基于TLS-ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法技术

本发明专利技术涉及一种基于TLS

【技术实现步骤摘要】
基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法


[0001]本专利技术涉及油纸绝缘变压器介质响应建模和老化评估
，具体涉及一种基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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TLS
‑
ESPRIT算法又是一种模态辨识的算法，能够有效地区分信号与噪声，提高对存在噪声干扰的实测PDC电流的滤波作用，进而准确地辨识出信号的参数。将该算法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

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法，该方法可以准确、唯一、客观的辨识出变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1、获取去极化电流数据，并将去极化电流数据构造TLS
‑
ESPRIT算法的Hankel矩阵；
[0008]步骤S2、对步骤S1构造的Hankel矩阵进行奇异值分解，得到矩阵的奇异值；
[0009]步骤S3、计算各奇异值的相对变化率，确定扩展德拜等效电路的极化支路数n；
[0010]步骤S4、通过旋转空间不变技术(ESPRIT)求解出各条支路的时间常数；
[0011]步骤S5、通过总体最小二乘(TLS)求解出各条支路弛豫系数；
[0012]步骤S6、将各条支路的时间常数、弛豫系数带入参数辨识公式，得到变压器扩展徳拜等效电路参数。
[0013]在本专利技术一实施例中，所述步骤S1具体实现如下：
[0014]步骤S11、利用PDC仪器测量油纸变压器的去极化电流数据x(i)(i＝1,2,3,
…
,N)，其中测量的过程中保证去极化电流是等间隔采样点构成的离散电流序列；
[0015]步骤S12、利用步骤S11中测得的去极化电流数据x(i)，构造Hankel矩阵：
[0016][0017]式中L＝N/3。
[0018]在本专利技术一实施例中，在步骤S2中，对Hankel矩阵X进行奇异值分解的具体方式如下：
[0019]对Hankel矩阵X进行奇异值分解得X＝SVD
T
，式中：S为(N
‑
L)
×
(N
‑
L)维左奇异向量矩阵；D为(L+1)
×
(L+1)维右奇异向量矩阵；V为(N
‑
L)
×
(L+1)维对角矩阵，该矩阵的对角元素σ
i
(1≤i≤h，h＝min(N
‑
L,L+1))即为矩阵X的奇异值，并且其按照降序排列。
[0020]在本专利技术一实施例中，所述步骤S3具体实现如下：
[0021]步骤S31、计算奇异值变化率：
[0022]步骤S32、根据奇异值变化率确定极化支路数：由于奇异值会在某分界点σ
k+1
后变化率趋近于0，即δ
k+1
＝0，此点即为实际电流信号与噪声信号的分界点，故将此点前一点的编号k看做有效信号阶数，即为极化支路数n。
[0023]在本专利技术一实施例中，所述步骤S4具体实现如下：
[0024]步骤S41、截取右奇异向量矩阵D的前n列记为矩阵D0，将D0删去第一行得到D1，将D0删去最后一行得到D2，构造矩阵D3＝[D1,D2]；
[0025]步骤S42、对D3进行奇异值分解，得到其右奇异向量矩阵P，将P等分为4个子矩阵
[0026]步骤S43、计算的非零特征根λ
i
，计算时间常数τ
i
＝
‑
1/(f
s
×
ln|λ
i
|)，其中f
s
为采样频。
[0027]在本专利技术一实施例中，所述步骤S5具体实现如下：
[0028]步骤S51、通过步骤S43求得的特征根λ
i
，代入以下最小二乘法求出参数b
i
：
[0029][0030]步骤S52、计算弛豫系数A
i
＝|b
i
|。
[0031]在本专利技术一实施例中，所述步骤S6具体实现如下：
[0032]根据求得的τ
i
和A
i
，代入以下公式求得等效电阻极化电阻和极化电容参数：
[0033][0034]式中，U0为对绝缘介质施加的直流充电电压，t
c
为充电时间。
[0035]相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]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；
[0037]2、与从末端拟合的传统方法相比，本专利技术避免了人工取点的主观性造成的差异和不准确；
[0038]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。
[0039]4、与多采样间隔的Prony算法相比，无需根据不同支路数多次拟合，可以一次性辨识出唯一的极化支路数和等效电路参数。
附图说明
[0040]图1为本专利技术实施例的流程图。
[0041]图2为本专利技术实施例的利用DIRANA仪器进行PDC测试实验。
[0042]图3为扩展德拜等效电路示意图。
[0043]图4为本专利技术实施例的调压器的去极化电流原始曲线。
[0044]图5为本专利技术实施例的TLS
‑
ESPRIT算法拟合曲线与原始曲线对比。
具体实施方式
[0045]下面结合附图，对本专利技术的技术方案进行具体说明。
[0046]如图1所示，本专利技术一种基于TL本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、获取去极化电流数据，并将去极化电流数据构造TLS
‑
ESPRIT算法的Hankel矩阵；步骤S2、对步骤S1构造的Hankel矩阵进行奇异值分解，得到矩阵的奇异值；步骤S3、计算各奇异值的相对变化率，确定扩展德拜等效电路的极化支路数n；步骤S4、通过旋转空间不变技术(ESPRIT)求解出各条支路的时间常数；步骤S5、通过总体最小二乘(TLS)求解出各条支路弛豫系数；步骤S6、将各条支路的时间常数、弛豫系数带入参数辨识公式，得到变压器扩展徳拜等效电路参数。2.根据权利要求1所述的基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法，其特征在于，所述步骤S1具体实现如下：步骤S11、利用PDC仪器测量油纸变压器的去极化电流数据x(i)(i＝1,2,3,
…
,N)，其中测量的过程中保证去极化电流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x(i)，构造Hankel矩阵：式中L＝N/3。3.根据权利要求2所述的基于TLS
‑
ESPRIT的变压器油纸绝缘扩展德拜等效电路参数辨识方法，其特征在于，在步骤S2中，对Hankel矩阵X进行奇异值分解的具体方式如下：对Hankel矩阵X进行奇异值分解得X＝SVD
T
，式中：S为(N
‑
L)
×
(N
‑
L)维左奇异向量矩阵；D为(L+1)
×
(L+1)维右奇异向量矩阵；V为(N
‑
L)
×
(L+1)维对角矩阵，该矩阵的对角元素σ
i
(1≤i≤h，h＝min(N
‑
L,L+1))即为矩阵X的奇异值，并且其按照降序排列。4.根据权利要求3所述的基于TLS
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆珍，苏凯强，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：