在线检测介质损耗角的矩阵束方法

介质损耗角是反映电容性电气设备绝缘状况的重要参数之一。为了准确检测介损角,提出了一种基于矩阵束算法的介损角在线检测方法。该方法兼具提取基波信号参数和抑制噪声干扰的功能,可以高精度提取基波电压、电流信号的初始相角,实现介损角的准确检测。大量仿真结果表明:信号频率、3次和5次谐波分量、直流分量、介损角真实值、采样频率及采样点数等扰动对矩阵束检测法基本没有影响;当信号的信噪比不小于25d B时,无需对原始信号进行预处理,就可以获得较高的检测精度,且检测速度较快。仿真分析结果验证了该方法在介损角在线检测中的可行性和有效性。     

基于相关Blackman窗的FFT介损角测量算法

在高压电气设备介损角在线监测中,由于存在工频周期信号的非同步采样和截断现象,从而造成利用FFT算法计算介损角产生较大的误差。本文分析了非同步采样造成的FFT算法的泄漏效应,提出了一种基于相关Blackman窗的FFT介损角测量算法。该方法采用相关Blackman窗对系统电流与电压信号进行加权,然后利用频谱相位差校正法进行频谱校正以获得基波相位,最后根据电流与电压的基波相位差来计算出介损角。仿真结果表明该算法有效地克服了非同步采样和截断造成的介损角测量误差,并且能够大大降低信号频率波动、高次谐波对介损角测量精度的影响。     

改进基波相位分离法在介损角测量中的应用

为有效减少基波相位分离法在非同步采样时给介损角测量带来的误差,提出了加汉宁窗插值的改进基波相位分离法。介绍了该算法的原理,给出了非同步采样情况下该算法的计算公式。因矩形插值积分公式将小积分区间的被积函数看成常量容易导致算法误差增加,所以采用梯形插值积分公式,给出了相应的计算公式,并分析了原因,它可以提高非同步采样时该算法测量所得介损角的准确性;针对该算法需要获得信号频率、且使用硬件方法获得频率时增加系统硬件环节的问题,使用了加汉宁插值谐波分析法快速、高精度获得基波相位分离法需要的信号频率,该算法在获得较高介损角精确度的同时减少了硬件环节。仿真结果显示结合加汉宁窗插值的改进基波相位分离法使非同步情况下的介损角测量精度有所提高,最大误差从4.04×10-4rad下降到了5.52×10-5rad,算法精度在49.5～50.5Hz频率范围内更加稳定,且无需外部条件获得信号频率,是介损角测量的一种有效算法。     

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Hanning卷积窗的DFT介质损耗角测量算法

在高压电气设备介质损耗角在线监测中,DFT算法用于介质损耗角(介损角)测量时,系统频率的波动所造成的非同步采样将会产生泄露效应,从而会影响介损角测量精度。文章详细地分析了DFT算法非同步采样造成的泄露效应,提出了一种基于Hanning卷积窗的DFT介质损耗角测量算法。该算法采用Hanning卷积窗对电流和电压信号进行加权,利用频谱相位差校正法进行频谱校正以获得基波相位,根据电流与电压的基波相位差计算出介损角。通过仿真给出了该算法在电压频率波动和白噪声变化时计算所得介损角的变化情况,通过分析验证了该算法的有效性。     

五点加权FFT介质损耗角测量算法的研究

电气设备绝缘介质损耗角(介损角)的实时检测,可以为设备的绝缘监测提供可靠依据。采用FFT算法进行介损角测量时,因非同步采样会造成频谱泄漏,从而影响介质损耗角的测量精度。笔者分析了FFT算法的频谱泄漏效应,在此基础上采用了5点加权FFT算法实现对介损角的检测。该算法对信号傅里叶变换后所得序列中5个点进行加权运算,从而减小了频谱泄漏误差,提高了介损角的测量精度。通过仿真给出了该算法在频率波动、3次谐波变化、采样频率变化、采样点数变化、直流分量变化、介损角理论值变化、初始相角变化及白噪声变化时计算所得介损角的变化情况,验证了该算法的有效性。     

