電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法及系統(tǒng)，包括基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊、波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊、暫態(tài)分量預處理和顯示模塊、自適應迭代處理和顯示模塊、暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有簡單、穩(wěn)定、實用和保留原有暫態(tài)分量時域波形信息多等優(yōu)點。
【專利說明】
電網(wǎng)過電壓誓態(tài)分量時域波形提取方法及系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及電網(wǎng)暫態(tài)過電壓測量技術，尤其是設及一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域 波形提取方法及系。
【背景技術】
[0002] 電網(wǎng)暫態(tài)過電壓引起的問題，對電力設備是否造成致命性的危害，在理論上沒有 完全分析清楚。事故分析的暫態(tài)過電壓波形記錄缺乏，對事故原因的分析一直W來依靠經(jīng) 驗，均造成事故分析不徹底、不明確。暫態(tài)過電壓測量或監(jiān)測裝置，其能夠準確地獲取過電 壓幅值及其變化過程，對故障發(fā)生、發(fā)展的整個過程進行記錄，通過波形分析就能確定事故 是由于過電壓幅值或睹度超過了設備絕緣的承受能力，還是由于設備本身絕緣水平的降低 所造成，或其它原因。
[0003] 但在工程中，暫態(tài)過電壓測量系統(tǒng)和裝置被沒有被強制要求，使得實測的現(xiàn)場暫 態(tài)過電壓數(shù)據(jù)非常缺乏。鑒于實測暫態(tài)過電壓數(shù)據(jù)的重要性，其測量或監(jiān)測技術的推廣應 用尤為重要。如圖1所示，暫態(tài)過電壓測量或監(jiān)測就是通過過電壓分壓器(傳感器），基于數(shù) 據(jù)采集技術，實時測量電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓擾動，記錄和保存暫態(tài)過電壓發(fā)生時各相電壓的幅 值、波形及各種參數(shù)。并具有信號處理、參數(shù)提取、應用與分析(報警、歷史數(shù)據(jù)查詢和統(tǒng)計 等)功能。但對測量獲取的電網(wǎng)過電壓波形一般表現(xiàn)形式為微弱暫態(tài)分量(時域表現(xiàn)為振蕩 脈沖波形)疊加在大幅值工頻電壓上，而暫態(tài)分量時域波形的極性、睹度、峰值等，是對電力 設備絕緣產(chǎn)生影響的重要參數(shù)。因此研究準確、無崎變地提取過電壓的暫態(tài)分量時域波形， 具有重要意義。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種具有簡單、穩(wěn) 定、實用和保留原有暫態(tài)分量時域波形信息多(無崎變)的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提 取方法及系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術方案來實現(xiàn)：
[0006] -種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，包括W下步驟：
[0007] 步驟1，設定采集參數(shù)，采用過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形W(i)，i = l，2,…， N;
[0008] 步驟2，將采集獲取的電網(wǎng)過電壓波形進行存儲；
[0009] 步驟3,設置闊值YZ和暫態(tài)分量時域波形長度n，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形 Wp(j)，j = l，2，...，n，其中n<N;
[0010] 步驟4,再設置幅值誤差er，基于Wp(j)迭代計算出其所包含大幅值工頻電壓的峰 值化ak和相位信息巧；
[OOW 步驟5,根據(jù)得到的峰值和相位信息，重構時間等長的大幅值工頻電壓Wsohz(J); [0012]步驟6,將重構得到的大幅值工頻電壓波形進行存儲；
[0013] 步驟7,包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp(j)按對應時間點減去自適應迭代得到的大 幅值工頻電壓波形W50Hz(j)，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形胖*〇'）=胖。〇)- Wsohz(J);
[0014] 步驟8,對暫態(tài)分量時域波形顯示和參數(shù)提取。
[0015] 所述的電網(wǎng)過電壓波形W(i)具體如下：
[0016]
[0017] 具甲：i刃弟i個彼化帷但；N刃彼化記巧點數(shù)；AtU-I)為波形第i個點對應的時 間。
[0018] 所述的包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp(j)具體如下：
[0019]
[0020] j為第j個波形幅值;O為在W(i)中第O個波形幅值點；n為波形記錄點數(shù)，即波形長 度。
[0021] 所述的大幅值工頻電壓的峰值化ak和相位信息巧計算如下：
[0022] F*eak = (max(Wp(j) )-min(Wp(j )))/2, j = 1,2,...,n
[0023]
[0024] 其中max為取序列的最大值;min為取序列的最小值;n為波形序列的長度;k為整數(shù) 變量;buchang為迭代算法的步長設置。
[0025] 所述的工頻電壓波形重構W日日Hz(j)計算如下：
[0026]
[0027] 其中j為第j個波形幅值。
[0028] -種實施所述的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法的系統(tǒng)，包括基于過電壓 分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊、波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊、暫態(tài)分量預處理 和顯示模塊、自適應迭代處理和顯示模塊、暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊；
