一种雷电冲击电压参数评估方法技术

本发明专利技术涉及一种雷电冲击电压参数评估方法，包括以下步骤：S1、获取雷电记录曲线并进行预处理；S2、采用变阻尼因子高斯

【技术实现步骤摘要】
一种雷电冲击电压参数评估方法


[0001]本专利技术涉及雷电流测量的
，尤其是涉及一种雷电冲击电压参数评估方法。

技术介绍

[0002]极端自然灾害会使电力设施严重损毁，风电等发电出力受阻，局部地区电网停电并进一步引发电网大面积停电事件应急状态。而雷电作为自然界中常见的现象，已经成为威胁风机安全可靠运行的主要自然灾害之一。随着风机高度不断增加，风机从陆地走向沿海，风机场走向规模化和集群化，其遭受的雷电威胁也在不断增加。当雷电发生时，雷电流经接闪器、接地装置流入大地，长期以来雷击引起风机叶片破裂、断裂，风机内部器件损坏等事故频繁发生，对风机的安全可靠运行产生了极大威胁。如何制定科学、高效的雷电防护措施，已经成为目前研究的热点。防雷设计的研究主要是通过模拟试验、理论分析和事故研究等手段开展，目前的雷电电压相关参数需要采用列文伯格
‑
马夸尔特(Levenberg
‑
Marquardt,LM)算法进行迭代优化保证精度，复杂度较高且计算时间长，评估的效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种雷电冲击电压参数评估方法。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种雷电冲击电压参数评估方法，包括以下步骤：
[0006]S1、获取雷电记录曲线并进行预处理；
[0007]S2、采用变阻尼因子高斯
‑
牛顿算法，首先确定双指数拟合函数，然后确定拟合使用的误差函数，对S1得到的雷电记录曲线进行拟合，得到基准曲线，拟合的具体过程为：
[0008]使用变阻尼高斯
‑
牛顿算法最小化误差函数，将满足误差函数最小化的参数代入双指数拟合函数中，得到基准曲线；
[0009]S3、将记录的电压曲线和减去基准曲线，获得剩余波形，使用k因子零相移无限脉冲响应滤波器对剩余曲线进行滤波，将滤波后的剩余曲线和基准曲线相加，得到测试电压波形，基于测试电压波形得到雷电冲击电压参数。
[0010]进一步地，对S1得到的雷电记录曲线进行拟合，首先，选择初始的拟合曲线g(x)，将初始的拟合曲线g(x)通过泰勒展开，舍去高阶无穷小项，再用矩阵形式表示，得到拟合曲线矩阵形式G(X)，根据拟合曲线矩阵形式G(X)计算该拟合曲线对应的误差函数，基于线性回归计算新的迭代矢量ΔX，将变阻尼因子引入迭代矢量中，计算选迭代后的X，其中，X为由确定双指数拟合函数的参数组成的矩阵，基于该拟合曲线对应的误差函数计算此时的容差限制，若容差限制小于阈值，说明该误差函数满足最小化的要求，则将该误差函数对应的参数代入双指数拟合函数中，得到基准曲线；反之，基于迭代后的X更新初始的拟合曲线g(x)，然后重复上述步骤，直至得到基准曲线。
[0011]进一步地，确定双指数拟合函数的参数组成的矩阵X＝[A,B,α,β]t
，其中，A,B,α,β均为确定双指数拟合函数的参数，双指数拟合函数的表达式为：
[0012]f(t)＝Ae
‑
αt
+Be
‑
βt
[0013]其中，f(t)为双指数拟合函数，A,B,α,β均为确定双指数拟合函数的参数。
[0014]进一步地，误差函数为：
[0015][0016]其中，e为误差函数，A,B,α,β均为确定双指数拟合函数的参数，y(i)是记录曲线在i处的值。
[0017]进一步地，根据k因子零相移无限脉冲响应滤波器的转移函数的幅频特性和半幅频特性分析滤波器的连续的传递函数，并将该传递函数通过双线性变换转换为离散形式，并将拉普拉斯算子通过双线性变换映射到离散空间，根据得到的离散的传递函数对剩余曲线进行滤波。
[0018]进一步地，k因子零相移无限脉冲响应滤波器的转移函数为：
[0019]k(f)＝1/(1+2.2f2)
[0020]其中，f为频率。
[0021]进一步地，滤波器的连续的传递函数为：
[0022][0023]其中，s表示拉普拉斯算子，ω
c
是角频率。
[0024]进一步地，滤波器的离散的传递函数为：
[0025][0026]其中，z为z变换算子，ω
c
是角频率，T是采样周期。
[0027]进一步地，使用罗氏线圈测量雷电记录曲线，具体为：将罗氏线圈采集峰值电压前20％和后40％的部分作为记录曲线。
[0028]进一步地，雷电冲击电压参数包括试验电压值、波前时间、半峰值时间和相对过冲幅值。
