CN108647469A - 一种tev海量数据的数学表达式拟合方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力技术，具体涉及一种TEV海量数据的数学表达式拟合方法，在精确计算TEV暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian高斯函数的傅里叶表达式，选取具有典型暂态特性的TEV波形进行数据拟合，进而得到TEV精确数学表达式，包括以下步骤：步骤1、选取TEV单次脉冲初始时刻的放大波形作为等效波形；步骤2、根据TEV单次脉冲波形的共同点，将TEV波形等效为衰减振荡波；步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述等效衰减振荡波进行拟合，得出TEV的数学表达式。TEV波形数学表达式是研究TEV暂态特性、求解壳体暂态环流大小，进而建立壳体暂态环流辐射模型的基础。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种TEV海量数据的数学表达式拟合方法。
背景技术
在GIS智能化的推进过程中，越来越多具有控制、通信、保护功能的二次智能设备下放到开关场中，安装在一次设备旁。智能组件越来越微型化、数字化和智能化的特点导致了其对瞬态干扰的敏感性和脆弱性。一旦遭受电磁干扰，瞬态电磁干扰轻则影响智能组件的正常工作，重则威胁变电站的安全可靠运行。研究表明：电磁干扰导致的电子设备故障已成为智能变电站可靠性运行的瓶颈。
开关操作是变电站中的常规操作，但会引起严重的电磁干扰源，开关操作产生的电磁干扰严重威胁着电力系统的安全稳定运行。
当GIS中隔离开关操作时，由于SF6的快速击穿，触头两端电压瞬间跌落(该跌落在ns级范围内完成)，进而形成阶跃电压行波，并沿着隔离开关向两侧传播，并伴随着折反射现象的发生。由于GIS隔离开关动作速度较低，故而在隔离开关操作过程中SF6气体会发生数十次的触头间隙重复击穿。这些因SF6多次击穿而产生的电压波在GIS内经反复折、反射和多次叠加后最终形成特快速暂态过电压(VFTO，Very fast transient overvoltage)现象。当VFTO沿着母线传播到GIS与高压套管连接处时，会有一部分电压波耦合到壳体与地之间，造成暂态地电位升高TGPR(Transient Ground Potential Rise)，也称壳体暂态电位TEV。
已有研究表明，1100kV GIS变电站因隔离开关操作产生的TEV可达上千伏，如此高幅值的TEV一方面会对安装在GIS外壳上各种传感器造成绝缘破坏，另一方面由于GIS外壳在电气上是连通的，因此它还会产生幅值高、上升速率快、频带宽的壳体暂态环流现象。干扰下放至变电站开关场内威胁变电站的安全运行。二次继保设备，造成继电保护误动作，进而威胁变电站的安全运行。
获取TEV波形数学表达式是研究TEV暂态特性、求解壳体暂态环流大小，进而建立壳体暂态环流辐射模型的基础。到目前为主，国内在TEV波形数据的提取和数学表达式方面的研究尚属空白。
发明内容
本发明的目的是提供一种GIS变电站开关操作引起壳体电位升高TEV的数学表达式拟合新方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种TEV海量数据的数学表达式拟合方法，在精确计算TEV暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian高斯函数的傅里叶表达式，选取具有典型暂态特性的TEV波形进行数据拟合，进而得到TEV精确数学表达式，包括以下步骤：
步骤1、选取TEV单次脉冲初始时刻的放大波形作为等效波形；
步骤2、根据TEV单次脉冲波形的共同点，将TEV波形等效为衰减振荡波；
步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述等效衰减振荡波进行拟合，得出TEV的数学表达式。
在上述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法中，步骤1所述TEV单次脉冲初始时刻的放大波形选取0-1时段单次脉冲。
在上述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法中，步骤2所述衰减振荡波为工频电压分量上叠加高频衰减性波，TEV波形拟合段的波形衰减时间为28ns左右。
在上述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法中，步骤3所述采用Gaussian函数对步骤2所述等效衰减振荡波进行拟合的步骤包括：
1)首先用局部Gaussian函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合；
2)再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式与拟合曲线吻合。
本发明的有益效果是：通过所获取的TEV波形数学表达式，能够研究TEV暂态特性、求解壳体暂态环流大小，进而建立壳体暂态环流辐射模型。
附图说明
图1为本发明一个实施例TEV海量数据处理与波形拟合示意图；
图2为本发明一个实施例GIS与出线套管处TEV暂态全波示意图；
图3为本发明一个实施例典型的操作过电压波示意图；
图4(a)为本发明一个实施例选取TEV全波中不同单次脉冲波段处局部放大暂态波形；图4(b)为本发明一个实施例0-1时段的TEV单次脉冲波形局部放大波形示意图，图4(c)为本发明一个实施例1-2时段的TEV单次脉冲波形局部放大波形示意图，图4(d)为本发明一个实施例2-3时段的TEV单次脉冲波形局部放大波形示意图；
