CN111025026B - 一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统 - Google Patents

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CN111025026B CN201911174487.4A CN201911174487A CN111025026B CN 111025026 B CN111025026 B CN 111025026B CN 201911174487 A CN201911174487 A CN 201911174487A CN 111025026 B CN111025026 B CN 111025026B
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Abstract

本发明公开了一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统，包括：获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理；对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理；基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数。本发明能够应用于并联阀片、也可应用于串联阀片之间的动态特征曲线比较分析，同时适用于均压及均流性分析，适用性较为广泛；基于阀片单次动作的电压、电流信号实现，无需多次冲击构造拟合曲线，简化了测试难度。

Description

一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统
技术领域
本发明涉及高电压金属氧化物限压器领域，并且更具体地，涉及一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统。
背景技术
自上世纪80年代起，金属氧化物(MOV)在电力系统过电压防护领域得到了快速发展。常见的MOV是一种以氧化锌为主要原料的烧结型圆柱阀片，其能够在过电压情况下快速动作导通，并在能量被完全释放之后，快速恢复高阻状态。根据应用目的的不同，各类商用MOV可以分为低压应用型、高压应用型以及能量耐受型等。近年来，随着超特高压串补装置、高压直流断路器等工程的快速开展，以能量耗散为主要用途的能量耐受型MOV产品研究得到了工程人员的广泛关注。研究表明，阀片的耐压能力与其厚度相关，通流能力与其轴向截面积相关，而能量耐受能力与阀片的体积相关。考虑到MOV阀片的制造工艺约束，能量耐受型MOV产品通常将标准尺寸的阀片进行串、并联连接，构造多阀片串联成柱、多柱并联成组的金属氧化物阀片网络，以此满足上述高能量耐受工况的需求。
尽管能量耐受型MOV产品在出厂过程中均经过严谨的阀片筛选及配合过程，但考虑到具体工况下时常有潮湿、污秽等外部干扰因素，同时大批量试品中可能存在一定比例的瑕疵产品，因此网络内阀片的多柱均流、柱内均压情况均有可能发生改变。此时，可能存在整体网络内一部分阀片上电压或电流较高。保持此种状态一段时间后，老化加剧，极有可能引发整个MOV网络失去过电压抵抗能力，严重甚至发生炸裂事故。为此，开展一种MOV网络的阀片工作特性分析，实现串、并联连接的阀片特性研究，具有重要的实际工程意义。
发明内容
本发明提出一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统，以解决如何确定金属氧化物限压器网络的阀片动态伏安特性的分析系数的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法，所述方法包括：
获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和/并联；
对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据；
根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据；
基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数。
优选地，其中所述获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
优选地，其中所述对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流i′seri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的串联电流xi_seri的索引ni_seri_max。
优选地，其中所述基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000031
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure BDA0002289610510000032
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure BDA0002289610510000033
数据与
Figure BDA0002289610510000034
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure BDA0002289610510000035
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure BDA0002289610510000036
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二分析阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure BDA0002289610510000037
其中，np为数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000041
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure BDA0002289610510000042
其中，Ns为
Figure BDA0002289610510000043
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择np个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure BDA0002289610510000044
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure BDA0002289610510000045
其中，ns为数据分析阶数。
根据本发明的另一个方面，提供了一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统，所述系统包括：
动作电压和电流数据获取单元，用于获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和/并联；
去噪处理单元，用于对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据；
降采样和滤波处理单元，用于根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据；
分析系数确定单元，用于基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数。