[0029]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0030](1)本专利技术确定双指数拟合函数，定义拟合使用的误差函数，提出变阻尼因子的高斯
‑
牛顿方法，最小化误差函数，得到双指数拟合函数的参数，同时获得基准曲线，用记录电压曲线减去基准曲线，获得剩余波形，基于剩余波形得到雷电参数，通过将变阻尼因子引入
高斯
‑
牛顿方法的迭代矢量中，计算复杂度较低，计算时间短，同时拥有与传统方法相当的精度和抗噪性能。
[0031](2)本专利技术采用的滤波器可不用优化算法进行设计，系数可用简单的公式计算，将滤波后的剩余曲线与基准曲线相加，求得测试电压波形。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的流程图；
[0033]图2为本专利技术的罗氏线圈等效电路图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0035]本专利技术提出一种雷电冲击电压参数评估方法，方法的流程图如图1所示。方法包括以下步骤：
[0036]步骤1：获取雷电记录曲线并进行预处理。基于罗氏线圈采集雷电流曲线，从输入电压为零所记录的开始平坦部分计算电压平均值，将其作为记录曲线的基准水平，从记录曲线中去掉基准水平偏置，并找出极限值，找出波前小于20％极限值的最后采样点，以及波尾大于40％极限值的最后采样点。分析两个采样点之间的数据。
[0037]步骤2：提出为获取雷电基准曲线的变阻尼因子高斯
‑
牛顿算法。为从雷电记录曲线中获取基准曲线，首先确定双指数拟合函数，然后定义拟合使用的误差函数，在传统高斯
‑
牛顿方法迭代矢量中引入变阻尼因子，建立变阻尼因子的高斯
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牛顿算法，以最小化误差函数为目的，得到双指数拟合函数的参数。高斯
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牛顿方法是一种非线性曲线拟合方法，通过用泰勒级数展开式近似替代非线性回归模型，通过多次迭代直到误差平方和最小。
[0038]步骤3：提出k因子零相移无限脉冲滤波器算法为获取雷电冲击电压波形并评估波形参数。用记录电压曲线减去基准曲线，获得剩余波形，再使用k因子零相移无限脉冲滤波器算法对剩余曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雷电冲击电压参数评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取雷电记录曲线并进行预处理；S2、采用变阻尼因子高斯
‑
牛顿算法，首先确定双指数拟合函数，然后确定拟合使用的误差函数，对S1得到的雷电记录曲线进行拟合，得到基准曲线，拟合的具体过程为：使用变阻尼高斯
‑
牛顿算法最小化误差函数，将满足误差函数最小化的参数代入双指数拟合函数中，得到基准曲线；S3、将记录的电压曲线和减去基准曲线，获得剩余波形，使用k因子零相移无限脉冲响应滤波器对剩余曲线进行滤波，将滤波后的剩余曲线和基准曲线相加，得到测试电压波形，基于测试电压波形得到雷电冲击电压参数。2.根据权利要求1所述的一种雷电冲击电压参数评估方法，其特征在于，S2中，对S1得到的雷电记录曲线进行拟合，首先，选择初始的拟合曲线g(x)，将初始的拟合曲线g(x)通过泰勒展开，舍去高阶无穷小项，再用矩阵形式表示，得到拟合曲线矩阵形式G(X)，根据拟合曲线矩阵形式G(X)计算该拟合曲线对应的误差函数，基于线性回归计算新的迭代矢量ΔX，将变阻尼因子引入迭代矢量中，计算选迭代后的X，其中，X为由确定双指数拟合函数的参数组成的矩阵，基于该拟合曲线对应的误差函数计算此时的容差限制，若容差限制小于阈值，说明该误差函数满足最小化的要求，则将该误差函数对应的参数代入双指数拟合函数中，得到基准曲线；反之，基于迭代后的X更新初始的拟合曲线g(x)，然后重复上述步骤，直至得到基准曲线。3.根据权利要求2所述的一种雷电冲击电压参数评估方法，其特征在于，确定双指数拟合函数的参数组成的矩阵X＝[A,B,α,β]
t
，其中，A,B,α,β均为确定双指数拟合函数的参数，双指数拟合函...

【专利技术属性】
技术研发人员：李灏恩，黄阮明，华晟辉，王晓晖，费斐，王诗皓，宋天立，戚宇辰，周歧斌，叶景杰，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：