CN107271830A - 一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，包括以下步骤：A、使用内置三相电源输出三相电压信号施加在变压器一次侧；B、求得一次侧任意两相电压信号之间的传递函数；C、对全部三个传递函数进行频域分解；D、选择位于相同特征频率段的传递函数分量进行特征向量提取，并对属于不同传递函数的特征向量进行合并；E、使用特征向量组成特征矩阵，并求得特征矩阵的特征值；F、在变压器二次侧采集电压信号，按照步骤B～E求得变压器二次侧电压信号特征矩阵特的征值；G、对二次侧电压信号进行修正，计算得到变压器变比。本发明能够解决现有技术的不足，克服了三相电源不平衡造成的检测误差。
Description
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，尤其是一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法。
背景技术
变压器是输变电系统中的重要的设备，其运行的可靠性至关重要，其中变压器变比是体现变压器是否运行正常的重要指标。在变压器并联运行时，变比的差别会使变压器自身产生环流，使变压器过热甚至造成烧毁，因此变压器变比测试是一项重要内容。但是随着技术发展、变压器种类增多，传统变压器变比测试仪功能单一检测速度慢，给变压器检测工作带来诸多不便。如：随着直流电气设备的增多，多脉整流变压器的大量应用，但传统变压器变比测试仪又无法检测多脉整流变压器的变比，因此许多厂家不具备对多脉整流变压器的检测手段。给变压器的运行带来诸多隐患，造成输出直流不稳定，谐波含量大等因素。目前国内一些厂家生产的多脉整流变压器变比检测仪采用三相电源平衡原理来检测变比，此种方法基于三相电源完全平衡角度为标准的120度，但此条件基本无法达到，因此只能是近似做到，所以测出的变比及移相角均为近似值，而且三相电源达到平衡需要精细调节因此测试速度慢效率低，无法适应用户需求。
目前国内变压器变比测试仪分为普通变比测试仪，和特种变压器变比测试仪(可以测Z型变压器和多脉整流变压器、斯科特变压器等)。均采用单片机作为CPU功能简单运算能力差。
普通变压器变比测试仪原理采用内置变压器将市电变换出较低的电压信号施加于变压器一次的某一相，再根究设置的变压器组别测量变压器二次的电压计算出此相的变比，然后再切换到另一相进行测试，依次测试完三相。仪器特点功能简单造价低，必须输入变压器组别(也可自动检测普通变压器的组别，但检测速度较慢)，无法测试Z型变压器或多脉整流变压器等特殊的变压器。
特种变压器变比测试仪采用内置三相电源，在测试变压器的过程中需要人为或自动调节内置三相电源的输出使其达到三相平衡(接近平衡)。然后测出变压器二次电压，直接用一次电压除二次电压得到变压器变比。仪器特点是造价高可自动判断变压器组别，但测试过程慢，测试结果为近似值精度无法保证。
目前国内变压器变比测试仪还有很大的提升空间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，能够解决现有技术的不足，克服了三相电源不平衡造成的检测误差。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，包括以下步骤：
A、使用内置三相电源输出三相电压信号施加在变压器一次侧；
B、求得一次侧任意两相电压信号之间的传递函数；
C、对全部三个传递函数进行频域分解；
D、选择位于相同特征频率段的传递函数分量进行特征向量提取，并对属于不同传递函数的特征向量进行合并；
E、使用特征向量组成特征矩阵，并求得特征矩阵的特征值；
F、在变压器二次侧采集电压信号，按照步骤B～E求得变压器二次侧电压信号特征矩阵特的征值；
G、使用一次侧特征值组成的分布曲线与二次侧特征值组成的分布曲线进行对比，对二次侧的电压信号进行修正，使用修正后的二次侧电压信号与一次侧电压信号计算得到变压器变比。
作为优选，步骤C中，进行频域分解的公式如下，
其中，a0为初始状态，fi为正弦分量增益函数，gi为余弦分量增益函数，ωi为频域分解后的各个频率点。
作为优选，
其中，H(x)为电压信号在ωi频点上的平均幅值。
作为优选，a0为三相电压不平衡偏差量的幅值。
作为优选，步骤D中，将不同传递函数分量之间的重合点进行记录，按照重合点上各传递函数分量的导数处于的正负状态的数量将重合点进行分类，提取正向导数数量大于负向导数数量的重合点作为传递函数分量的基础点，使用基础点进行线性拟合，得出特征向量。
作为优选，特征向量的合并方法为，
以任意一个传递函数为基准传递函数，使用另外的传递函数和基准传递函数之间的映射关系对其相对应的特征向量进行修正，然后与基准传递函数的特征向量相加。
作为优选，步骤G中，使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的幅值进行线性修正，修正系数与a0成正比；使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的相位差对二次侧电压信号的相位进行线性修正，修正系数为1。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明去除了普通算法由于三相电源不平衡带来的误差，无需传统三相变比输出三相电压需要调节平衡的过程，从而使测试速度从30-60秒提高到了2-3秒，精度从近似值变成了精确值，对变压器变比测试带来了巨大进步。
具体实施方式
一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，包括以下步骤：
A、使用内置三相电源输出三相电压信号施加在变压器一次侧；
B、求得一次侧任意两相电压信号之间的传递函数；
C、对全部三个传递函数进行频域分解；
D、选择位于相同特征频率段的传递函数分量进行特征向量提取，并对属于不同传递函数的特征向量进行合并；
E、使用特征向量组成特征矩阵，并求得特征矩阵的特征值；
F、在变压器二次侧采集电压信号，按照步骤B～E求得变压器二次侧电压信号特征矩阵特的征值；