优选地，其中所述动作电压和电流数据获取单元，获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
优选地，其中所述去噪处理单元，对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流i′seri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
优选地，其中所述降采样和滤波处理单元，还包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的串联电流xi_seri的索引ni_seri_max。
优选地，其中所述分析系数确定单元，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000061
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure BDA0002289610510000062
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure BDA0002289610510000063
数据与
Figure BDA0002289610510000064
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure BDA0002289610510000065
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure BDA0002289610510000066
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二分析阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure BDA0002289610510000067
其中，np为数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000068
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure BDA0002289610510000069
其中，Ns为
Figure BDA00022896105100000610
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择np个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure BDA0002289610510000071
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure BDA0002289610510000072
其中，ns为数据分析阶数。
本发明提供了一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法及系统，能够应用于并联阀片、也可应用于串联阀片之间的动态特征曲线比较分析，同时适用于均压及均流性分析，适用性较为广泛；方案基于阀片单次动作的电压、电流信号实现，无需多次冲击构造拟合曲线，简化了测试难度；方案充分利用了回环形式的动态特征曲线，避免了传统基于静态特征曲线方法中可能存在的特征信息损失。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的并联结构下的阀片关系与串联结构下的阀片关系的示意图；
图3为根据本发明实施方式的串联结构及其等效电路的示意图；
图4为根据本发明实施方式的串联情况下阀片A数据
Figure BDA0002289610510000081
与阀片B数据
Figure BDA0002289610510000082
的示意图；
图5为根据本发明实施方式的串联情况下阀片A系数及阀片B系数谱比较的示意图；以及
图6为根据本发明实施方式的限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统600的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法，能够应用于并联阀片、也可应用于串联阀片之间的动态特征曲线比较分析，同时适用于均压及均流性分析，适用性较为广泛；方案基于阀片单次动作的电压、电流信号实现，无需多次冲击构造拟合曲线，简化了测试难度；方案充分利用了回环形式的动态特征曲线，避免了传统基于静态特征曲线方法中可能存在的特征信息损失。本发明实施方式提供的限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法100从步骤101处开始，在步骤101获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和/并联。
优选地，其中所述获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
图2为根据本发明实施方式的并联结构下的阀片关系与串联结构下的阀片关系的示意图。如图2所示，在本发明的实施方式中，分别以串联、并联最小单元为分析对象，测量冲击电流下阀片A、阀片B的动作电流、电压数据。如图2所示的阀片连接方式，具体测量操作包括：在A、B阀片并联情况下，测量并联电压upara以及A、B阀片电流iA、iB；在A、B阀片串联情况下，测量串联电流iseri以及A、B阀片电压uA、uB。
在步骤102，对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据。
优选地，其中所述对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流i′seri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
在本发明的实施方式中，为防止冲击波头前部、波尾后部曲线中可能存在的测量噪声干扰，因此，对量测数据进行去噪处理，以去除测量数据中相对应的部分。具体操作如下：
在A、B阀片并联情况下，获得单次动作电流iA最大值的10％所对应的时间，令其分别为tp1与tp2，且tp1＜tp2，去除电压upara以及电流iA、iB数据中小于tp1、大于tp2的数据，分别得到电压u′para以及电流i′A、i′B；
在A、B阀片串联情况下，获得单次动作电流iseri最大值的10％所对应的时间，令其分别为ts1与ts2，且ts1＜ts2，去除电流iseri以及电压uA、uB数据中小于ts1、大于ts2的数据，分别得到电流i′seri以及电压u′A、u′B。
在步骤103，根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据。
优选地，其中所述方法还包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的串联电流xi_seri的索引ni_seri_max。
在本发明的实施方式中，对电压、电流数据进行降采样及滑动平均滤波，降采样率为kdown_sample，滑动平均窗宽度wfilter。特别的，对于串联分析情况，还需根据电流数据构建拟合多项式，进而获得多项式曲线的顶点位置。具体操作如下：
在A、B阀片并联情况下，经过降采样及滤波的并联电压、A阀片电流以及B阀片电流分别表述为电压数据xu_para、电流数据yi_A以及电流数据yi_B；
在A、B阀片串联情况下，经过降采样及滤波的串联电流、A阀片电压以及B阀片电压分别表述为电流数据xi_seri、电压数据yu_A以及电压数据yu_B；
特别地，对于阀片串联的情况，需要根据电流数据xi_seri进行3阶多项式拟合L，并计算获得L最大值对应的xi_seri索引ni_seri_max。
