CN108535678A - 基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法 - Google Patents

基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，包括将三个故障指示器挂载在故障指示器试验平台的同一相上，在一次侧通入不同的电流波形；调取三个故障指示器的一个周波的采样数据的时域波形，然后对三个故障指示器的采样数据波形进行离散时间傅里叶变换，得到采样数据的频域波形，根据离散时间傅里叶变换结果得到相频特性和幅频特性，最后计算三个故障指示器的延时和同步误差。本发明在采用传统试验台的常规采样率的情形下，满足了同步误差精度的检测要求。

Description

基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法
技术领域
本发明涉及一种基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，属于配网设备检测技术领域。
背景技术
故障指示器是配网故障定位的重要设备，在工作时分别挂载在三相线路上，检测三相电流和电压，其三相同步性能影响了电压电流波形记录的准确性，零序电流计算的正确性，进而关系到故障时能否触发录波和跳闸，以及对故障进行精确定位。
故障指示器记录电压波形和电流波形后，将波形通过无线方式传输到汇集单元。由于三相故障指示器无线信道条件不完全相同，时标对时有误差，因此三相的波形存在同步误差。为保证故障指示器能正确指示故障发生和进行故障定位，要求任意两相的同步误差在100us以内。
因此需要通过故障指示器试验平台，对故障指示器的同步精度进行试验。当前的故障指示器试验平台，通过向各相10kV电压线叠加电流源，注入大电流波形，在不提升功率的情况下，模拟了向故障指示器一次侧同时施加大电压、大电流。需要解决的技术难点在于，故障指示器试验平台的采样率一般为 4000Hz到5000Hz，采样间隔约为250us或200us，大于同步误差时间。
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，提供一种基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，在采用传统试验台的常规采样率的情形下，满足了同步误差精度的检测要求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，包括以下步骤：
1)将三个故障指示器挂载在故障指示器试验平台的同一相上，在一次侧通入不同的电流波形；
2)调取三个故障指示器的录波；
3)对于采样频率为fs的故障指示器试验平台，对汇集单元召得的时域波形选取一个周波的数据窗；
4)分别得到故障指示器1的一个周波的采样数据的时域波形{x1[n]}，故障指示器2的一个周波的采样数据的时域波形{x2[n]}，故障指示器3的一个周波的采样数据的时域波形{x3[n]}，其中， n＝1,2,…,N，N表示一个周波的数据点数；
5)对三个故障指示器的采样数据波形进行离散时间傅里叶变换，得到采样数据的频域波形；
6)根据离散时间傅里叶变换结果计算幅频特性；
7)根据离散时间傅里叶变换结果计算相频特性；
8)计算三个故障指示器的延时；
9)计算同步误差。
前述的步骤3)中，选取采样频率fs＝4000Hz的故障指示器试验平台，周期取T＝20ms，则数据窗宽度为80个点。
前述的步骤5)中，三个故障指示器的采样数据的频域波形为：
其中，k＝0,1,2,…,N-1。
前述的步骤6)中，幅频特性为：
A1[k]＝abs{X1[k]}
A2[k]＝abs{X2[k]}
A3[k]＝abs{X3[k]}
其中，A1[k]、A2[k]、A3[k]分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的幅值。
前述的步骤7)中，相频特性为：
其中，分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的相角。
前述的步骤8)中，故障指示器的延时为各次谐波所测时间对幅值的加权平均数：
其中，t1，t2，t3分别表示故障指示器1，故障指示器2和故障指示器3所计算的延时，A1[k]、 A2[k]、A3[k]分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的幅值。
前述的步骤9)中，同步误差为：
max{|t1-t2|，|t2-t3|，|t3-t1|}。
本发明的有益效果：
本发明在采用传统试验台的常规采样率的情形下，满足了同步误差精度的检测要求。
附图说明
图1为故障指示器挂载安装示意图；
图2为试验台发出波形和故障指示器三相录波示意图；
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。
为了实现本发明，采用的技术手段为：将三相故障指示器挂载在故障指示器试验平台的同一相，在一次侧通入不同的电流波形，比较波形之间的时延，来计算故障指示器的三相同步精度。
如图1所示，三个故障指示器安装于试验台的同一相上。不考虑噪声，若无同步误差，三个故障指示器读取的波形应该是无差别。图1中，i(t)为一次侧通入的电流。
测试方法具体如下：
调取三个故障指示器的录波，如图2所示。
对于采样频率fs＝4000Hz的故障指示器试验平台，对汇集单元召得的时域波形选取一个周波(周期T＝20ms)，数据窗宽度为80个点，其中，
分别得到故障指示器1的采样数据的时域波形{x1[n]}，故障指示器2的采样数据的时域波形 {x2[n]}，故障指示器3的采样数据的时域波形{x3[n]}，其中，n＝1,2,…,80。
计算相关系数时延。第一步，对三个故障指示器的采样数据波形进行离散时间傅里叶变换，得到采样数据的频域波形{X1[k]}、{X2[k]}、{X3[k]}：
其中，N＝80，k＝0,1,2,…,N-1。
在信号处理中，信号包括时域信号和频域，采样后得到的波形用一个数列{·}表示。为加以区别，一般用n表示时域，k表示频域。因为有直流分量，所以k从0开始。
第二步，幅频特性和相频特性计算，
根据{X1[k]}、{X2[k]}、{X3[k]}，可以得到幅频特性：
A1[k]＝abs{X1[k]}
A2[k]＝abs{X2[k]}
A3[k]＝abs{X3[k]}
其中，A1[k]、A2[k]、A3[k]分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的幅值。
相频特性：
其中，分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的相角。
各次谐波的相角乘以该次谐波的角频率对应了利用该次谐波所测量的时间，同时使用加权平均的方法，最终所测的延时则是各次谐波所测时间对幅值的加权平均数，
其中，t1，t2，t3表示三个故障指示器所计算的延时，fs为故障指示器采样频率。
计算同步误差为：
max{|t1-t2|，|t2-t3|，|t3-t1|}
则根据误差要求，所计算出的t1，t2，t3应该满足：
max{|t1-t2|，|t2-t3|，|t3-t1|}≤100μs
采样间隔ΔT＝250μs时，每个间隔同步误差测量精度不大于25μs。
对于工频50Hz的每个周波20ms，采用典型设备，设采样间隔ΔT＝250μs，幅值的相对误差不超过10％。
在极值点，因为幅值误差导致的相位误差最大，相位误差小于arccos(1-10％)＝25.84°。在工频时对应最大时间误差为1.436ms，每个周波采样点个数为80个点，采用DFT作变换后，能得到40次谐波，相当于40次测量取平均值，时间误差1.436ms/40＝0.03589ms＝35.89μs，小于100μs。
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 (7)

