一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法技术

本发明专利技术涉及一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法，该方法首先对电流和电压信号做快速傅里叶变换(FFT)得到相应的谱序列，然后利用序列变换公式分别对原始电流信号谱序列和电压信号谱序列进行变换得到新的谱序列，接着利用新的电流和电压谱序列分别得到相应的电流和电压信号的基波相位角的估计值，并在此基础上利用电流和电压相位的估计值计算出介质损耗角。本发明专利技术能有效克服频谱泄露对介质损耗角测量精度的影响，测量精度比经典的介质损耗角的测量方法高，且其实现方法简单，计算复杂度低，便于硬件实现。

【技术实现步骤摘要】
一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法
本专利技术涉及一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法，属于智能电网信号处理领域。
技术介绍
电力系统的快速发展使得电网负荷迅速增加，从而不断扩大电网规模，因此设备的可靠性及运行状态直接影响整个系统的稳定和安全。其中很多设备故障是由设备绝缘问题造成的，所以对设备绝缘状态的监测成为了电网系统安全运行的关键问题。而介质损耗角δ是衡量设备绝缘状态的重要参数，因此实现介质损耗角的高精度测量具有重要的实际应用价值。介质损耗角的数字化测量方法主要有电压比较器法、过零点时差法、正弦波拟合法、相关函数分析法、谐波分析法等。其中电压比较器法和过零点时差法为硬件法，容易受频率波动和谐波的影响。软件法有正弦波拟合法、相关函数分析法、谐波分析法等。谐波分析法因其具有精度高、处理快、谐波干扰小等特点，所以常用来计算介质损耗角。其中基于快速傅里叶变换(FFT)的方法是目前进行谐波信号分析的主要方法。需要指出的是，当信号出于同步采样时，这种方法能够比较准确的测量介质损耗角，但是当信号处于非同步采样时，该方法就会出现频谱泄露和栅栏效应现象，进而限制了介质损耗角的测量精度的进一步提高。国内外学者提出加窗插值算法来减小频谱泄露和栅栏效应的负面影响，如加Hanning窗加权插值算法、加矩形卷积窗插值算法、加Hanning卷积窗插值算法等。然而传统的加窗插值算法需要选择和构造复杂的窗函数，而且精度仍然有待进一步提高。因此，迫切需要设计一种兼顾低复杂度和高精度的介质损耗角的测量方法。专利技术内容技术问题：针对目前介质损耗角测量方法的缺点，本专利技术提出了一种低复杂度、高精度的快速介质损耗角测量方法。该方法测量精度高、实现方法简单，能很好地应用到实际的介质损耗角的测量当中。技术方案：本专利技术提出的一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法，先在时域中对采样的电流和电压信号进行傅里叶变换FFT；然后通过对电流和电压信号的谱序列分别进行简单的加权变换得到新的谱序列；再利用新的电流和电压谱序列分别得到相应的电流和电压信号的基波相位角的估计值；最后利用估计得到的基波相位角来计算出介质损耗角π；具体包括以下步骤：步骤一、利用电流互感器从电气设备中获取电流信号利用电压互感器从电气设备中获取电压信号其中，m为谐波次数，M为总的谐波次数，im和um分别表示为第m次电流和电压信号谐波的幅度，φim和φum分别表示第m次电流和电压信号谐波的相位，f0基波频率；步骤二、对电流信号i(t)离散化后进行FFT处理得到相应的输出谱序列{I(n)}，其中，0≤n≤N-1，N是采样点数，n表示{I(n)}中第n个元素的序号；对电压信号u(t)离散化后进行FFT处理得到相应的输出谱序列{U(n)}；步骤三、对{I(n)}作序列变换得到新的谱序列{Io(n)}，同时对{U(n)}作序列变换得到新的谱序列{Uo(n)}；步骤四、在{Io(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Io(ki)和Io(ki+1)，求出比值其中，ki和ki+1为{Io(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；同时在{Uo(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Uo(ku)和Uo(ku+1)，求出比值其中，ku和ku+1为{Uo(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；步骤五、根据式求出电流信号中基波频率的偏移量Δki；同时根据式求出电压信号中基波频率的偏移量Δku；步骤六、在电流谱序列中利用Io(ki)的相位和偏移量计算得到电流信号的基波相位φi1＝arg(Io(ki))-Δkiπ，同时在电压谱序列中利用Uo(ku)的相位和偏移量计算得到电压信号的基波相位φu1＝arg(Uo(ku))-Δkuπ，这里arg(Io(ki))和arg(Uo(ku))分别表示Io(ki)和Uo(ku)的相位；步骤七、通过φi1和φu1可以计算介质损耗角δ，其计算公式为其中，步骤三所述的电流信号谱序列变换公式为：其中，{I(n-i)}和{I(n+i)}分别为{I(n)}右移i位和左移i位后得到的谱序列，b0＝1/14400，b1＝-1/17280，b2＝1/30240，b3＝-1/80640，b4＝1/362880，b5＝-1/3628800。步骤三所述的电压信号谱序列变换公式为：其中，{U(n-i)}和{U(n+i)}分别为{U(n)}右移i位和左移i位后得到的谱序列；b0＝1/14400，b1＝-1/17280，b2＝1/30240，b3＝-1/80640，b4＝1/362880，b5＝-1/3628800。所述的序列变换，输入序列移位后出现的空缺位补零。有益效果：本专利技术的有益效果主要体现在以下两个方面：1)经典的基于加窗插值处理的介质损耗角测量方法的测量精度不高，而本专利技术所提的测量方法精度高，并且在基波频率变化时测量精度具有很好的稳定性。2)本专利技术所提方法只需对信号经快速傅里叶变换处理后得到的谱序列进行简单的变换处理，不用选择和构造复杂的窗函数，实现方法简单，计算复杂度低，便于硬件实现。附图说明图1是介质损耗角测量方法流程图。具体实施方式该方法先在时域中对电流、电压信号进行快速傅里叶变换处理，然后通过对电流和电压信号的谱序列进行简单变换得到新的谱序列。在此基础上，利用新的谱序列估计得到电流和电压信号的相位角并以此计算介质损耗角δ。该方法的实施步骤为：(1)利用电流互感器从电气设备中获取电流信号利用电压互感器从电气设备中获取电压信号其中m为谐波次数，M为总的谐波次数，im和um为第m次电流和电压信号谐波的幅度，φim和φum为第m次电流和电压信号谐波的相位，f0为基波频率；(2)对电流信号i(t)离散化后进行傅里叶变换得到相应的输出频谱序列{I(n)}，0≤n≤N-1，N是采样点数，对电压信号u(t)离散化后进行傅里叶变换得到相应的输出频谱序列{U(n)}；(3)对{I(n)}作变换处理得到序列{Io(n)}，对{U(n)}作变换处理得到序列{Uo(n)}；(4)在{Io(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Io(ki)和Io(ki+1)，求出比值其中，ki和ki+1为{Io(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；在{Uo(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Uo(ku)和Uo(ku+1)，求出比值其中，ku和ku+1为{Uo(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；(5)根据式求出电流信号中基波频率的偏移量Δki，根据式求出电压信号中基波频率的偏移量Δku；(6)在电流信号中利用Io(ki)的相位和偏移量可以计算得到电流信号的基波相位φi1＝arg(Io(ki))-Δkiπ，在电压信号中利用Uo(ku)的相位和偏移量可以计算得到电压信号的基波相位φu1＝arg(Uo(ku))-Δkuπ，这里arg(Io(ki))和arg(Uo(ku))分别表示Io(ki)和Uo(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法，其特征在于该方法先在时域中对采样的电流和电压信号进行傅里叶变换FFT；然后通过对电流和电压信号的谱序列分别进行简单的加权变换得到新的谱序列；再利用新的电流和电压谱序列分别得到相应的电流和电压信号的基波相位角的估计值；最后利用估计得到的基波相位角来计算出介质损耗角δ；具体包括以下步骤：/n步骤一、利用电流互感器从电气设备中获取电流信号