在步骤104，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数。
优选地，其中所述基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000111
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure BDA0002289610510000112
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure BDA0002289610510000113
数据与
Figure BDA0002289610510000114
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure BDA0002289610510000115
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure BDA0002289610510000116
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二分析阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure BDA0002289610510000117
其中，np为数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000118
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure BDA0002289610510000119
其中，Ns为
Figure BDA0002289610510000121
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择np个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure BDA0002289610510000122
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(ξi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure BDA0002289610510000123
其中，ns为数据分析阶数。
在本发明的实施方式中，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，分别针对串联和并联方式确定不同的分析系数。
在A、B阀片并联情况下，具体操作如下：
首先，将电压数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000124
取分析阶数为np，在[-1,+1]区间内选择形如式(1)的np个自变量数据点ξu_para，
Figure BDA0002289610510000125
其次，以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure BDA0002289610510000126
数据与
Figure BDA0002289610510000127
数据，使用线性插值，可以分别得到最终的阀片A计算数据(ξu_para,ηi_A)以及阀片B计算数据(ξu_para,ηi_B)。其中，ηi_A为
Figure BDA0002289610510000131
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure BDA0002289610510000132
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据。
最后，根据式(2)计算阀片A分析系数Apk与阀片B分析系数Bpk：
Figure BDA0002289610510000133
其中，np为数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式。
在A、B阀片串联情况下，具体操作如下：
首先，将电流数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000134
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如式(3)所示，
Figure BDA0002289610510000135
其中，Ns为
Figure BDA0002289610510000136
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据。
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择形如式(4)的np个自变量数据点ξi_seri。
Figure BDA0002289610510000137
其次，以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，可以分别得到最终的阀片A计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及阀片B计算数据(ξi_seri,ηu_B)。其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据。
最后，根据式(5)计算阀片A分析系数(As1k,As2k)与阀片B分析系数(Bs1k,Bs2k)：
Figure BDA0002289610510000141
其中，ns为数据分析阶数。
在A、B阀片并联情况下，依据阀片A分析系数Apk与阀片B分析系数Bpk，即可实现并联阀片动作过程中各自动态伏安特征曲线的分析。在A、B阀片串联情况下，依据阀片A分析系数组(As1k,As2k)与阀片B分析系数组(Bs1k,Bs2k)，即可实现串联阀片动作过程中各自动态伏安特征曲线的分析。
以下以串联最小单元为分析对象，具体说明本发明的实施方式
在本发明的实施方式中，确定分析系数包括以下步骤：
在步骤1，测量冲击电流下阀片A、阀片B的动作电流、电压数据。在A、B阀片串联情况下，测量串联电流iseri以及A、B阀片电压uA、uB。如图3所示阀片连接方式，可以将单只阀片描述为电流源iseri(t)与阀片等效电路结构串联的形式。如图所示，L代表阀片磁场的影响，RL用于确保数值计算的稳定，C代表阀片等效电容，um为阀片等效反电压，Rm为等效电阻。其具体参数为：
Figure BDA0002289610510000142
特别地，认为阀片A与阀片B存在一定的电压不均匀，因此令：
阀片A：um＝6381V
阀片B：um＝5381V
同时，利用临界阻尼电流表达式，将10kV的雷电流冲击描述为：
iseri(t)＝kte-αt,k＝3×109 α＝1.1×105。
在步骤2，为防止冲击波头前部、波尾后部曲线中可能存在的测量噪声干扰，去除测量数据中相对应的部分。在A、B阀片串联情况下，获得单次动作电流iseri最大值的10％所对应的时间，令其分别为ts1与ts2，且ts1＜ts2，去除电流iseri以及电压uA、uB数据中小于ts1、大于ts2的数据，分别得到电流i′seri以及电压u′A、u′B。
在步骤3，对电压、电流数据进行降采样及滑动平均滤波，降采样率为kdown_sample，滑动平均窗宽度wfilter。在A、B阀片串联情况下，经过降采样及滤波的串联电流、A阀片电压以及B阀片电压分别表述为电流数据xi_seri、电压数据yu_A以及电压数据yu_B；特别地，对于阀片串联的情况，需要根据电流数据xi_seri进行3阶多项式拟合L，并计算获得L最大值对应的xi_seri索引ni_seri_max。
