一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘德拜电路参数辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，该方法根据德拜等效模型下去极化电流指数函数叠加的物理特性，改进传统的Prony算法，根据某一采样间隔能够准确求解的时间常数范围，实现采样间隔的自适应选择，利用自适应采样间隔对相应的时间常数的驰豫子谱线进行Prony拟合；得到子谱线参数后，代入德拜等效电路参数辨识公式实现等效电路参数的辨识。该发明专利技术方法避免了人为取点和采样间隔选取的主观性，对具有噪声干扰的实测去极化电流起到了滤波作用，准确唯一地实现了油纸变压器德拜等效电路参数的辨识。

A parameter identification method of oil paper insulation Debye circuit based on adaptive sampling interval Prony Algorithm

【技术实现步骤摘要】
一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘德拜电路参数辨识方法
本专利技术涉及油纸绝缘介质响应建模和老化评估
，特别是一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法。
技术介绍
介质响应法是诊断油纸绝缘状态的一种无损的检测方法，对油纸绝缘进行的介质响应实验主要包括计划去极化电流实验(PDC)，回复电压实验(RVM)以及频域介质响应实验(FDS),近些年来对介质响应法的研究已经从直接从实验数据提取特征量，转变为对介质弛豫过程进行建模，深入理解和研究介质响应的过程和机理。建立数学模型让不同介质响应实验有了统一的理论解释，也让不同的测量过程通过介质响应模型互相验证，其中扩展德拜模型就是一种广泛应用于油纸绝缘介质相应的建模的数学模型，其可以准确的反应油纸绝缘非均匀介质复杂的极化过程。在扩展德拜模型的描述下，去极化电流是指数函数子谱线叠加的形式，辨识出扩展德拜模型各条支路参数的关键是得到去极化电流指数叠加项的驰豫系数和时间常数；而Prony算法又是一种拟合指数函数叠加的算法，但是去极化电流又有其特殊性，传统Prony算法对各指数叠加项的差异过大的情况无能为力，因此对传统Prony算法进行改进，根据某一采样间隔能够准确求解的时间常数范围，实现采样间隔的自适应选择，提高对存在噪声干扰的实测PDC电流的滤波作用，应用于油纸绝缘扩展德拜模型的参数辨识，是本专利技术的主要工作。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提出一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，能够准确、唯一、客观的辨识出油纸变压器扩展德拜模型的电路参数。本专利技术采用以下方案实现：一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，包括以下步骤：步骤S1：获取去极化电流数据即原去极化电流数据，并利用所述去极化电流数据构造Prony算法的样本矩阵元素，并且将所述样本矩阵元素排列为样本矩阵R；步骤S2：确定所述样本矩阵R的秩，即确定所述去极化电流数据的指数驰豫项的叠加数N0；步骤S3：对所述去极化电流用不同大小的采样间隔进行二次等间隔采样；步骤S4：将步骤S3中二次等间隔采样后的去极化电流再次带入Prony算法进行拟合，初始子谱线条数N＝0，当拟合子谱线参数满足条件记录下解出的子谱线参数，并且从步骤S1中原去极化电流数据的基础上减去解得的子谱线数据得到剩余谱线数据，子谱线条数N＝N+1；步骤S5：重复步骤S4，在剩余谱线数据的基础上减去子谱线数据得到本次的剩余电流数据，子谱线条数N＝N+1，直到解出子谱线条数N达到步骤S2中的到的N0；步骤S6：将解出子谱线参数带入参数辨识公式，辨识出变压器徳拜等效电路参数。进一步地，所述步骤S1的具体步骤如下：步骤S11：利用DIRANA介质相应测试仪测量油纸变压器的去极化电流id或在Matlab平台搭建扩展徳拜电路模型进行仿真实验得到去极化电流id，其中测量的过程中保证去极化电流id是等间隔采样点构成的离散电流序列；步骤S12：利用步骤S11中获得的去极化电流数据id，构造样本矩阵元素：步骤S13：将样本矩阵元素排列为样本矩阵：进一步地，在步骤S2中，所述确定叠加数N的具体内容如下：若所述去极化电流数据是通过仿真测试得到，即为理想数据，则直接求所述样本矩阵R的秩，就获得去极化电流驰豫项的叠加数N；若现场实测的去极化电流数据，因为存在外界干扰，则分别用3-8个驰豫叠加项对实测去极化电流进行拟合，将信噪比(SNR)、弗雷歇距离和拟合优度作为指量化拟合效果，选取拟合效果最好的作为最终拟合结果。进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：步骤S31：选取最大的采样间隔，所述最大采样间隔大于100s；步骤S32：选取步进采样间隔为10s；步骤S33：从最大采样间隔开始，每次减去步进采样间隔，从步骤S11中测得的去极化电流序列id的首端开始，等间隔采样2N+1个采样点；步骤S34：当采样间隔小于10s时，用1s和0.1s作为采样间隔进行采样。进一步地，在步骤S4中，所述当拟合子谱线满足条件，原曲线减去子谱线得到剩余谱线，其中所述拟合子谱线需要满足的条件为：如果采样间隔是最大采样间隔，则解出子谱线的时间常数大于此采样间隔；如果采样间隔不是最大采样间隔，而且采样间隔大于10s，解出子谱线的时间常数要大于当前采样间隔，小于上一次采样的采样间隔；如果采样间隔为1s，则解出子谱线的时间常数要在1s-10s之间；如果采样间隔为0.1s，则解出子谱线的时间常数要小于1s。进一步地，在步骤S5中，解出子谱线的数量要等于步骤2中求得的驰豫项叠加数N0，则停止拟合，具体包括如下内容：初始子谱线条数N＝0，原谱线或剩余谱线每减去一条满足条件的子谱线，子谱线条数N＝N+1；如果从最大采样间隔一直到最小采样间隔进行拟合，所得到的驰豫子谱线的数目都没有达到N0条，则再从最大的采样间隔进行第二次拟合，直到满足要求。进一步地，在步骤S6中，利用解出的去极化电流子谱线数据代入参数辨识公式辨识出油纸绝缘的等效电路参数，具体包括如下内容：步骤S61：去极化电流在徳拜等效电路的描述下是指数函数叠加的形式解出的i条子谱线为指数函数形式其中Bi是第i条子谱线的弛豫系数，τi是第i条子谱线的时间常数；步骤S62：根据徳拜等效电路原理以及去极化电流的测量过程得到去极化电流辨识公式：将步骤S5中得到的子谱线弛豫系数Bi和时间常数τi代入参数辨识公式中，得到油纸绝缘的徳拜等效电路模型参数Rpi即徳拜等效电路第i条极化支路的支路电阻和Cpi即徳拜等效电路第i条极化支路的支路电容。与现有技术相比，本专利技术有以下有益效果：1、本专利技术从去极化电流的德拜拟合入手，对油纸绝缘扩展德拜模型参数进行辨识，可以对现场测量起到滤波的作用，而且参数辨识具有唯一性；2、与从末端拟合的传统方法相比，本专利技术避免的人工取点的主观性造成的差异和不准确；3、与三次微分解谱，向量匹配等方法相比，本专利技术没有复杂的微分、时频域转换等复杂步骤，也没有因为这些复杂步骤而引入的中间误差。附图说明图1为本专利技术实施例的流程图。图2为本专利技术实施例的调压器的去极化电流的测量图片。图3为本专利技术实施例的调压器的去极化电流原始谱线。图4为本专利技术实施例的对调压器去极化电流原始谱线用2-7条进行拟合的效果图。图5为本专利技术实施例的最终用7条拟合的效果图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本实施例提供了一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，包括以下步骤：步骤S1：获取去极化电流数据即原去极化电流数据，并利用所述去极化电流数据构造Prony算法的样本矩阵元素，并且将所述样本矩阵元素排列为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：/n步骤S1：获取去极化电流数据即原去极化电流数据，并利用所述去极化电流数据构造Prony算法的样本矩阵元素，并且将所述样本矩阵元素排列为样本矩阵R；/n步骤S2：确定所述样本矩阵R的秩，即确定所述去极化电流数据的指数驰豫项的叠加数N