图5为本发明一个实施例TEV拟合波形选取示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。
本实施例采用以下技术方案来实现的，一种TEV海量数据的数学表达式拟合方法，在精确计算TEV暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian高斯函数的傅里叶表达式，选取具有典型暂态特性的TEV波形进行数据拟合，进而得到TEV精确数学表达式的新方法，如图1所示，主要包括如下步骤：
1、TEV暂态波形特性分析
TEV全波是由一簇簇单次脉冲波形叠加而成，通过对大量TEV单次脉冲波形对比分析发现，TEV初始时刻的暂态波形变化具有一定周期性。由于GIS的尺寸结构复杂，产生的VFTO波是经过复杂的折反射引起外壳TEV的产生，导致GIS上不同处的TEV暂态特性不一。因此，选取具有代表性的TEV波段进行数据拟合，故本实施例主要针对这一阶段的波形进行拟合。
2、TEV等效波形拟合步骤
如图2所示，为本实施例GIS与出线套管处TEV暂态全波，由图2可看出TEV全波是由一簇簇单次脉冲波形叠加而成，且TEV波形数量极大(海量数据)，很难找到有效的方法对如此大的海量数据进行有效的拟合。
图3所示为典型的操作过电压波，考虑到TEV波形呈现逐渐衰减的趋势，根据现有对操作过电压波形的分解和筛选，将TEV波形等效成衰减性振荡波。
鉴于所选TEV波形段所含数据量大，无法进行有效的拟合，为此，本实施例选取如图4(a)所示的波形进行数据拟合，即选取具有周期性的“0-1”波段进行数据拟合。根据初始时刻的TEV波形的周期性特征和相应的波形变化特征进行波形的等效分析，采用分段拟合的方法进行数据拟合。通过图4(a)所示波形的分析结果表明，TEV波形具有如下特征：
1)根据TEV波形的变化规律特征，可将其划分为三个阶段，每一阶段的TEV波形变化均有其周期性；
2)在“0-1”段处的TEV波形呈逐渐衰减趋势，波形拟合段的衰减时间在28ns左右。
3、TEV拟合函数的选取
通过以上对TEV波形的具体分析得出结论，虽然TEV波形变化规律并不十分明显，但变化趋势较接近经典衰减性振荡波，故在此选择衰减波的特性对TEV进行波形拟合。
由于选取的拟合片段呈现不规则的来回往复波动，且对波形数据的提取，一般采用提取曲线离散数据，而Gaussian函数是傅里叶变化特性函数，其中傅里叶函数的特点是优于对离散数据的分析，并且积分十分方便。因此，选用Gaussian函数对TEV波形进行数学表达式拟合。
在Gaussian函型函数拟合模型过程中，首先用局部高斯函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合，再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式能更好的与拟合曲线吻合。
具体实施时，本实施例的TEV数学表达式拟合方法包括如下步骤：
(1)TEV拟合曲线的选取
由于TEV的产生是VFTO波在GIS内部经过复杂的折反射而造成的一种壳体电位升高现象，因此，不同位置的TEV暂态特性并不相同，因此应当选择具有代表性的波段进行分析。
如图4(a)所示，通过对TEV单次脉冲波形的放大分析，将四个不同时刻的TEV单次脉冲波形的局部放大波形进行再次放大，进行了不同波形的暂态特性分析，如图4(b)所示的“0-1”时段、图4(c)所示的“1-2”时段、图4(d)所示的“2-3”时段。发现初始时刻的TEV波形变化较峰值时刻更具有规律性，且TEV初始时刻波形陡度大，对GIS变电站中的敏感设备及绝缘部分的冲击性强，更值得研究。因此选取TEV单次脉冲初始时刻的放大波形作为等效波形。
本实施例主要依靠单次TEV波形的共同点，对TEV波形进行等效。在初始时刻，TEV波形基本由相同周期的波形组成，根据变化趋势，可将其分为三段，其中每一段都具有一定的周期。但考虑到TEV波形成衰减趋势且波形变化规律并不明显，根据现有对操作过电压波形的分解筛选，可将波形等效为衰减振荡波，即工频电压分量上叠加高频衰减性波，如图3所示。TEV波形拟合段的波形衰减时间为28ns左右。
(2)TEV等效波形拟合过程
本次TEV数学表达式拟合过程中选用Gaussian函数，基于以下原因：
第一，选取的TEV拟合片段，呈现出不规则的波动，其变化趋势规律并不十分明显，且对波形数据的提取，一般采用提取曲线离散数据。
第二，Gaussian函数是傅里叶变化特性函数，其中傅里叶函数的特点是优于对离散数据的分析，且积分十分方便。
第三，在Gaussian函型函数拟合模型中，采用的是首先用局部高斯函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合，再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式能更好的与拟合曲线吻合，进而加强拟合的准确性。
图5所示为通过分析TEV暂态波形的共有变化规律，选取TEV海量数据中的共有规律部分，进行TEV数学表达式的拟合，所得到的拟合结果。
(3)TEV等效波形曲线拟合结果
进线套管处TEV拟合曲线
f(x)＝a1*exp(-((x-b1)/c1)^2)+a2*exp(-((x-b2)/c2)^2)+
a3*exp(-((x-b3)/c3)^2)+a4*exp(-((x-b4)/c4)^2)+
a5*exp(-((x-b5)/c5)^2)
式中参数如下所示：
式中f(x)表示TEV的电压幅值，x表示TEV波形的时间，单位为ns。
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
Claims (4)
