独立分量分析在介质损耗角测量中的应用

基于Rogowski线圈的电气设备电流信号测量中可能会受到现场的噪声干扰,容易给介质损耗(介损)角测量带来较大误差。针对这个问题,本文提出了一种使用独立分量分析(ICA)处理电流信号,然后使用数字化算法计算介损角的算法。文中首先介绍了盲信号处理的原理,给出了ICA的FastICA算法的原理和计算步骤,然后对实际测量所得电气设备的电流信号叠加高斯白噪声(脉冲噪声),使用FastICA算法处理获得了信噪比较高的电流信号。对含噪声信号使用中值滤波、3δ滤波和53H滤波和ICA,滤波所得信号使用了介损角数字化算法计算,结果表明盲信号处理方法有效地抑制了噪声,很大程度上提高了介损角测量的准确性,为实现不改变电力系统一次接线的信号取样方式做了一些有益的尝试。     

存在脉冲噪声情况下的介损角算法

脉冲干扰是影响介损角测量精确度的重要因素之一,对含有脉冲噪声的电压和泄漏电流信号必须使用滤波方法进行抑制。采用53H算法抑制采样所得电压和电流信号中的脉冲噪声。对滤波前后的信号分别使用了相关函数法、高阶正弦拟合法、加汉宁窗插值算法、谱泄漏对消算法、改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法计算介损角,发现各种算法对滤波后信号的计算结果均要比滤波前信号使用对应算法具有更高的精确度;无论是对滤波前信号还是滤波后信号改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法均具有更高的精确度。同时分析了53H算法的相关参数对算法精确度的影响。对信号使用53H算法滤波后,使用改进基波相位分离法和改进修正理想采样频率法能有效提高在脉冲情况下介损角测量的精确度。     

基于3δ滤波的介损角算法

脉冲噪声的干扰、信号频率偏离正常值导致的频谱泄漏和栅栏效应会给介损角测量造成误差。为此,提出了一种能有效抑制脉冲噪声和非整周期采样给介损角测量造成误差的算法:用3δ算法抑制电压和泄漏电流信号中的脉冲噪声;对处理后的信号使用改进的基波相位分离法计算介损角,能高精度获得介损角、且计算量较小。对频率为50.5Hz、含有脉冲干扰的电容型设备的电压和泄漏电流信号的计算结果表明:无论是滤波前后,改进基波相位分离法较之DFT算法均具有更高精度;两者滤波都具有一定的效果,滤波使改进的基波相位分离法400次计算所得误差的绝对值的最大值、绝对值的均值和均值分别从0.01990、0.00412和-0.00026rad减少到0.01464、0.00327和0.00006rad。从而验证了该方法能抑制脉冲噪声和非整周期采样给介损角测量带来的误差。     

噪声对介质损耗角正切计算结果的影响

为了获得噪声类型及其含量对介质损耗角正切（简称介损）计算准确性的影响,用正态分布的随机变量模拟白噪声,用限幅后的柯西分布随机变量模拟脉冲噪声,编程获得了模拟到数字转换（A／D）的量化噪声。仿真分析了信噪比、信号长度对以上噪声导致的介损测量误差的影响,同时对以上噪声给介损测量造成的误差进行了拟合。结果表明：存在白噪声或脉冲噪声时,误差随信噪比和信号长度的增加而减小;存在量化噪声时,误差随量化位数的增加而减小,不随信号长度的变化而变化。给出了白噪声、脉冲噪声和量化噪声给介损测量带来误差的计算公式。     

加Blackman-Harris窗插值算法仿真介损角测量

为了更好地将加布莱克曼-哈里斯(Blackman-Harris)窗插值谐波分析法用于介损角测量,仿真分析了该算法及其在信号频率、3次谐波、直流分量、采样频率、A/D量化位数、采样时间长度、介损角真实值、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化。仿真结果表明,频率波动时算法误差很小且稳定;算法随3次谐波分量的增加误差有很微小的增加;算法随直流分量的增加变化不显著;算法随A/D量化位数的增加误差减少,≥10位的量化位数能满足精度要求;随采样频率的增加误差稍有下降,但趋势不明显;随采样长度增加误差减少,0.1s的采样时间长度足够;介损角误差与真实值的关系不大;随白噪声和脉冲噪声含量的减少误差减少,对白噪声和脉冲噪声信噪比约80 dB能满足要求。     

