雷电冲击电压波形K因子零相位数字滤波器设计

针对最新版IEC60060-1《高电压试验技术,第一部分:一般定义及试验要求》中叠加过冲和振荡的标准雷电冲击波形的数字处理程序,其引入与频率相关的试验电压因数k(f),介绍一种设计等价于k(f)对应转移函数的K因子零相位IIR数字滤波器的方法。对零相位数字滤波原理进行了分析与仿真实验。基于IEC60060-1中定义的试验电压因数k(f),给出了设计K因子零相位IIR数字滤波器的推导过程,以及可用于开发冲击电压测量软件的时域滤波差分方程。最后对最新版IEC61083-2《高压冲击试验测量用仪器和软件,第二部分:对软件的要求》附带的TDG 2.04中几种典型雷电冲击电压波形进行了滤波处理与参数提取,验证了该方法的可行性和准确性。为研制冲击电压测量系统提供了一种实用的数字滤波技术。     

标准冲击电压校准器的研制与溯源

冲击电压测试设备及仪器需要进行校准以保证冲击电压试验结果的准确性,为此研制了一种校准冲击电压测试设备仪器的冲击电压校准器。在介绍了设计原理后进行了不确定度分析和量值溯源。校准器的电压量程范围为30～1000V,能产生满足IEC60060-1:1989的标准雷电和操作冲击波,并且通过高精度直流电压源以及组成冲击回路的高精度、高稳定度的电感、电容、电阻等基本元器件,从而将冲击电压的参数经过这些元件的不确定度传递到相应的直流电压标准及元件标准上去。经过不确定度来源的分析和评估,校准器所产生冲击电压峰值的不确定度为0.05%,时间参数的不确定度<0.5%,可作为校准冲击电压测试设备以及仪器的标准波源。     

Accuracy of waveform parameters in digital measurement of single-shot waveforms

In high-voltage measurement, the digital measuring system is used widely because of its attractive features, for example, automatic data acquisition. However, the accuracy in the measurement of both the amplitude and time parameters by the digital measuring system is not known in detail, especially in the measurement of single-shot waveforms. In this paper, the accuracy of the peak value and the virtual front time of the standard lightning impulse without any signal processing of raw data is shown. From these results, the required characteristics for the digital measuring system to satisfy the IEC Draft on digital recorders for measurement in high-voltage impulse test techniques are shown. In addition, the accuracy of the peak voltage and the rise time of the Gaussian pulse is shown.     

IEC 61850数字化保护动模测试系统设计与实现

IEC 61850标准的应用给变电站自动化系统带来了重大变革。在此类变电站中,保护装置可以直接从电子式互感器处获取所需的电流、电压数字量信息,并向智能开关控制器发送数字化跳闸命令。这种数字化保护与传统的微机型保护在硬件结构和信号处理方面都存在差异,传统的保护测试方法将不再适用。文章分析了基于IEC 61850的数字化保护装置的测试要求,提出通过对传统的物理模拟系统进行升级改造,建立符合要求的测试系统。根据这一思路,该新型测试系统在山东大学电力系统动态模拟实验室的基础上开发而成。初步试验结果表明,测试平台能够提供所需要的二次接口特征和测试环境,可以对不同种类的IEC 61850保护装置进行动模测试。     

基于IEC标准的闪变测试系统研究

讨论了国际电工委员会(IEC)闪变测量原理，分析了滤波器参数对系统的影响。将IEC给出的滤波器进行双线性变换得到相应的IIR数字滤波器，给出了数字实现的方法。对短时间闪变值的统计计算方法进行了分析，给出了减小误差的方法。依据IEC推荐的闪变测试仪功能和设计规范，设计了闪变测试系统，软件基于LabWindows/CVI虚拟仪器开发平台。经测试该系统性能指标完全满足IEC没计规范的要求。     

基于离散Gabor变换和增量Wiener滤波器的冲击电压波形重构算法研究

分析了冲击电压经过数字化冲击测量系统后被测波形产生畸变的原因,讨论了因量化噪声造成波形反卷积重构的病态性.提出了一种基于离散Gabor变换和增量维纳滤波器的冲击电压波形重构方法,对IEC1083-2TDG波形计算结果表明该方法可以有效实现冲击电压数字化测量波形复原,具有较高的准确度和稳定性.     

