CN106018922A - 电网过电压暂态分量时域波形提取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法及系统，包括基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块、波形数据存储和通信控制模块、暂态分量预处理和显示模块、自适应迭代处理和显示模块、暂态分量时域波形处理和显示模块。与现有技术相比，本发明具有简单、稳定、实用和保留原有暂态分量时域波形信息多等优点。

Description

电网过电压暂态分量时域波形提取方法及系统

技术领域

本发明涉及电网暂态过电压测量技术，尤其是涉及一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法及系。

背景技术

电网暂态过电压引起的问题，对电力设备是否造成致命性的危害，在理论上没有完全分析清楚。事故分析的暂态过电压波形记录缺乏，对事故原因的分析一直以来依靠经验，均造成事故分析不彻底、不明确。暂态过电压测量或监测装置，其能够准确地获取过电压幅值及其变化过程，对故障发生、发展的整个过程进行记录，通过波形分析就能确定事故是由于过电压幅值或陡度超过了设备绝缘的承受能力，还是由于设备本身绝缘水平的降低所造成，或其它原因。

但在工程中，暂态过电压测量系统和装置被没有被强制要求，使得实测的现场暂态过电压数据非常缺乏。鉴于实测暂态过电压数据的重要性，其测量或监测技术的推广应用尤为重要。如图1所示，暂态过电压测量或监测就是通过过电压分压器(传感器)，基于数据采集技术，实时测量电网系统的电压扰动，记录和保存暂态过电压发生时各相电压的幅值、波形及各种参数。并具有信号处理、参数提取、应用与分析(报警、历史数据查询和统计等)功能。但对测量获取的电网过电压波形一般表现形式为微弱暂态分量(时域表现为振荡脉冲波形)叠加在大幅值工频电压上，而暂态分量时域波形的极性、陡度、峰值等，是对电力设备绝缘产生影响的重要参数。因此研究准确、无畸变地提取过电压的暂态分量时域波形，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有简单、稳定、实用和保留原有暂态分量时域波形信息多(无畸变)的电网过电压暂态分量时域波形提取方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，包括以下步骤：

步骤1，设定采集参数，采用过电压分压器采集电网过电压波形W(i)，i＝1,2,…,N；

步骤2，将采集获取的电网过电压波形进行存储；

步骤3，设置阈值YZ和暂态分量时域波形长度n，获取包含暂态分量的过电压波形W_p(j)，j＝1,2,…,n，其中n＜N；

步骤4，再设置幅值误差er，基于W_p(j)迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值Peak和相位信息

步骤5，根据得到的峰值和相位信息，重构时间等长的大幅值工频电压W_50Hz(j)；

步骤6，将重构得到的大幅值工频电压波形进行存储；

步骤7，包含暂态分量的过电压波形W_p(j)按对应时间点减去自适应迭代得到的大幅值工频电压波形W_50Hz(j)，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形W_t(j)＝W_p(j)-W_50Hz(j)；

步骤8，对暂态分量时域波形显示和参数提取。

所述的电网过电压波形W(i)具体如下：

$W\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^1,w^2,...,w^i,...,w^N\\ 0,\mathrm{\Δ}t,...,\mathrm{\Δ}t(i-1),...,\mathrm{\Δ}t(N-1)\end{array}\right.$

其中：i为第i个波形幅值；N为波形记录点数；Δt(i-1)为波形第i个点对应的时间。

所述的包含暂态分量的过电压波形W_p(j)具体如下：

$W_p\left(j\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^o,w^{o+1},...,w^{o+j-1},...,w^{o+n-1}\\ \mathrm{\Δ}t\left(o\right),\mathrm{\Δ}t(o+1),...,\mathrm{\Δ}t(o+j-1),...,\mathrm{\Δ}t(o+n-1)\end{array}\right.$

j为第j个波形幅值；o为在W(i)中第o个波形幅值点；n为波形记录点数，即波形长度。

所述的大幅值工频电压的峰值Peak和相位信息计算如下：

Peak＝(max(W_p(j))-min(W_p(j)))/2,j＝1,2,…,n

其中max为取序列的最大值；min为取序列的最小值；n为波形序列的长度；k为整数变量；buchang为迭代算法的步长设置。

所述的工频电压波形重构W_50Hz(j)计算如下：

其中j为第j个波形幅值。

一种实施所述的电网过电压暂态分量时域波形提取方法的系统，包括基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块、波形数据存储和通信控制模块、暂态分量预处理和显示模块、自适应迭代处理和显示模块、暂态分量时域波形处理和显示模块；