[0029] 所述的基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊通過安裝于電網(wǎng)線路 或母線處的過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形序列；
[0030] 所述的波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊，對基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序 列采集模塊采集參數(shù)進行設置并存儲其采集得到的數(shù)據(jù)；
[0031] 所述的暫態(tài)分量預處理和顯示模塊，對波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊提供的過電 壓波形，根據(jù)設定的闊值和暫態(tài)分量時域波形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓時域波形， 并存儲于波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊中；
[0032] 所述的自適應迭代處理和顯示模塊，利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊中包含暫 態(tài)分量的過電壓時域波形，再行設置幅值誤差，基于迭代計算得到其所包含大幅值工頻電 壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，并存儲于波形 數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊；
[0033] 所述的暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊，利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊中 的包含暫態(tài)分量的過電壓時域波形、與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，將前者減去 后者，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形，進行顯示和提取極性、峰值、睹度的參 數(shù)。
[0034] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明根據(jù)過電壓測量或監(jiān)測系統(tǒng)記錄得到的過電壓波形，先 根據(jù)闊值和暫態(tài)分量時域波形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形;再設置幅值誤差，基 于迭代計算出其所包含大幅值工頻電壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間 等長的工頻電壓波形，將過電壓波形按對應時間點減去自適應迭代得到的工頻電壓波形， 即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形。該技術具有簡單、穩(wěn)定、實用和保留原有暫態(tài) 分量時域波形信息多(無崎變)等優(yōu)點，適合用于電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明設及的電網(wǎng)過電壓測量或監(jiān)測示意圖。
[0036] 圖2為本發(fā)明一較佳實施例的系統(tǒng)方框示意圖。
[0037] 圖3為本發(fā)明一較佳實施例的方法流程圖。
[0038] 圖4a為電網(wǎng)過電壓波形圖，圖4b為含暫態(tài)分量的過電壓波形圖，圖4c迭代算法獲 取的大幅值工頻電壓一基波圖，圖4d電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量的時域波形圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例?；诒景l(fā) 明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實 施例，都應屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0040] 本發(fā)明的具體結果可參照附圖，圖2是本發(fā)明一較佳實施例的基于自適應迭代算 法的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法的主要模塊方框圖，如圖2所示，該電網(wǎng)過電壓 暫態(tài)分量時域波形提取方法1至少包括:基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模 塊10、波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11、暫態(tài)分量預處理和顯示模塊12、自適應迭代處理和 顯示模塊13、暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊14。
[0041] 模塊之間聯(lián)接關系:所述的基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊10 通過安裝于電網(wǎng)線路或母線處的過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形序列；
[0042] 所述的波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11，對基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形 序列采集模塊10采集參數(shù)進行設置并存儲其采集得到的數(shù)據(jù)；
[0043] 所述的暫態(tài)分量預處理和顯示模塊12,對波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11提供的 過電壓波形，根據(jù)設定的闊值和暫態(tài)分量時域波形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓時域 波形，并存儲于波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11中；