【技术特征摘要】
1.一种低复杂度高精度的快速介质损耗角测量方法，其特征在于该方法先在时域中对采样的电流和电压信号进行傅里叶变换FFT；然后通过对电流和电压信号的谱序列分别进行简单的加权变换得到新的谱序列；再利用新的电流和电压谱序列分别得到相应的电流和电压信号的基波相位角的估计值；最后利用估计得到的基波相位角来计算出介质损耗角δ；具体包括以下步骤：
步骤一、利用电流互感器从电气设备中获取电流信号利用电压互感器从电气设备中获取电压信号其中，m为谐波次数，M为总的谐波次数，im和um分别表示为第m次电流和电压信号谐波的幅度，φim和φum分别表示第m次电流和电压信号谐波的相位，f0基波频率；
步骤二、对电流信号i(t)离散化后进行FFT处理得到相应的输出谱序列{I(n)}，其中，0≤n≤N-1，N是采样点数，n表示{I(n)}中第n个元素的序号；对电压信号u(t)离散化后进行FFT处理得到相应的输出谱序列{U(n)}；
步骤三、对{I(n)}作序列变换得到新的谱序列{Io(n)}，同时对{U(n)}作序列变换得到新的谱序列{Uo(n)}；
步骤四、在{Io(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Io(ki)和Io(ki+1)，求出比值其中，ki和ki+1为{Io(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；同时在{Uo(n)}中搜寻基波频率附近最大两根谱线Uo(ku)和Uo(ku+1)，求出比值其中，ku和ku+1为{Uo(n)}中基波频率附近两根最大谱线对应的位置；
步骤五、根据式求出电流信号中基波频率的偏移量Δki；同时根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷可君，汪旭明，杨喜，张仁民，张银行，
申请(专利权)人：吉首大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43