一种数字化冲击电压波形重构新算法

为减少数字化冲击测量系统的测量误差,分析了冲击电压经数字化冲击测量系统后被测波形产生畸变的原因;提出了一种利用离散Gabor变换展开去噪与增量维纳滤波器相结合的冲击电压波形重构算法。IEC1083-2测试数据发生器产生的波形信号的研究表明,该法可有效去除噪声,波形复原准确度和稳定性较高。     

零相位数字滤波及其应用

本文介绍了一种利用Delphi7实现数字滤波器零相位滤波的方法,与一般差分滤波方法相比,该方法不仅可以避免相移,而且还能改善起始部分的波形畸变,这一点在信号处理中具有重要的应用价值。     

高压冲击试验对数字式记录仪的要求

简要介绍了数字式记录仪的特点并推导了将其用于冲击测量时对其基本参数的要求。建议用于高压冲击测量的数字式记录仪,其分辨率不应小于8位,采样频率不应小于60MHz,同时它的微分非线性及积分非线性等亦须满足IEC国际标准1083-1的要求。具有这样特性的数字仪才能满足GB 311.4-83或IEC 60-3-76对高压冲击测量的要求。     

IEC闪变测量原理的数字化实现方法

为研制基于IEC闪变测量原理的数字式闪变仪,按照IEC推荐的闪变仪功能和设计规范,在Matlab环境下建立了模拟式闪变仪的模型,并运用双线性变换法将其变换为数字式系统,给出了IEC数字式闪变仪各环节数字滤波器的传递函数和运算结构,而后利用累积概率函数曲线（CPF）的单调递减特性,提出了快速计算短时间闪变值Pst的方法。最后,按照IEC推荐标准和试验条件,借助Matlab的仿真工具,对数字式系统和模拟式系统的计算结果进行了比较验证。结果表明：给出的数字化实现方法完全能满足IEC推荐标准的精度要求。     

基于GOOSE方式的网络化母线保护

在电力系统中,35 kV及以下电压等级的母线由于没有稳定问题,一般未装设专用母线保护.但由于高压变电站的35 kV及以下电压等级系统出线多、操作频繁、容易受小动物危害、设备绝缘老化和机械磨损等原因,仍然有母线发生故障的情况.基于IEC61850通信规范基础的数字化变电站,可以实现二次设备之间互操作及信息共享,并实现一次设备智能化、二次设备网络化.提出的基于GOOSE方式的网络化母线保护,能够直接应用到数字化变电站中,具有较大的实用价值.     

Precision digital filters for high voltage impulse measurementsystems

This paper reports the design, testing and practical applications of two types of high order FIR digital filters for noise reduction and data smoothing of high voltage impulse waveforms. Particular attention is paid to the estimation of the error limits introduced by the digital filters. The error estimation involves the analysis of the frequency components of the impulse waveforms, the ripple calculation of the filters and testing of the filters with simulated and real impulse waveforms. The relationships between the filter parameters and the required filter accuracies are established     

输电线路操作冲击空气间隙计算及适用范围

通过对国内外6处27组全比例模拟操作冲击空气间隙绝缘强度实验数据分析、比对,IEC71-2-1996方法与试验结果吻合度较高,进一步证明了现行"设计规范"提出的高海拔修正法可行,其海拔适用范围可扩大至4500～5000 m,针对IEC71-2-1996的海拔修正因子m曲线,提出了空气间隙拟合数字计算公式.     

Design and fully digital control of parallel active filters forthyristor rectifiers to comply with IEC-1000-3-2 standards

This paper presents the implementation of a digitally controlled parallel active filter for a thyristor rectifier with inductive load. Using a state-of-the-art digital signal processor (DSP) platform (ADSP21020 and ADMC200), a fully digital control of the system, based on the dead-beat control of inverter currents and space vector modulation, is implemented. The intrinsic calculation delay of the dead-beat algorithm is shown to represent a serious hurdle for the achievement of a satisfactory compensation quality. In particular, meeting the IEC 1000-3-2 standards for class A equipment appears to be quite difficult, especially in the high-frequency range. This paper investigates the effects of the input passive filters and power converter design on the system's performance and describes the implementation of the digital control by means of the specified hardware. Experimental results are finally given to evaluate the achieved performance     