1.一种TEV海量数据的数学表达式拟合方法，其特征是，在精确计算TEV暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian高斯函数的傅里叶表达式，选取具有典型暂态特性的TEV波形进行数据拟合，进而得到TEV精确数学表达式，包括以下步骤：
步骤1、选取TEV单次脉冲初始时刻的放大波形作为等效波形；
步骤2、根据TEV单次脉冲波形的共同点，将TEV波形等效为衰减振荡波；
步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述等效衰减振荡波进行拟合，得出TEV的数学表达式。
2.如权利要求1所述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法，其特征是，步骤1所述TEV单次脉冲初始时刻的放大波形选取0-1时段单次脉冲。
3.如权利要求1所述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法，其特征是，步骤2所述衰减振荡波为工频电压分量上叠加高频衰减性波，TEV波形拟合段的波形衰减时间为28ns左右。
4.如权利要求1所述的TEV海量数据的数学表达式拟合方法，其特征是，步骤3所述采用Gaussian函数对步骤2所述等效衰减振荡波进行拟合的步骤包括：
1)首先用局部Gaussian函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合；
2)再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式与拟合曲线吻合。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112730951A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种在气体绝缘变电站中测量tev和tgpr的方法 |
| CN117033950A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 华中科技大学 | 一种gis隔离开关机械故障在线诊断方法及装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105445624A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-30 | 重庆大学 | 结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法 |
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105445624A (zh) * | 2015-11-26 | 2016-03-30 | 重庆大学 | 结合小波变换及曲线拟合的电缆故障定位方法 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| G.YU等: ""Research on the TEV transient characteristics based on the novel SF6 regniting model"", 《ADVANCED TECHNOLOGY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND ENERGY》 * |
| M. SZEWCZYK: ""Multi-spark modeling of very fast transient overvoltages for the purposes of developing HV and UHV gas-insulated switchgear and of conducting insulation co-ordination studies"", 《BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCES》 * |
| 司秉娥: ""电器设备的静态与瞬态电场数值分析"", 《豆丁网》 * |
| 张博 等: ""测量快速暂态过电压的宽带预埋环传感器的研制"", 《高电压技术》 * |
| 杨东方 等: "《数学模型在生态学的应用及研究12》", 31 January 2011 * |
| 胡榕 等: ""特高压气体绝缘开关设备瞬态外壳电压特性的试验研究"", 《中国电机工程学报》 * |
| 葛振东: ""高压XLPE电缆中间接头局部放电传感器的研究"", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112730951A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-30 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种在气体绝缘变电站中测量tev和tgpr的方法 |
| CN112730951B (zh) * | 2020-12-29 | 2023-06-27 | 国网陕西省电力公司电力科学研究院 | 一种在气体绝缘变电站中测量tev和tgpr的方法 |
| CN117033950A (zh) * | 2023-10-08 | 2023-11-10 | 华中科技大学 | 一种gis隔离开关机械故障在线诊断方法及装置 |
| CN117033950B (zh) * | 2023-10-08 | 2023-12-26 | 华中科技大学 | 一种gis隔离开关机械故障在线诊断方法及装置 |
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