【技术特征摘要】
1.一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：获取去极化电流数据即原去极化电流数据，并利用所述去极化电流数据构造Prony算法的样本矩阵元素，并且将所述样本矩阵元素排列为样本矩阵R；
步骤S2：确定所述样本矩阵R的秩，即确定所述去极化电流数据的指数驰豫项的叠加数N0；
步骤S3：对所述去极化电流用不同的采样间隔进行二次等间隔采样；
步骤S4：将步骤S3中二次等间隔采样后的去极化电流再次带入Prony算法进行拟合，初始子谱线条数N＝0，当拟合子谱线参数满足条件记录下解出的子谱线参数，并且从步骤S1中原去极化电流数据的基础上减去解得的子谱线数据得到剩余谱线数据，子谱线条数N＝N+1；
步骤S5：重复步骤S4，在剩余谱线数据的基础上减去子谱线数据得新的剩余电流数据，子谱线条数N＝N+1，直到解出子谱线条数N达到步骤S2中的到的N0；
步骤S6：将解出子谱线参数带入参数辨识公式，辨识出变压器徳拜等效电路参数。


2.根据权利要求1所述的一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，其特征在于：所述步骤S1的具体步骤如下：
步骤S11：利用DIRANA介电响应分析仪测量油纸变压器的去极化电流数据id或在Matlab平台搭建扩展徳拜电路模型进行仿真实验得到去极化电流数据id，其中测量的过程中保证去极化电流id是等间隔采样点构成的离散电流序列；
步骤S12：利用步骤S11中测得的去极化电流数据id，构造样本矩阵元素：



步骤S13：将样本矩阵元素排列为样本矩阵：





3.根据权利要求1所述的一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，其特征在于：在步骤S2中，所述确定叠加数N0的具体内容如下：
若所述去极化电流数据是通过仿真测试得到，则直接求所述样本矩阵R的秩，就获得去极化电流驰豫项的叠加数N0；
若现场实测的去极化电流数据，外界干扰导致曲线不平滑，则分别用3-8个驰豫叠加项对实测去极化电流进行拟合，利用信噪比、弗雷歇距离和拟合优度作为指标量化拟合效果，选取拟合效果最好的作为最终拟合结果。


4.根据权利要求2所述的一种基于自适应采样间隔Prony算法的油纸绝缘徳拜电路参数辨识方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆珍，高浩，蔡金锭，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35