介损在线监测去噪方法的有效性

为了减少白噪声给介损在线监测带来的误差,比较常规离散Fourier算法与加窗插值算法的准确性,分析了信号点数及其使用方式对计算所得介损误差的影响,分析了小波分解层数、阈值获得准则和阈值模式对介损计算准确性的影响,获得了不同类型的小波方法的去噪效果。结果表明:受噪声干扰明显时应采用常规离散Fourier算法。随信号点数的增加误差呈幂规律减少,采样时应该选择更高的采样频率。叠加平均法可有效提高介损测量的准确性;计算时仅用长信号计算一次即可,而不应该采用长信号的分段或滑动窗计算计算。含有白噪声干扰时小波方法虽可对时域信号去噪但该方法对提高介损测量的准确性无效。同时用实验室实测含噪信号的计算验证了分析结果。     

基于加汉宁窗插值的谐波分析法用于介损角测量的分析

加汉宁窗插值的谐波分析法可减轻非同步采样对介质损耗角（简称介损角）测量的影响,且实现容易、计算速度快,是一种非常有应用前景的介损角计算方法。为更好地将该方法应用于介损角测量,有必要将该方法在信号成分及测量参数变化情况下计算所得介损角的误差变化情况进行分析。文中分析了该算法的原理,通过仿真给出了该算法的计算速度及在频率波动、谐波变化、直流分量变化、采样频率变化、A／D量化位数变化、采样点数变化、介损角真实值变化、白噪声及脉冲噪声变化时计算所得介损角误差的变化情况,并进行了分析。     

基于中值滤波和改进提升小波的输电线路激光测距信号去噪方法

针对小波变换去噪算法精度不高,运行时间较长的缺点,并结合激光测距信号含有高密度高幅值脉冲噪声和白噪声的特点,提出一种基于中值滤波和改进提升小波的去噪算法。首先对实测输电线路激光测距信号进行中值滤波处理,以平抑占比较重的脉冲噪声;再进行提升小波变换,得到小波分解系数;同时,使用鸡群优化算法(chicken swarm optimization,CSO)寻找最优阈值;然后进行提升小波逆变换得到重构信号。结果表明:相对于传统提升小波变换去噪算法,应用该方法的去噪效果信噪比提升2倍以上。最后将几种去噪算法进行了综合比较,所提出方法可有效提高去噪效果并略微减少算法运行时间,优于传统去噪算法。     

基于FastICA的盲源分离算法在相对介损监测系统中的应用

为了提高电力系统高压电气设备监测的安全性、可靠性及信息化指标,设计了一种电容型高压设备相对介损在线监测系统。针对系统在相对介损测量过程中,由于现场噪声干扰带来的相位测量误差问题,引入独立分量分析(ICA)对电流信号进行预处理。建立了ICA算法的数学模型,给出一种基于负熵极大的FastICA算法的原理及计算步骤。对实际测量所得模拟末屏电流信号叠加高斯白噪声,仿真验证了该算法的有效性。结果表明,盲源分离算法有效地抑制了噪声,很大程度上提高了相对介损角测量的准确性。     

基于Kalman基频跟踪的介损角测量算法

为减小采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)进行介损角测量时,由非同步采样引起的频谱泄漏和栅栏效应对测量结果造成的影响,提出了一种基于卡尔曼基频跟踪的改进FFT介损角测量算法。利用扩展卡尔曼滤波器(extended Kalman filter,EKF)对电网信号进行实时基频跟踪,控制下位机实现基频信号的整周期采样,之后采用加窗FFT算法计算信号的实时相位差,得到介损角测量值。采用EKF基频跟踪整周期采样算法,可以从硬件上实现信号的整周期采样,有效减少非同步采样对介损角测量的影响。基频波动、介损角真值变化、谐波变化及白噪声影响等情况下的介损角仿真实验和实际应用验证了该算法的准确性和有效性。该算法为高精度介损角测量提供了一种新的思路。     

基于卡尔曼滤波和加窗插值谐波分析法的介损测量方法

加窗插值的谐波分析法可减轻非同步采样对介质损耗角测量的影响,是一种非常有效的介质损耗角计算方法。但在有噪声干扰、特别是在信噪比较低的情况下,用这种方法进行介质损耗角测量时产生的误差足以掩盖真实值。为此作者提出先将信号进行卡尔曼滤波处理,再使用加窗插值的谐波分析法计算的介质损耗角测量方法。仿真结果表明,与原有算法相比,所提出的方法能明显提高测量准确度。     

基于希尔波特-黄变换的介损数字测量算法

准确提取基波电压和电流信号是检测介质损耗因素的关键。提出了一种新的介质损耗因数检测算法,采用希尔波特-黄变换(HHT)对试品电压和电流信号进行检测,通过经验模态分解法(EMD)提取信号的固有模态函数(IMF),再进行Hilbert变换,得到各自的瞬时频率,由瞬时频率进行介质损耗因数的准确检测。该算法无需同步采样,可以实时提取测量电压、电流信号的基波成分。仿真结果表明,HHT受采样数据长度、频率跟踪误差的影响较小,在非同步采样的情况下,具有良好的应用特性,能有效提高介质损耗因数检测的准确度。     