[0044] 所述的自適應迭代處理和顯示模塊13,利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11中包 含暫態(tài)分量的過電壓時域波形，再行設置幅值誤差，基于迭代計算得到其所包含大幅值工 頻電壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，并存儲于 波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊11;
[0045] 所述的暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊14,利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊 11中的包含暫態(tài)分量的過電壓時域波形、與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，將前者 減去后者，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形，進行顯示和提取極性、峰值、睹度 的參數(shù)。
[0046] 本發(fā)明提供了一種基于自適應迭代算法的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方 法，即根據(jù)過電壓測量或監(jiān)測系統(tǒng)記錄得到的過電壓波形，先根據(jù)闊值和暫態(tài)分量時域波 形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形;再設置幅值誤差，基于迭代計算出其所包含大幅 值工頻電壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，將過 電壓波形按對應時間點減去自適應迭代得到的工頻電壓波形，即可獲取該過電壓波形的暫 態(tài)分量時域波形。該技術具有簡單、穩(wěn)定、實用和保留原有暫態(tài)分量時域波形信息多（無崎 變)等優(yōu)點，適合用于電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取。
[0047] 本發(fā)明提供了一種比傳統(tǒng)過電壓波形分析擁有更多波形信息量的譜圖展示方法， 其可W去除大幅值工頻電壓即基波電壓的同時，能夠展示暫態(tài)分量的時頻波形。
[0048] 本發(fā)明提供了一種更加容易獲取過電壓波形極性、峰值和睹度的分析方法。
[0049] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過W下技術方案的得W解決的：
[0050] 如圖3所示，一種基于自適應迭代算法的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法， 其特征在于，包括W下步驟：
[0051] 步驟1，設定采集參數(shù)，基于過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形；
[0052] 步驟2，將采集獲取的電網(wǎng)過電壓波形進行存儲；
[0053] 步驟3,設置闊值和時間長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形；
[0054] 步驟4,再設置幅值誤差，基于迭代計算出其所包含大幅值工頻電壓的峰值和相位 f目息；
[0055] 步驟5,根據(jù)得到的峰值和相位信息，重構時間等長的大幅值工頻電壓；
[0056] 步驟6,將重構得到的大幅值工頻電壓波形進行存儲；
[0057] 步驟7,包含暫態(tài)分量的過電壓波形按對應時間點減去自適應迭代得到的大幅值 工頻電壓波形，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形。
[005引步驟8,暫態(tài)分量時域波形顯示和參數(shù)提取。
[0059] 構造基于自適應迭代算法的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法使用的過電 壓波形測量或監(jiān)測技術示意圖如圖1所示。其中與電網(wǎng)線路或母線連接的分壓器響應帶寬 需達到y(tǒng)s級，不會崎變暫態(tài)分量的時域波形。記錄裝置的采樣率需在lOMS/s及W上，模擬帶 寬5M及W上，記錄存儲的電網(wǎng)過電壓波形W(i)定義如下：
[0060]
[0061] 注:i-第i個波形幅值；
[0062] N一一波形記錄點數(shù)；
[0063] At(i-l)一一波形第i個點對應的時間(iis，At為采樣時間間隔）；
[0064] 根據(jù)闊值和暫態(tài)分量時域波形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形;基于迭代 計算出其所包含大幅值工頻電壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間等長的 工頻電壓波形;最終將過電壓波形按對應時間點減去自適應迭代得到的工頻電壓波形，獲 取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形。其中設及的參數(shù)和迭代算法分別如下定義：
[0065] (1)包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp(j)獲取
[0066]
[0067]
[006引注：j--Hj個汲形帷值；
[00例 O--在w( i)中第O個波形幅值點；
[0070] n--波形記錄點數(shù)。
[0071] (2)大幅值工頻電壓的峰值化ak和相位信息
[0072] F>eak=(max(Wp( j))-min(Wp( j)))/2, j = l，2，...，n
[0073]
[0074]
[0075] 注:max--取序列的最大值；
[0076] min--取序列的最小值；
[0077] n一一波形序列的長度，運里設定取整體波形的前2~5個周波；
[007引 k--整數(shù)變量；
[00巧]buchang-一迭代算法的步長設置；
[0080] 杳--迭代算法過程中的相位值；
[0081] S皿e-一當前工頻電壓波形與包含暫態(tài)分量的過電壓波形的幅值誤差；
[0082] abs--取序列的絕對值；
[0083] 8皿6_13^-一迭代算法設置的波形最大幅值誤差；
[0084] 8皿6_1111--迭代算法設置的波形最小幅值誤差。
[00化](3)工頻電壓波形重構W日日Hz(j)
[0086]
[0087] 注:j一一第j個波形幅值。
[0088] (4)暫態(tài)分量時域波形Wt(j)
[0089] Wt(j)=Wp(j)-W5〇Hz(j)，j = l，2，...，n
[0090] 注:j 一一第j個波形幅值。