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。     

基于改进基波相位分离法的介质损耗角测量

基波相位分离法计算量少、需要的采样时间短、计算结果精确度高,是介损角测量的有效算法。介绍了该算法的原理,提出了基于梯形插值积分的改进算法,用仿真和实验验证了改进算法的有效性。同时对改进算法计算误差随信号频率、采样频率、量化位数、介损角真实值、3次谐波、直流分量等参数变化的情况进行了仿真分析,所得结论对该算法在介损角测量中的应用有一定的参考意义。     

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。     

基于时域准同步的介损角快速测量算法

非同步采样下,快速傅里叶变换方法(fast Fourier transform,FFT)算法不可避免地存在频谱泄漏和栅栏效应影响,且采集数据量多,计算量大。为了实现介损角的快速、高准确度测量,该文提出并建立一种基于时域准同步的介损角测量方法,利用准同步采样算法精确估计采样信号的基波频率,采用牛顿插值法对电压、电流采样信号进行插值重构,获得时域准同步采样序列,通过FFT频域分析和等效电路模型求解实现介质损耗角的精确计算。这种介损角测量算法不需要利用窗函数和谱线插值算法,能有效改善FFT的频谱泄漏和栅栏效应影响,采集数据量少,算法简单,便于嵌入式系统实现。仿真实验验证了算法的准确性。     

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Prony算法-准同步序列的超低频介损测量方法

超低频介质损耗因数测量方法，由于测量信号频率低导致采样时间长，采集数据量大，且在非同步采样时，快速傅里叶变换存在频谱泄露和栅栏效应，影响对介质损耗因数的精确测量。为降低测量信号采样时间和采集数据量，以及非同步采样时频谱泄露和栅栏效应，提出一种基于Prony算法 准同步序列的超低频介损测量方法，利用Prony算法并结合据辨识方法，对采样电压信号的基波频率进行预估，通过Newton插值算法，实现对电压和电流信号的准同步插值重构，获得采样信号的准同步序列，由FFT及介损等效电路模型，对准同步序列进行求解，实现对超低频介质损耗因数的求取。在频率波动、谐波含量变化、介损角变化和不同信噪比的噪声下测量介质损耗因数。仿真结果表明，该方法在软件上实现了准同步采样，有效降低了栅栏效应和频谱泄露对介质损耗因数测量的影响，并且采样时间短，采集数据量少，测量精度高，适用于对超低频介质损耗因数的精确测量。     

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。     

基于Nuttall窗三谱线插值的介损角测量方法

采用FFT谐波分析方法进行介质损耗角测量时,由于非同步采样会导致频谱泄露和栅栏效应,给介质损失角测量带来较大误差。为提高介损测量精度,文中提出基于Nuttall窗的三谱线插值介损测量方法。通过加Nuttall窗进行FFT得到离散序列,由三谱线插值进行频谱校正得到电压电流基波相位,根据两者相位差来计算介质损耗角。在基波频率波动、三次谐波含量变化、白噪音存在和采样点数变化的情况下测量介损角。仿真分析结果表明,Nuttall窗具有良好的旁瓣性能,能更好抑制频谱泄露,减小测量误差,所提方法测量介质损耗角时具有较高计算精度。     

基于准同步离散傅立叶变换的介损测量方法

采用基于离散傅立叶变换 (DFT)的谐波分析法测量介损时 ,因电网频率波动使测量精度不能满足标准要求。因此提出了基于准同步DFT的介损测量法。该方法能有效减小未完全整周期采样所造成的测量误差。数值仿真结果表明 ,该方法的测量精度明显高于谐波分析法 ,当频率波动时对不同电流、电压信号的初相角 ,其测量精度均能满足绝对误差 <0 1% ,且计算量小 ,实现方便     

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。     

改进保留非线性算法在介损测量应用中的研究

摘针对高阶正弦拟合法中迭代所用的运算时间和计算精度之间的矛盾制约该法用于介损测量的问题。提出一种快速收敛潮流算法—改进保留非线性算法,使介损的数字化测量中,在 tanδ<0. 000 3 时,计算时间<10ms。在满足介损在线监测的同时,还可以实时检测系统频率,为同步采样提供了一条新途径。     

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。