CN108287328B - 基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法 - Google Patents

基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，采用发送脉冲序列并进行波形重构的思想，将单个发送脉冲时长设置为测试系统的采样间隔，将其划分N等份并将发送脉冲间隔超出采样间隔一个等份，使得每个采样脉冲均能够采集到发送脉冲的不同采样点，然后将采集到的数据进行时间平移来获得单个发送脉冲的信息，最后将波形重构恢复出完整的单个发送脉冲，并计算出阶跃响应的上升时间。本发明设计发送脉冲序列并使采集系统能够采集到不同的采样值，通过波形重构获得完整的发送信号，解决了采样率不足的情况下采集数据信息量低、阶跃响应上升时间计算不准确的问题，有效地提高了阶跃响应上升时间的计算精度。

Description

基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，属于直流电子式互感器试验技术领域。
背景技术
阶跃响应测试的上升时间是直流电子式互感器试验的一项重要参数，其测试结果表征了直流电子式互感器的传变响应，直接影响着直流输电系统差动保护的动作一致性。目前，对于直流电子式互感器阶跃响应测试试验，一般利用采集器采集出阶跃测试的不同采样点，并根据采集结果通过插值来计算得到阶跃低值(阶跃幅值的10％)、阶跃高值(阶跃幅值的90％)的对应时间，最终得到阶跃响应试验的上升时间。但由于阶跃响应的暂态特性时间持续很短，往往只有几十微秒左右，而实际工程中保护、测控系统的采样率多为10kHz，整个暂态过程只能采到1个采样点甚至只能采到阶跃幅值，利用这种采集到的数据来计算评估直流电子式互感器的暂态特性无疑会带来很大的误差，这也是准确测量直流电子式电流互感器的上升时间的一大难点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，通过发送多个相同的阶跃脉冲序列，并将阶跃脉冲序列的发送间隔与采集系统的采样率间隔错开若干时间，使得低采样率的采集系统能够在每个脉冲序列到达时采集到阶跃脉冲的不同点。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，包括以下步骤：
1)确定直流电子式互感器发送脉冲的长度，并进行划分，将发送脉冲分为间隔为a的N等份，总计发送N+1个波形相同的脉冲；定义第1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为0、a、2a、…、Na，第2个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为(N+1)a、(N+2)a、(N+3)a、…、(2N+1)a，…，第N+1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为N(N+1)a、N(N+2)a、N(N+3)a、…、 (N+1)(N+1)a；定义发送脉冲的N+1个时刻对应的信号值分别为S0、S1、S2、…、SN；
2)测试系统对脉冲信号进行采集；
3)对采集到的脉冲信号进行重构；
4)根据重构后的脉冲信号，进行波形重构，然后根据插值算法计算阶跃响应的上升时间。
前述的间隔a根据阶跃响应上升时间测试的精度需求来确定。
前述的测试系统对脉冲信号进行采集的具体过程为：设第一个脉冲发送时测试系统采集到的采样点的信号值为Sn，令发送脉冲时长与采样间隔相同，则测试系统的采样间隔为Na，而相邻发送脉冲的时间间隔为(N+1)a，因此后续的N个发送脉冲中，测试系统采集到的采样点的信号值依次为Sn-1、Sn-2、… S0、SN、…、Sn+1，加上第一个采样点，测试系统采集到的N+1个采样点依次为：Sn、Sn-1、Sn-2、… S0、SN、…、Sn+1。
前述的对采集到的脉冲信号进行重构，具体过程为：以第一个采样点为基准，从第k个采样点开始，由于发送脉冲的时间间隔为(N+1)a，因此将所有采样点在其对应采样时刻左移(k-1)(N+1)a， 2≤k≤N+1且为整数；这样，后续每一个采样点相对于前一个采样点将依次左移时间间隔a，进而得到时间间隔为a的、时间顺序自右到左的信号值Sn、Sn-1、Sn-2、…S0、SN、…Sn+1；然后重新定义第一个采样点信号值Sn对应的时间轴为Na，则信号值Sn+1对应的时间轴为0。
前述的进行波形重构的具体过程为：根据重构后的脉冲信号，找到阶跃信号的起始位置，将起始位置以后的数据全部平移到第一个采样点之前，并重新令起始位置对应的时间轴为0，依次类推，由此得到阶跃脉冲的完整波形。
前述的阶跃信号的起始位置是指采样信号幅值最低值。
本发明所达到的有益效果：
本发明方法通过发送多脉冲序列进行多次采样，使采集系统能够采集到不同的采样值，弥补了低采样率与短暂态过程之间的矛盾，通过波形重构获得完整的发送信号，解决了采样率不足的情况下采集数据信息量低、阶跃响应上升时间计算不准确的问题，有效地提高了阶跃响应上升时间的计算精度。
附图说明
图1为脉冲序列生成与信号采集示意图；
图2为数据重构示意图；
图3为波形重构示意图；
图4为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明通过发送多个等间隔阶跃脉冲序列，并将脉冲阶跃序列的发送间隔与采样率错开若干时间，使得每次采集器均能采集到不同的阶跃上升时刻，最后将采集信号进行波形重构，从而获取完整的阶跃信号暂态过程，得到阶跃响应的上升时间。
如图4所示，本发明的基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，包括以下步骤：
1)发送脉冲的划分和生成。