[0091] -種基于自適應迭代算法的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法分析結果示 例用于暫態(tài)分量時域波形提取的過程波形圖如圖4所示。
[0092] 對檢測獲取的電網(wǎng)過電壓波形按圖3所示流程處理后得到4個波形圖，其中圖4a為 基于過電壓分壓器采集獲取的電網(wǎng)過電壓波形W(i);圖4b為設置闊值和時間長度后，獲取 包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp(j);圖4c為基于Wp(j)進行迭代計算獲取重構得到的大幅值 工頻波形WsoHz(i)與Wp(j)的對比圖；而圖4d則是暫態(tài)分量時域波形Wt(j)，其將Wp(j)按對應 時間點減去自適應迭代得到的大幅值工頻電壓波形W50Hz( i )即可得到。
[0093] W上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明掲露的技術范圍內，可輕易想到各種等效的修改或替 換，運些修改或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應W權利 要求的保護范圍為準。
【主權項】
1. 一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，設定采集參數(shù)，采用過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形W(i)，i = l，2，~，N; 步驟2，將采集獲取的電網(wǎng)過電壓波形進行存儲； 步驟3，設置閾值YZ和暫態(tài)分量時域波形長度η，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp(j)， 」=1，2，"_，11，其中11<1 步驟4,再設置幅值誤差er，基于WP(j)迭代計算出其所包含大幅值工頻電壓的峰值Peak 和相位信息0; 步驟5,根據(jù)得到的峰值和相位信息，重構時間等長的大幅值工頻電壓W5QHz(j); 步驟6，將重構得到的大幅值工頻電壓波形進行存儲； 步驟7，包含暫態(tài)分量的過電壓波形Wp (j)按對應時間點減去自適應迭代得到的大幅值 工頻電壓波形W5QHz (j)，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形Wt (j) = Wp (j) -W50Hz (j); 步驟8，對暫態(tài)分量時域波形顯示和參數(shù)提取。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，其特征在于，所 述的電網(wǎng)過電壓波形W( i)具體如下：其中：i為第i個波形幅值;N為波形記錄點數(shù)；△ t(i-l)為波形第i個點對應的時間。3. 根據(jù)權利要求1所述的一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，其特征在于，所 述的包含暫態(tài)分量的過電壓波形WP(j)具體如下：j為第j個波形幅值;〇為在W(i)中第〇個波形幅值點;η為波形記錄點數(shù)，即波形長度。4. 根據(jù)權利要求1所述的一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，其特征在于，所 述的大幅值工頻電壓的峰值Peak和相位信息fH十算如下：其中max為取序列的最大值;min為取序列的最小值;η為波形序列的長度;k為整數(shù)變 量;buchang為迭代算法的步長設置。5. 根據(jù)權利要求1所述的一種電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法，其特征在于，所 述的工頻電壓波形重構W5QHZ ( j )計算如下： 其中j為第j個波形幅值。6. -種實施權利要求1所述的電網(wǎng)過電壓暫態(tài)分量時域波形提取方法的系統(tǒng)，其特征 在于，包括基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊（10)、波形數(shù)據(jù)存儲和通信 控制模塊（11)、暫態(tài)分量預處理和顯示模塊（12)、自適應迭代處理和顯示模塊（13)、暫態(tài)分 量時域波形處理和顯示模塊(14); 所述的基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序列采集模塊（10)通過安裝于電網(wǎng)線路 或母線處的過電壓分壓器采集電網(wǎng)過電壓波形序列； 所述的波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊（11)，對基于過電壓分壓器的電網(wǎng)過電壓波形序 列采集模塊(10)采集參數(shù)進行設置并存儲其采集得到的數(shù)據(jù)； 所述的暫態(tài)分量預處理和顯示模塊（12)，對波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊（11)提供的 過電壓波形，根據(jù)設定的閾值和暫態(tài)分量時域波形長度，獲取包含暫態(tài)分量的過電壓時域 波形，并存儲于波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊(11)中； 所述的自適應迭代處理和顯示模塊（13)，利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊（11)中包 含暫態(tài)分量的過電壓時域波形，再行設置幅值誤差，基于迭代計算得到其所包含大幅值工 頻電壓的峰值和相位信息，從而推算出與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，并存儲于 波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊(11); 所述的暫態(tài)分量時域波形處理和顯示模塊（14)，利用波形數(shù)據(jù)存儲和通信控制模塊 (11)中的包含暫態(tài)分量的過電壓時域波形、與過電壓波形時間等長的工頻電壓波形，將前 者減去后者，即可獲取該過電壓波形的暫態(tài)分量時域波形，進行顯示和提取極性、峰值、陡 度的參數(shù)。
【文檔編號】G01R19/165GK106018922SQ201610421026
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】司文榮, 傅晨釗, 黃華, 金珩, 趙丹丹
【申請人】國網(wǎng)上海市電力公司, 華東電力試驗研究院有限公司