基于数字滤波的介质损耗测量积分算法

针对通常采用的测量介质损耗的方法对硬件或软件的要求过高,并且要实现高精度测量的难度问题,本文提出了一种基于数字滤波的介质损耗因数测量的积分算法.该方法通过软件方法实现测量功能,算法原理简单,能够比较容易地用MCU编程实现.对决定该算法精度的数字滤波器设计要点和移相方法进行了分析,探讨了A/D转换字长及数据采样密度对算法误差的影响.仿真研究表明,该算法具有较高的测量精度和较强的抗干扰能力,实现算法的硬件电路简单,常用的MCU器件的性能即可满足算法实现要求,具有良好的实用性.     

高频信号注入法测量配电网电容电流及滤波的研究

为解决信号注入法测量配电网电容电流方法的频率选取和工频干扰等问题,分析了高频信号注入法的原理并对高频法进行改进。首先通过注入5 000 Hz高频信号求得电感值,然后通过扫频确定电网谐振频率,根据公式可计算出配电网对地电容值,并在扫频时通过串联电容的方法降低大对地电容系统的电容值,实现大对地电容系统电容电流的测量。同时运用数字信号处理器TMS320F28335,采用有限冲击响应滤波器(FIR)算法实现滤波功能,滤除扫频时注入信号中的工频干扰。通过理论分析和实验验证,该方法能够增加测量对地电容的范围,简化计算,滤除工频信号,使测量时的相对误差均不超过5%。     

变频测量前置模拟滤波器的研究

设计了变频 (4 0～ 6 0Hz)测量用的前置模拟滤波器 ,它采用的二阶有源RC滤波电路 ,包括低通放大和带阻滤波两部分。实验校验结果表明该前置模拟滤波器的陷波作用很好 ,能够有效削弱高频和工频的干扰 ,提高信噪比达1 0 0倍 ,可用于变频法测量电力系统地网接地电阻、绝缘介质损耗测试等电路和装置中     

基于迭代稀疏分解的介损角测量方法

非同步采样及现场噪声对介损角的精确计算有较大影响,为此,提出了一种基于迭代稀疏分解的介质损耗角测量方法。利用匹配追踪能够将输入信号表示成少量特征明显的信号分量和形式,进而寻找与信号基波相匹配的最优原子即得到基波相位,从而提高介损角计算精度的目的。通过仿真实验,在基波频率发生变化、介损角真值发生变化、谐波所占比例不同、不同比例的噪声等情况下,采用文中方法、加Blackman自卷积窗结合三谱线插值法和加Hanning窗插值高阶正弦拟合法计算得到介损角测量结果,并作对比分析。实验结果表明:基于文中所提方法计算结果精度高,能有效克服频谱泄露及栅栏效应的不足。     

介损角的非同步采样算法及其应用

分析了介质损耗角数字化测量的原理、算法及存在的问题.提出了一种非同步采样条件下采用基波相位分离法的补偿算法,即采用等时间间隔对电压、电流信号进行采样,同时对信号周期波动产生的误差进行补偿,并介绍了基于该算法的测量系统的硬件实现方案.仿真和试验结果表明该算法在增加较少运算量的同时提高了介质损耗角的测量精度.     

雷电冲击电压对配电一二次融合成套设备测量准确度的影响

为解决一二次融合成套开关设备中二次设备受电磁干扰影响所导致的准确度问题,设计了一套抗干扰测量系统,并基于雷电冲击电压试验电路和抗干扰测量系统对配电网一二次融合成套开关设备测量准确度进行雷电冲击电压干扰测试,采集电压波形并进行时频域分析,得到导致其测量准确度下降的原因。提出在馈线终端采集单元基准端加保护器件和互感器二次输出端加滤波装置这2种防护方案,并对方案的效果进行理论分析和试验验证。结果表明,雷电冲击电压将通过互感器传至二次设备,使得互感器二次侧产生较高的耦合电压,其试验实测幅值达几千伏,频率在几MHz至30 MHz之间,对互感器的准确度影响较大;通过在互感器二次出线端口增加高频滤波装置能有效降低耦合电压,干扰信号强度降低为原来的20%左右,比差和相差降低为原来的40%左右。     

谐波分析法介质损耗因数测量的误差分析

用谐波分析法进行介损测量时 ,很容易受到系统频率波动的影响 ,从而降低测量的准确度。本文在分析该算法误差机理的基础上得出了频率波动下引起测量误差的两个主要因素 :信号初相角的差异和谐波干扰 ,并据此提出了解析变换和低通滤波两种信号预处理方法。数值仿真表明改进的谐波分析算法具有良好的效果 ,并通过现场实测数据进一步验证了该算法的有效性