一种改进的避雷器冲击电流试验回路参数设计方法

在对避雷器进行冲击电流试验时,回路电阻具有非线性变化特性,回路输出波形参数的准确估算比较困难。本文通过分析非线性试品对冲击电流试验回路输出波形的影响,提出一种改进的非线性试品冲击电流试验回路参数的设计方法,主要思想为根据负载的特性、充电电容和试验冲击电流波形参数的要求,在欠阻尼条件下设计回路参数。然后将本文的方法与以往在临界阻尼条件下的设计方法进行对比,本方法的优越性主要体现在它能在主电容既定的条件下给出精确的调波电阻的范围。调试过程中只需要调节调波电阻的大小,简化了调波过程、提高了调波成功率。最后通过实际冲击电流试验验证了本文所提方法的有效性。     

高压巡线机器人电磁导航系统研究与设计

为提高架空高压线路故障检测效率,研究并实现了高压巡线机器人自主巡检作业新方法,即巡线机器人在PC104硬件系统和嵌入式软件系统平台上分析处理输电线图像数据对其进行故障检测。基于电磁检测的导航系统由横竖两方向多方位的电磁传感器阵列组成;PC104采用相对值检测方法,根据高压输电线路周围磁场的感应电压跟半径的反比例关系原理,比较传感器阵列输出的系列模拟电压值来判断机器人相对输电线路的姿势并识别线上障碍;针对电磁导航系统信号特点,研究MATLAB数字滤波器优化设计方法;设计出IIR滤波器对经过放大的信号进行处理,研究并实现了PC104的IIR优化算法。仿真结果和现场试验证明,基于IIR滤波的巡线机器人电磁导航系统结构简单、效果显著。     

基于MATLAB的FIR数字滤波器设计与仿真

数字滤波器的设计和应用是数字信号处理中的核心内容之一。利用MATLAB信号处理工具箱中的FDATool工具设计出具有去噪滤波功能的有限脉冲响应滤波器,根据滤波器的不同应用需求,利用FDATool工具设计出具不同滤波功能的有限脉冲响应滤波器,并且根据设计要求和滤波器特性随时调整参数,直观简便,极大地减轻了工作量,极大方便了滤波器的设计,达到理想的应用目的。最后,对所设计的滤波器进行滤波仿真验证,对含有噪声的信号进行去噪处理,通过比较分析滤波器去噪前后信号时域及频域波形图,得出所设计的滤波器能够达到理想的去噪效果。     

Qualifying an impulse digitizer for measurements in HV impulsetests

A standard is being prepared for digital recorders for measurements in HV (high-voltage) impulse tests. How the main tests described in the proposed standard can be applied toward qualifying an impulse digitizer for HV impulse measurements is discussed. Experimental results from the application of these techniques to different digitizers are presented. A major problem in using digital recorders in HV laboratories is electromagnetic interference. Previous low-frequency measurements have indicated that high frequencies can be a problem. Some measurements at high frequencies are reported. The consequences of these measurements for electromagnetic compatibility are discussed     

Comparison of analog-to-digital filter conversion methods in a digital flickermeter

A standard of International Electrotechnical Commission (IEC) has defined the flicker measuring specification in an analog manner. But the analog specs are inefficient when implementing a flickermeter in the real world according to the standard. Therefore, it is necessary to convert its original analog filters to the corresponding digital forms as well as applying other digital processing techniques such as data sampling, bit resolution, and filtering theory. Even though a digital flickermeter may meet the requirements of the IEC standard, its outputs will vary according to the analog-to-digital filtering conversion methods used such as bilinear transformation, impulse invariance transformation, and covariance invariant transformation. This paper presents the characteristics of various filter conversion methods and the influences on the digital implementation of a flickermeter, which are simulated by using MATLAB^®. Finally, this paper concludes with which methods are the most adequate to implement an IEC digital flickermeter, helping ultimately to avoid ambiguities from analog prototypes described in original standard.     

风电并网引起闪变的测试系统仿真

按照IEC推荐的闪变仪功能和设计规范,建立了模拟式闪变仪的模型,进而运用双线性变换法将其变换为数字式系统,并在Matlab环境下建立了模型。将IEC闪变测试模拟系统转换成数字系统后,在低频段存在误差。而风电引起的闪变频率约为1—3Hz,就在低频段。在IEC闪变仪的原理基础上,研究了其数字化实现方法,并对各环节进行设计,对参数进行修正,利用Matlab进行仿真。仿真结果表明,参数的修正对闪变仪性能的改善有显著的效果,提高了低频段的精度,能够满足风电引起的闪变测试要求。