一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法技术

本发明专利技术公开了一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法，首先对电网信号的离散采样值                                                  进行满足IEC标准规定的10周波加窗，执行非同步时加Hanning窗，再经DFT/FFT变换后对应谱线k处的频谱值    将频谱值两次乘以旋转相位因子变换后得到的频点处的幅值矢量叠加，以得到避雷器的频率、幅值和相位参数的准确值。该分析方法通过旋转因子变换后的频点处的幅值矢量叠加能够在基频非同步采样时消除栅栏效应和抑制频谱泄漏，同时消除瞬时大干扰带来的影响，避免了传统FFT算法在非同步采样或瞬时大干扰情形下检测出现的错误。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及避雷器泄漏电流分析领域，具体涉及一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法。
技术介绍
通过研究发现，避雷器的运行状态的改变体现在流过避雷器的全电流和阻性电流这两个内部参数的改变，即可以用避雷器的全电流和阻性电流来表征实际避雷器的运行状态，实现避雷器运行时的监测和预警。对于含连接避雷器的线路中电压、电流信号的分析，首先需要对其进行准确的测量。理论上电压信号只含有基波信号，而电流信号还含有除基波信号以外的3次、5次等谐波信号，传统的FFT算法适用于强信号、小干扰的情况，在基频同步采样时没有理论误差，对于电压、电流的结果较为准确。而实际电路中的电压、电流信号可能会出现以下问题而导致传统FFT算法检测失效：1)基频非同步采样带来的频谱泄漏和栅栏效应问题，由于电网基波频率时刻处于波动之中，其最大波动范围在±0.5Hz以内，正常波动情况在±0.2Hz以内，而由此带来的误差较大，其相位误差可能达到5°以上，致使后续的计算出现严重错误；2)由于电路中含有避雷器，因此电压、电流信号可能会承受来自雷电信号的高频瞬时大干扰，而硬件抗混叠滤波器可能出现信号衰减不彻底或者大干扰频率小于抗混叠滤波器的截止频率的情况，此时的大干扰对电压、电流信号的检测具有很大的影响。对于电压、电流信号的高精度测量，解决以上问题是关键。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提供一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法，通过旋转因子变换后的频点处的幅值矢量叠加能够在基频非同步采样时消除栅栏效应和抑制频谱泄漏，同时消除瞬时大干扰带来的影响，避免了传统FFT算法在非同步采样或瞬时大干扰情形下检测出现的错误。本专利技术采用以下技术方案：一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法，首先对电网信号的离散采样值进行满足IEC标准规定的10周波加窗，执行非同步时加Hanning窗，再经DFT/FFT变换后对应谱线k处的频谱值将频谱值两次乘以旋转相位因子变换后得到的频点处的幅值矢量叠加，以得到避雷器的频率、幅值和相位参数的准确值，其中Δt为单位采样间隔，M为分量个数，fi、Ai、i为分量的频率、幅值和相位，n＝0、1、…、N-1，N为采样窗口长度，i＝fi/Δf为单位化频率值，Δf为采样窗长为N时对应的频率分辨率，W(·)表示对应加窗的窗谱函数，当N＞＞1时对应Hanning窗谱函数的表达式如下：WH(θ)=e-jN-1Nπθsin(πθ)2πθ(1-θ2).]]>具体计算准确的频率、幅值和相位参数的公式分别为：其中ki、i为对应频率分量fi的最大谱线序号和频率偏移值，且具体计算准确的幅值公式为Ai=(1-∂i2)(4-∂i2)3sinc(∂i)|G‾(ki-1)+2G‾(ki)+G‾(ki+1)|.]]>具体计算准确的相位参数的公式为与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过多频点处的谱线矢量相加插值消除了FFT固有的栅栏效应和频谱泄漏影响，同时抵消了瞬时高频大干扰对频谱信号的干扰，从而能够高精度地测量电压、电流的幅值、频率和相位参数，使得最终的参数精度提高。