所述的基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块通过安装于电网线路或母线处的过电压分压器采集电网过电压波形序列；

所述的波形数据存储和通信控制模块，对基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块采集参数进行设置并存储其采集得到的数据；

所述的暂态分量预处理和显示模块，对波形数据存储和通信控制模块提供的过电压波形，根据设定的阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压时域波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块中；

所述的自适应迭代处理和显示模块，利用波形数据存储和通信控制模块中包含暂态分量的过电压时域波形，再行设置幅值误差，基于迭代计算得到其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块；

所述的暂态分量时域波形处理和显示模块，利用波形数据存储和通信控制模块中的包含暂态分量的过电压时域波形、与过电压波形时间等长的工频电压波形，将前者减去后者，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形，进行显示和提取极性、峰值、陡度的参数。

与现有技术相比，本发明根据过电压测量或监测系统记录得到的过电压波形，先根据阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压波形；再设置幅值误差，基于迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形，将过电压波形按对应时间点减去自适应迭代得到的工频电压波形，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形。该技术具有简单、稳定、实用和保留原有暂态分量时域波形信息多(无畸变)等优点，适合用于电网过电压暂态分量时域波形提取。

附图说明

图1为本发明涉及的电网过电压测量或监测示意图。

图2为本发明一较佳实施例的系统方框示意图。

图3为本发明一较佳实施例的方法流程图。

图4a为电网过电压波形图，图4b为含暂态分量的过电压波形图，图4c迭代算法获取的大幅值工频电压—基波图，图4d电网过电压暂态分量的时域波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明的具体结果可参照附图，图2是本发明一较佳实施例的基于自适应迭代算法的电网过电压暂态分量时域波形提取方法的主要模块方框图，如图2所示，该电网过电压暂态分量时域波形提取方法1至少包括：基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块10、波形数据存储和通信控制模块11、暂态分量预处理和显示模块12、自适应迭代处理和显示模块13、暂态分量时域波形处理和显示模块14。

模块之间联接关系：所述的基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块10通过安装于电网线路或母线处的过电压分压器采集电网过电压波形序列；

所述的波形数据存储和通信控制模块11，对基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块10采集参数进行设置并存储其采集得到的数据；

所述的暂态分量预处理和显示模块12，对波形数据存储和通信控制模块11提供的过电压波形，根据设定的阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压时域波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块11中；

所述的自适应迭代处理和显示模块13，利用波形数据存储和通信控制模块11中包含暂态分量的过电压时域波形，再行设置幅值误差，基于迭代计算得到其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块11；

所述的暂态分量时域波形处理和显示模块14，利用波形数据存储和通信控制模块11中的包含暂态分量的过电压时域波形、与过电压波形时间等长的工频电压波形，将前者减去后者，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形，进行显示和提取极性、峰值、陡度的参数。

本发明提供了一种基于自适应迭代算法的电网过电压暂态分量时域波形提取方法，即根据过电压测量或监测系统记录得到的过电压波形，先根据阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压波形；再设置幅值误差，基于迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形，将过电压波形按对应时间点减去自适应迭代得到的工频电压波形，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形。该技术具有简单、稳定、实用和保留原有暂态分量时域波形信息多(无畸变)等优点，适合用于电网过电压暂态分量时域波形提取。