1.基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将三个故障指示器挂载在故障指示器试验平台的同一相上，在一次侧通入不同的电流波形；
2)调取三个故障指示器的录波；
3)对于采样频率为fs的故障指示器试验平台，对汇集单元召得的时域波形选取一个周波的数据窗；
4)分别得到故障指示器1的一个周波的采样数据的时域波形{x1[n]}，故障指示器2的一个周波的采样数据的时域波形{x2[n]}，故障指示器3的一个周波的采样数据的时域波形{x3[n]}，其中，n＝1,2,…,N，N表示一个周波的数据点数；
5)对三个故障指示器的采样数据波形进行离散时间傅里叶变换，得到采样数据的频域波形；
6)根据离散时间傅里叶变换结果计算幅频特性；
7)根据离散时间傅里叶变换结果计算相频特性；
8)计算三个故障指示器的延时；
9)计算同步误差。
2.根据权利要求1所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤3)中，选取采样频率fs＝4000Hz的故障指示器试验平台，周期取T＝20ms，则数据窗宽度为80个点。
3.根据权利要求1所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤5)中，三个故障指示器的采样数据的频域波形为：
其中，k＝0,1,2,…,N-1。
4.根据权利要求3所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤6)中，幅频特性为：
A1[k]＝abs{X1[k]}
A2[k]＝abs{X2[k]}
A3[k]＝abs{X3[k]}
其中，A1[k]、A2[k]、A3[k]分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的幅值。
5.根据权利要求3所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤7)中，相频特性为：
其中，分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的相角。
6.根据权利要求5所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤8)中，故障指示器的延时为各次谐波所测时间对幅值的加权平均数：
其中，t1，t2，t3分别表示故障指示器1，故障指示器2和故障指示器3所计算的延时，A1[k]、A2[k]、A3[k]分别为X1[k]、X2[k]、X3[k]的幅值。
7.根据权利要求6所述的基于相频特性的故障指示器同步精度测试方法，其特征在于，所述步骤9)中，同步误差为：
max{|t1-t2|，|t2-t3|，|t3-t1|}。
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