在步骤4，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，针对不同的连接方式而采用不同的计算公式。具体包括：在A、B阀片串联情况下，将电流数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000151
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式为：
Figure BDA0002289610510000152
其中，Ns为
Figure BDA0002289610510000153
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据。
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择形下列公式的np个自变量数据点ξi_seri，
Figure BDA0002289610510000154
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，可以分别得到最终的阀片A计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及阀片B计算数据(ξi_seri,ηu_B)，其结果如图4所示。其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据。
根据如下公式计算阀片A分析系数(As1k,As2k)与阀片B分析系数(Bs1k,Bs2k)：
Figure BDA0002289610510000161
其中，ns为数据分析阶数。
在A、B阀片串联情况下，依据阀片A分析系数组(As1k,As2k)与阀片B分析系数组(Bs1k,Bs2k)，即可实现串联阀片动作过程中各自动态伏安特征曲线的分析。其结果如图5所示，可以看到As1k系数与Bs1k系数的第一项表现出了明显的差异。
图6为根据本发明实施方式的限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统600的结构示意图。如图6所示，本发明实施方式提供的限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统600，包括：动作电压和电流数据获取单元601、去噪处理单元602、降采样和滤波处理单元603和分析系数确定单元604。
优选地，所述动作电压和电流数据获取单元601，用于获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和/并联。
优选地，其中所述动作电压和电流数据获取单元601，获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
优选地，所述去噪处理单元602，用于对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据。
优选地，其中所述去噪处理单元602，对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流i′seri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
优选地，所述降采样和滤波处理单元603，用于根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据。
优选地，其中所述降采样和滤波处理单元603，还包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的串联电流xi_seri的索引ni_seri_max。
优选地，所述分析系数确定单元604，用于基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数。
优选地，其中所述分析系数确定单元604，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000171
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure BDA0002289610510000181
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure BDA0002289610510000182
数据与
Figure BDA0002289610510000183
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure BDA0002289610510000184
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure BDA0002289610510000185
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二分析阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure BDA0002289610510000186
其中，np为数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure BDA0002289610510000187
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure BDA0002289610510000188
其中，Ns为
Figure BDA0002289610510000189
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择np个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure BDA00022896105100001810
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure BDA0002289610510000191
其中，ns为数据分析阶数。
本发明的实施例的限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统600与本发明的另一个实施例的限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法100相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和并联；
对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据；
根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据；
基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数；
其中，所述基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure QLYQS_1
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure QLYQS_2
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure QLYQS_3
数据与
Figure QLYQS_4
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure QLYQS_5
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure QLYQS_6