本发明提供了一种比传统过电压波形分析拥有更多波形信息量的谱图展示方法，其可以去除大幅值工频电压即基波电压的同时，能够展示暂态分量的时频波形。

本发明提供了一种更加容易获取过电压波形极性、峰值和陡度的分析方法。

本发明的上述技术问题主要是通过以下技术方案的得以解决的：

如图3所示，一种基于自适应迭代算法的电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定采集参数，基于过电压分压器采集电网过电压波形；

步骤2，将采集获取的电网过电压波形进行存储；

步骤3，设置阈值和时间长度，获取包含暂态分量的过电压波形；

步骤4，再设置幅值误差，基于迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息；

步骤5，根据得到的峰值和相位信息，重构时间等长的大幅值工频电压；

步骤6，将重构得到的大幅值工频电压波形进行存储；

步骤7，包含暂态分量的过电压波形按对应时间点减去自适应迭代得到的大幅值工频电压波形，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形。

步骤8，暂态分量时域波形显示和参数提取。

构造基于自适应迭代算法的电网过电压暂态分量时域波形提取方法使用的过电压波形测量或监测技术示意图如图1所示。其中与电网线路或母线连接的分压器响应带宽需达到μs级，不会畸变暂态分量的时域波形。记录装置的采样率需在10MS/s及以上，模拟带宽5M及以上，记录存储的电网过电压波形W(i)定义如下：

$W\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^1,w^2,...,w^i,...,w^N\\ 0,\mathrm{\Δ}t,...,\mathrm{\Δ}t(i-1),...,\mathrm{\Δ}t(N-1)\end{array}\right.$

注：i——第i个波形幅值；

N——波形记录点数；

Δt(i-1)——波形第i个点对应的时间(μs，Δt为采样时间间隔)；

根据阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压波形；基于迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形；最终将过电压波形按对应时间点减去自适应迭代得到的工频电压波形，获取该过电压波形的暂态分量时域波形。其中涉及的参数和迭代算法分别如下定义：

(1)包含暂态分量的过电压波形W_p(j)获取

$W_p\left(j\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^o,w^{o+1},...,w^{o+j-1},...,w^{o+n-1}\\ \mathrm{\Δ}t\left(o\right),\mathrm{\Δ}t(o+1),...,\mathrm{\Δ}t(o+j-1),...,\mathrm{\Δ}t(o+n-1)\end{array}\right.$

注：j——第j个波形幅值；

o——在W(i)中第o个波形幅值点；

n——波形记录点数。

(2)大幅值工频电压的峰值Peak和相位信息

Peak＝(max(W_p(j))-min(W_p(j)))/2,j＝1,2,…,n

注：max——取序列的最大值；

min——取序列的最小值；

n——波形序列的长度，这里设定取整体波形的前2～5个周波；

k——整数变量；

buchang——迭代算法的步长设置；

——迭代算法过程中的相位值；

sume——当前工频电压波形与包含暂态分量的过电压波形的幅值误差；

abs——取序列的绝对值；

sume_Max——迭代算法设置的波形最大幅值误差；

sume_Min——迭代算法设置的波形最小幅值误差。

(3)工频电压波形重构W_50Hz(j)

注：j——第j个波形幅值。

(4)暂态分量时域波形W_t(j)

W_t(j)＝W_p(j)-W_50Hz(j)，j＝1,2,…,n

注：j——第j个波形幅值。

一种基于自适应迭代算法的电网过电压暂态分量时域波形提取方法分析结果示例用于暂态分量时域波形提取的过程波形图如图4所示。

对检测获取的电网过电压波形按图3所示流程处理后得到4个波形图，其中图4a为基于过电压分压器采集获取的电网过电压波形W(i)；图4b为设置阈值和时间长度后，获取包含暂态分量的过电压波形W_p(j)；图4c为基于W_p(j)进行迭代计算获取重构得到的大幅值工频波形W_50Hz(i)与W_p(j)的对比图；而图4d则是暂态分量时域波形W_t(j)，其将W_p(j)按对应时间点减去自适应迭代得到的大幅值工频电压波形W_50Hz(i)即可得到。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定采集参数，采用过电压分压器采集电网过电压波形W(i)，i＝1,2,…,N；