首先令直流电子式互感器的发送脉冲的时长与采样间隔相同。由于阶跃暂态过程只有几十微秒，而保护、测控装置的采样间隔为100微秒，阶跃暂态过程小于采样间隔，因此发送的脉冲中包含部分阶跃值的平稳过程。在确定发送脉冲的长度后，将发送脉冲分为间隔为a的N等份，时间间隔a根据阶跃响应上升时间测试的精度需要来确定，在确定完单个发送脉冲后，还需要确定阶跃脉冲序列。前一个脉冲的最后一点与下一脉冲的第一点间隔时间为a，即每个发送脉冲的时间间隔(相邻脉冲的第一个点的时间差)为 (N+1)a，总计发送N+1个波形相同的脉冲，如图1所示。定义第1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为0、a、2a、…、Na，第2个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为(N+1)a、(N+2)a、 (N+3)a、…、(2N+1)a，…，第N+1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为N(N+1)a、 N(N+2)a、N(N+3)a、…、(N+1)(N+1)a。发送脉冲各时刻对应的信号值分别为S0、S1、S2、…、 SN，因为发送的是相同的脉冲，故每个发送脉冲对应的信号值是一样的。
2)脉冲信号的采集。
设第一个脉冲发送时测试系统采集到的采样点的信号值为Sn，令发送脉冲时长与采样间隔相同，则系统的采样间隔为Na，而相邻发送脉冲的时间间隔为(N+1)a，因此后续的N个发送脉冲中，每个采样脉冲所采集到的采样点依次前移时间a，测试系统采集到的采样点的信号值将依次为Sn-1、Sn-2、…S0、 SN、…、Sn+1，加上第一个采样点，测试系统采集到的N+1个采样点依次为：Sn、Sn-1、Sn-2、…S0、 SN、…、Sn+1，且各采样点的时间间隔为Na，如图1所示。
3)进行采样数据重构。
采集到信号后，需要将采样点进行数据重构以获得阶跃信号的信息。根据实际采集到的采样点信号值，以第一个采样点为基准，从第k个采样点开始(2≤k≤N+1，且为整数)，由于发送脉冲的时间间隔为 (N+1)a，因此将所有采样点在其对应采样时刻左移(k-1)(N+1)a，即后续每一个采样点相对于前一个采样点将依次左移时间间隔a，进而得到时间间隔为a的、时间顺序自右到左的信号值Sn、Sn-1、 Sn-2、…S0、SN、…Sn+1。
重新定义第一点Sn时间轴为Na，则Sn+1的对应时间为0，如图2所示。
4)进行波形重构及上升时间计算
数据重构结束后，最后将波形平移重构以恢复阶跃信号的最终波形，并计算阶跃信号的上升时间，具体为：根据图2获得的数据重构信息，找到阶跃信号的起始位置，即采样信号幅值最低值(图中对应的S0点)，由于阶跃信号均是从0点起始到阶跃幅度值，因此将幅度的起始位置以后的数据全部平移到图2的第一个采样点之前，并重新令S0对应时间轴为0，S1对应时间轴为a，…，SN对应时间轴为Na，由此得到阶跃脉冲的完整波形，如图3。最终根据插值算法计算出阶跃低值VL和阶跃高值VH的对应时刻，得到阶跃响应的上升时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)确定直流电子式互感器发送脉冲的长度，并进行划分，将发送脉冲分为间隔为a的N等份，总计发送N+1个波形相同的脉冲；定义第1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为0、a、2a、…、Na，第2个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为(N+1)a、(N+2)a、(N+3)a、…、(2N+1)a，…，第N+1个发送脉冲对应的N+1个时刻分别为N(N+1)a、N(N+2)a、N(N+3)a、…、(N+1)(N+1)a；定义发送脉冲的N+1个时刻对应的信号值分别为S0、S1、S2、…、SN；
2)测试系统对脉冲信号进行采集；
3)对采集到的脉冲信号进行重构，具体过程为：以第一个采样点为基准，从第k个采样点开始，由于发送脉冲的时间间隔为(N+1)a，因此将所有采样点在其对应采样时刻左移(k-1)(N+1)a，2≤k≤N+1且为整数；这样，后续每一个采样点相对于前一个采样点将依次左移时间间隔a，进而得到时间间隔为a的、时间顺序自右到左的信号值Sn、Sn-1、Sn-2、…S0、SN、…Sn+1；然后重新定义第一个采样点信号值Sn对应的时间轴为Na，则信号值Sn+1对应的时间轴为0；
4)根据重构后的脉冲信号，进行波形重构，然后根据插值算法计算阶跃响应的上升时间，进行波形重构的具体过程为：根据重构后的脉冲信号，找到阶跃信号的起始位置，将起始位置以后的数据全部平移到第一个采样点之前，并重新令起始位置对应的时间轴为0，依次类推，由此得到阶跃脉冲的完整波形。
2.根据权利要求1所述的基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，其特征在于，所述间隔a根据阶跃响应上升时间测试的精度需求来确定。
3.根据权利要求1所述的基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，其特征在于，所述测试系统对脉冲信号进行采集的具体过程为：设第一个脉冲发送时测试系统采集到的采样点的信号值为Sn，令发送脉冲时长与采样间隔相同，则测试系统的采样间隔为Na，而相邻发送脉冲的时间间隔为(N+1)a，因此后续的N个发送脉冲中，测试系统采集到的采样点的信号值依次为Sn-1、Sn-2、…S0、SN、…、Sn+1，加上第一个采样点，测试系统采集到的N+1个采样点依次为：Sn、Sn-1、Sn-2、…S0、SN、…、Sn+1。
4.根据权利要求1所述的基于脉冲序列和波形重构的阶跃响应上升时间测试方法，其特征在于，所述阶跃信号的起始位置是指采样信号幅值最低值。
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