附图说明图1改变旋转因子以抵消泄漏示意图；图2基频非同步采样时的DFT栅栏效应和频谱泄漏现象；图3含瞬时高频大干扰的信号时域图；图4含瞬时高频大干扰的信号频谱图；图5实测电压、电流采样数据。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的阐述。实施例1对采样数据进行满足IEC标准规定的10周波加窗(基频同步时加矩形窗、非同步时加Hanning窗)DFT/FFT频谱分析得到频谱信息。对于电网信号的离散采样值为：式中Δt为单位采样间隔，M为分量个数，fi、Ai、i为分量的频率、幅值和相位，n＝0、1、…、N-1，N为采样窗口长度。式(3-1)进行DFT/FFT变换后对应谱线k处的频谱值为：式中i＝fi/Δf为单位化频率值，Δf为采样窗长为N时对应的频率分辨率，W(·)表示对应加窗的窗谱函数，当N＞＞1时对应Hanning窗谱函数的表达式如下：WH(θ)=e-jN-1Nπθsin(πθ)2πθ(1-θ2)---(3-3)]]>对上述频谱进行乘旋转相位因子处理得新频谱信息使得各分量主瓣内的相位严格相同，旁瓣内的相位严格相反、幅值相近。将式(3-2)表示为：式中频谱值G(k)分量的相位因子中含两项，其随着谱线位置的不同而变化，当k值较大时影响较大，为了式(3-4)中的相位值不随谱线位置k的变化而改变，乘以旋转相位因子以抵消其变化，即：将单位化频率值i写成如下形式：βi=ki+∂i---(3-6)]]>其中ki、i为对应频率分量fi的最大谱线序号和频率偏移值，且-0.5∂i≤0.5.]]>式(3-5)表示为：即其中表示乘旋转相位因子后频谱上其余分量对分量fi的旁瓣干扰叠加值，对单个值Δ(km)来说，其旁瓣幅值相近、相位方向严格相反。其改变旋转因子来抵消泄漏思想的示意图如图1所示。通过对新频谱相邻谱线相加以消除部分旁瓣叠加泄漏的思想，可通过相邻谱线对应的频谱值相加来抑制其它分量对关注分量的旁瓣泄漏影响，即Δ(ki)+Δ(ki-1)≈0、Δ(ki)+Δ(ki+1)≈0，则那么，基于旋转因子的3谱线比值为：α3=|G‾(ki)+G‾(ki-1)||G‾(ki)+G‾(ki+1)|≈|W(-∂i)|+|W(-1-∂i)||W(-∂i)|+|W(-1-∂i)|---(3-11)]]>对于Hanning窗有式(3-11)化简为：α3≈2-∂i2+∂i---(3-12)]]>反解出3谱线插值的频率偏移值：∂i=2|G‾(ki+1)|-|G‾(ki-1)||G‾(ki-1)+2G‾(ki)+G‾(ki+1)|---(3-13)]]>因此，关注分量的频率值为：fi=(ki+∂i)Δf=βiΔf---(3-14)]]>利用三根谱线构造：根据频谱旁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法，其特征在于，首先对电网信号的离散采样值进行满足IEC标准规定的10周波加窗，执行非同步时加Hanning窗，再经DFT/FFT变换后对应谱线k处的频谱值将频谱值两次乘以旋转相位因子变换后得到的频点处的幅值矢量叠加，以得到避雷器的频率、幅值和相位参数的准确值，其中Δt为单位采样间隔，M为分量个数，fi、Ai、i为分量的频率、幅值和相位，n＝0、1、…、N‑1，N为采样窗口长度，i＝fi/Δf为单位化频率值，Δf为采样窗长为N时对应的频率分辨率，W(·)表示对应加窗的窗谱函数，当N＞＞1时对应Hanning窗谱函数的表达式如下：

【技术特征摘要】
1.一种新的金属氧化物避雷器泄漏电流分析方法，其特征在于，首先对电网信号的离
散采样值进行满足IEC标准规定的10周波加窗，执行
非同步时加Hanning窗，再经DFT/FFT变换后对应谱线k处的频谱值
将频谱值两次乘以旋转相位因子
变换后得到的频点处的幅值矢量叠加，以得到避雷器的频率、幅值和相位参数的准
确值，其中Δt为单位采样间隔，M为分量个数，fi、Ai、i为分量的频率、幅值和相位，n＝0、
1、…、N-1，N为采样窗口长度，i＝fi/Δf为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海峰，黄荣辉，王祥东，付东丰，徐林，林云，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司资阳供电公司，四川中电启明星信息技术有限公司，成都玛特瑞科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51