步骤2，将采集获取的电网过电压波形进行存储；

步骤3，设置阈值YZ和暂态分量时域波形长度n，获取包含暂态分量的过电压波形W_p(j)，j＝1,2,…,n，其中n＜N；

步骤4，再设置幅值误差er，基于W_p(j)迭代计算出其所包含大幅值工频电压的峰值Peak和相位信息

步骤5，根据得到的峰值和相位信息，重构时间等长的大幅值工频电压W_50Hz(j)；

步骤6，将重构得到的大幅值工频电压波形进行存储；

步骤7，包含暂态分量的过电压波形W_p(j)按对应时间点减去自适应迭代得到的大幅值工频电压波形W_50Hz(j)，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形W_t(j)＝W_p(j)-W_50Hz(j)；

步骤8，对暂态分量时域波形显示和参数提取。

2.根据权利要求1所述的一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，所述的电网过电压波形W(i)具体如下：

$W\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^1,w^2,...,w^i,...,w^N\\ 0,\mathrm{\Δ}t,...,\mathrm{\Δ}t(i-1),...,\mathrm{\Δ}t(N-1)\end{array}\right.$

其中：i为第i个波形幅值；N为波形记录点数；Δt(i-1)为波形第i个点对应的时间。

3.根据权利要求1所述的一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，所述的包含暂态分量的过电压波形W_p(j)具体如下：

$W_p\left(j\right)=\left\{\begin{array}{c}{w}^o,w^{o+1},...,w^{o+j-1},...,w^{o+n-1}\\ \mathrm{\Δ}t\left(o\right),\mathrm{\Δ}t(o+1),...,\mathrm{\Δ}t(o+j-1),...,\mathrm{\Δ}t(o+n-1)\end{array}\right.$

j为第j个波形幅值；o为在W(i)中第o个波形幅值点；n为波形记录点数，即波形长度。

4.根据权利要求1所述的一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，所述的大幅值工频电压的峰值Peak和相位信息计算如下：

Peak＝(max(W_p(j))-min(W_p(j)))/2,j＝1,2,…,n

其中max为取序列的最大值；min为取序列的最小值；n为波形序列的长度；k为整数变量；buchang为迭代算法的步长设置。

5.根据权利要求1所述的一种电网过电压暂态分量时域波形提取方法，其特征在于，所述的工频电压波形重构W_50Hz(j)计算如下：

其中j为第j个波形幅值。

6.一种实施权利要求1所述的电网过电压暂态分量时域波形提取方法的系统，其特征在于，包括基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块(10)、波形数据存储和通信控制模块(11)、暂态分量预处理和显示模块(12)、自适应迭代处理和显示模块(13)、暂态分量时域波形处理和显示模块(14)；

所述的基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块(10)通过安装于电网线路或母线处的过电压分压器采集电网过电压波形序列；

所述的波形数据存储和通信控制模块(11)，对基于过电压分压器的电网过电压波形序列采集模块(10)采集参数进行设置并存储其采集得到的数据；

所述的暂态分量预处理和显示模块(12)，对波形数据存储和通信控制模块(11)提供的过电压波形，根据设定的阈值和暂态分量时域波形长度，获取包含暂态分量的过电压时域波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块(11)中；

所述的自适应迭代处理和显示模块(13)，利用波形数据存储和通信控制模块(11)中包含暂态分量的过电压时域波形，再行设置幅值误差，基于迭代计算得到其所包含大幅值工频电压的峰值和相位信息，从而推算出与过电压波形时间等长的工频电压波形，并存储于波形数据存储和通信控制模块(11)；

所述的暂态分量时域波形处理和显示模块(14)，利用波形数据存储和通信控制模块(11)中的包含暂态分量的过电压时域波形、与过电压波形时间等长的工频电压波形，将前者减去后者，即可获取该过电压波形的暂态分量时域波形，进行显示和提取极性、峰值、陡度的参数。