G、使用一次侧特征值组成的分布曲线与二次侧特征值组成的分布曲线进行对比，对二次侧的电压信号进行修正，使用修正后的二次侧电压信号与一次侧电压信号计算得到变压器变比。
步骤C中，进行频域分解的公式如下，
其中，a0为初始状态，fi为正弦分量增益函数，gi为余弦分量增益函数，ωi为频域分解后的各个频率点。
其中，H(x)为电压信号在ωi频点上的平均幅值。
a0为三相电压不平衡偏差量的幅值。
步骤D中，将不同传递函数分量之间的重合点进行记录，按照重合点上各传递函数分量的导数处于的正负状态的数量将重合点进行分类，提取正向导数数量大于负向导数数量的重合点作为传递函数分量的基础点，使用基础点进行线性拟合，得出特征向量。
特征向量的合并方法为，
以任意一个传递函数为基准传递函数，使用另外的传递函数和基准传递函数之间的映射关系对其相对应的特征向量进行修正，然后与基准传递函数的特征向量相加。
步骤G中，使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的幅值进行线性修正，修正系数与a0成正比；使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的相位差对二次侧电压信号的相位进行线性修正，修正系数为1。
另外，步骤D中，将正向导数数量小于等于负向导数数量的重合点进行线性拟合，形成对比向量，使用对比向量与合并后的特征向量进行对比，求得对比向量与特征向量的相似度，若相似度低于设定阈值，则对特征向量的拟合过程进行修正。
在三相电源上注入周期性的检测信号，检测信号包括交替出现的矩形波和齿形波，在二次侧通过对检测信号的检测，根据二次侧检测信号的畸变情况，对二次侧采集的电压信号进行修正，从而进一步降低二次侧的采集误差。
本发明采用现今流行的ARM芯片为硬件基础嵌入式操作系统为平台，内置文件系统兼容DBF数据库，仪器支持SD卡和优盘导出数据库，可应用计算机Excel表格浏览编辑等操作。仪器界面采用emWin人机对话操作，与计算机操作界面相同使操作人员容易上手操作和接受。仪器采用内置三相逆变电源，可模拟三相120度输出，两相60度输出或90度(逆斯科特)也可单相输出，理论上可测试所有种类的变压器。电源输出失真度小精度高，并可支持(10Hz_2kHz)变频输出，三相同时测量无需输入组别，仪器可分析组别与变比测量同时完成。仪器采用8路16位同步采样AD转换器，可同时采集高压、低压侧数据，运算速度快。可同时测量一二次电压、角度、向量关系等多种参数，仪器还可监测逆变电源的输出波形、谐波含量及失真度。仪器软件算法先进可模拟各种变压器输出，并分析计算出变压器组别及变比。
本发明的特种变压器变比测试仪与常规变比测试仪的区别对比：
本发明与常规变比测试仪的配置对比：
本发明与常规变比测试仪的功能对比：
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。
Claims (7)
1.一种特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于包括以下步骤：
A、使用内置三相电源输出三相电压信号施加在变压器一次侧；
B、求得一次侧任意两相电压信号之间的传递函数；
C、对全部三个传递函数进行频域分解；
D、选择位于相同特征频率段的传递函数分量进行特征向量提取，并对属于不同传递函数的特征向量进行合并；
E、使用特征向量组成特征矩阵，并求得特征矩阵的特征值；
F、在变压器二次侧采集电压信号，按照步骤B～E求得变压器二次侧电压信号特征矩阵特的征值；
G、使用一次侧特征值组成的分布曲线与二次侧特征值组成的分布曲线进行对比，对二次侧的电压信号进行修正，使用修正后的二次侧电压信号与一次侧电压信号计算得到变压器变比。
2.根据权利要求1所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：步骤C中，进行频域分解的公式如下，
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</mrow>
其中，a0为初始状态，fi为正弦分量增益函数，gi为余弦分量增益函数，ωi为频域分解后的各个频率点。
3.根据权利要求2所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：
<mrow>
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<mi>d</mi>
<mi>t</mi>
</mrow>
其中，H(x)为电压信号在ωi频点上的平均幅值。
4.根据权利要求2所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：a0为三相电压不平衡偏差量的幅值。
5.根据权利要求1所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：步骤D中，将不同传递函数分量之间的重合点进行记录，按照重合点上各传递函数分量的导数处于的正负状态的数量将重合点进行分类，提取正向导数数量大于负向导数数量的重合点作为传递函数分量的基础点，使用基础点进行线性拟合，得出特征向量。
6.根据权利要求5所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：特征向量的合并方法为，
以任意一个传递函数为基准传递函数，使用另外的传递函数和基准传递函数之间的映射关系对其相对应的特征向量进行修正，然后与基准传递函数的特征向量相加。
7.根据权利要求2所述的特种变压器不平衡状态下的变比快速计算方法，其特征在于：步骤G中，使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的幅值进行线性修正，修正系数与a0成正比；使用一次侧特征值分布曲线与二次侧特征值分布曲线的幅值偏差量的平方对二次侧电压信号的相位差对二次侧电压信号的相位进行线性修正，修正系数为1。
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