位角的估計值，并在此基礎上利用電流和電壓相位的估計值計算出介質損耗角。本發明能有效克服頻譜泄露對介質損耗角測量精度的影響，測量精度比經典的介質損耗角的測量方法高，且其實現方法簡單，計算復雜度低，便于硬件實現。

技術領域

本發明涉及一種低復雜度高精度的快速介質損耗角測量方法，屬于智能電網信號處理領域。

背景技術

電力系統的快速發展使得電網負荷迅速增加，從而不斷擴大電網規模，因此設備的可靠性及運行狀態直接影響整個系統的穩定和安全。其中很多設備故障是由設備絕緣問題造成的，所以對設備絕緣狀態的監測成為了電網系統安全運行的關鍵問題。而介質損耗角δ是衡量設備絕緣狀態的重要參數，因此實現介質損耗角的高精度測量具有重要的實際應用價值。

介質損耗角的數字化測量方法主要有電壓比較器法、過零點時差法、正弦波擬合法、相關函數分析法、諧波分析法等。其中電壓比較器法和過零點時差法為硬件法，容易受頻率波動和諧波的影響。軟件法有正弦波擬合法、相關函數分析法、諧波分析法等。諧波分析法因其具有精度高、處理快、諧波干擾小等特點，所以常用來計算介質損耗角。其中基于快速傅里葉變換(FFT)的方法是目前進行諧波信號分析的主要方法。需要指出的是，當信號出于同步采樣時，這種方法能夠比較準確的測量介質損耗角，但是當信號處于非同步采樣時，該方法就會出現頻譜泄露和柵欄效應現象，進而限制了介質損耗角的測量精度的進一步提高。國內外學者提出加窗插值算法來減小頻譜泄露和柵欄效應的負面影響，如加Hanning窗加權插值算法、加矩形卷積窗插值算法、加Hanning卷積窗插值算法等。然而傳統的加窗插值算法需要選擇和構造復雜的窗函數，而且精度仍然有待進一步提高。因此，迫切需要設計一種兼顧低復雜度和高精度的介質損耗角的測量方法。

發明內容

技術問題：針對目前介質損耗角測量方法的缺點，本發明提出了一種低復雜度、高精度的快速介質損耗角測量方法。該方法測量精度高、實現方法簡單，能很好地應用到實際的介質損耗角的測量當中。

技術方案：本發明提出的一種低復雜度高精度的快速介質損耗角測量方法，先在時域中對采樣的電流和電壓信號進行傅里葉變換FFT；然后通過對電流和電壓信號的譜序列分別進行簡單的加權變換得到新的譜序列；再利用新的電流和電壓譜序列分別得到相應的電流和電壓信號的基波相位角的估計值；最后利用估計得到的基波相位角來計算出介質損耗角π；具體包括以下步驟：

步驟一、利用電流互感器從電氣設備中獲取電流信號利用電壓互感器從電氣設備中獲取電壓信號其中，m為諧波次數，M為總的諧波次數，i_m和u_m分別表示為第m次電流和電壓信號諧波的幅度，φ_im和φ_um分別表示第m次電流和電壓信號諧波的相位，f₀基波頻率；

步驟二、對電流信號i(t)離散化后進行FFT處理得到相應的輸出譜序列{I(n)}，其中，0≤n≤N-1，N是采樣點數，n表示{I(n)}中第n個元素的序號；對電壓信號u(t)離散化后進行FFT處理得到相應的輸出譜序列{U(n)}；

步驟三、對{I(n)}作序列變換得到新的譜序列{I_o(n)}，同時對{U(n)}作序列變換得到新的譜序列{U_o(n)}；