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；yi_A和yi_B分别为并联状态时第一阀片的电流数据和第二阀片的电流数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure QLYQS_7
Figure QLYQS_8
其中，np为并联状态的数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure QLYQS_9
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure QLYQS_10
其中，Ns为
Figure QLYQS_11
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的电流滤波数据xi_seri的索引ni_seri_max；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择ns个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure QLYQS_12
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；yu_A和yu_B分别为串联状态时第一阀片的电压数据和第二阀片的电压数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure QLYQS_13
其中，ns为串联状态的数据分析阶数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流is′eri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
4.一种限压器阀片网络的动态特征系数的确定系统，其特征在于，所述系统包括：
动作电压和电流数据获取单元，用于获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据；其中，所述连接方式包括：串联和并联；
去噪处理单元，用于对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据；
降采样和滤波处理单元，用于根据预设的降采样率和滑动平均窗宽度，对所述经过去噪处理的动作电压数据和电流数据进行降采样和滑动平均滤波处理，以获取经过滤波处理的动作电压和电流数据；
分析系数确定单元，用于基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数；
其中，所述分析系数确定单元，基于坐标变换的冲击信号周期延拓，根据所述经过滤波处理的动作电压和电流数据，确定所述第一阀片和第二阀片的分析系数，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，将经过滤波处理的电压滤波数据xu_para归一化至[-1,+1]区间数据
Figure QLYQS_14
取分析阶数为np，利用如下公式在[-1,+1]区间内选择np个自变量数据点ξu_para，包括：
Figure QLYQS_15
以ξu_para[1]、ξu_para[2]…、ξu_para[np]为自变量，并结合
Figure QLYQS_16
数据与
Figure QLYQS_17
数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξu_para,ηi_A)以及第二阀片计算数据(ξu_para,ηi_B)；其中，ηi_A为
Figure QLYQS_18
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据，ηi_B为
Figure QLYQS_19
数据曲线中与自变量数据点ξu_para对应的因变量数据；yi_A和yi_B分别为并联状态时第一阀片的电流数据和第二阀片的电流数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数Apk与第二阀片的分析系数Bpk，包括：
Figure QLYQS_20
Figure QLYQS_21
其中，np为并联状态的数据分析阶数，Tk()为第k阶切比雪夫多项式；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，将经过滤波处理的电流滤波数据xi_seri归一化至[-1,+1]区间数据
Figure QLYQS_22
并对其进行坐标变换至[-π,+π]区间，计算公式如下所示：
Figure QLYQS_23
其中，Ns为
Figure QLYQS_24
点数，θi_seri为坐标变换后的电流数据；当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据经过滤波处理的串联电流进行多项式拟合，并计算获取拟合结果的最大值对应的电流滤波数据xi_seri的索引ni_seri_max；
取分析阶数为ns，在[-π,+π]区间内选择ns个自变量数据点ξi_seri，包括：
Figure QLYQS_25
以ξi_seri[1]、ξi_seri[2]…、ξi_seri[ns]为自变量，并结合(θi_seri,yu_A)数据与(θi_seri,yu_B)数据，使用线性插值，分别得到最终的第一阀片计算数据(ξi_seri,ηu_A)以及第二阀片计算数据(ξi_seri,ηu_B)；其中，ηu_A为(θi_seri,yu_A)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据，ηu_B为(θi_seri,yu_B)数据曲线中与自变量数据点ξi_seri对应的因变量数据；yu_A和yu_B分别为串联状态时第一阀片的电压数据和第二阀片的电压数据；
利用如下公式计算第一阀片的分析系数(As1k,As2k)与第二阀片的分析系数(Bs1k,Bs2k)，包括：
Figure QLYQS_26
其中，ns为串联状态的数据分析阶数。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述动作电压和电流数据获取单元，获取测量冲击电流下处于预设的连接方式下的第一阀片和第二阀片的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，获取测量冲击电流下的并联电压upara、第一阀片的第一电流iA和第二阀片的第二电流iB；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，获取测量冲击电流下的串联电流iseri、第一阀片的第一电压uA和第二阀片的第二电压uB。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述去噪处理单元，对所述获取的动作电压和电流数据进行去噪处理，以获取经过去噪处理的动作电压数据和电流数据，包括：
当所述第一阀片和第二阀片处于并联状态时，根据第一阀片单次动作的第一电流iA最大值的预设比例阈值的电流确定第一时间区间[tp1，tp2]，根据处于第一时间区间内的电压和电流数据，获取并联状态下经过去噪处理的第一处理并联电压u′para、第一阀片的第一处理电流i′A和第二阀片的第二处理电流i′B；
当所述第一阀片和第二阀片处于串联状态时，根据串联电流iseri最大值的预设比例阈值的电流确定第二时间区间[ts1，ts2]，根据处于第二时间区间的电压和电流数据，获取串联状态下经过去噪处理的第二处理电流i′seri、第一阀片的第二处理电压u′A和第二阀片的第二处理电压u′B。
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