CN111596131A - 一种双绕组电抗值计算方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双绕组电抗值计算方法及系统，属于电力变压器阻抗计算技术领域。该方法首先从保护侧采集电流、电压信号：然后，对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；接着，对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；再采用处理后数据进行电抗计算：最后采用改进型53H算法计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。经过对比，通过本发明方法及系统处理后计算仿真表明，精度提高了5%。为单相双绕组变压器及三相五柱三绕组变压器计算电抗值提供基础，并在双绕组变压器计算中得到验证，易于推广应用。

Description

一种双绕组电抗值计算方法及系统

技术领域

本发明属于电力变压器阻抗计算技术领域，具体涉及一种双绕组电抗值计算方法及系统。

背景技术

频率波动会引起非同步采样，同时频率波动，还会导致频谱泄露。这些都会导致电抗计算的结果产生很大的误差。为了提高电抗计算精度，需要对这种现象经常处理。

针对非同步采样误差，需要采取措施加以补偿和防范，包括硬件和软件两类方法。硬件上的方法消除非同步采样引起的误差，主要可以采取硬件锁相环电路，软件就是从算法上进行处理。目前通常采用傅立叶算法、最小二乘法或卡尔曼滤波算法进行处理，但是在电力系统信号频率偏离50Hz时候，计算结果存在很大偏差，因此如何克服现有技术的不足是目前电力变压器阻抗技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种双绕组电抗值计算方法及系统，以提高测量精度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种双绕组电抗值计算方法，包括如下步骤：

步骤(1)，从保护侧采集电流、电压信号：

其中，ω表示基波角频率；a_n、b_n为给定的谐波分量的正弦和余弦项的振幅；x(t)为采集的信号；

步骤(2)，对步骤(1)采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

步骤(3)，对经步骤(2)滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

步骤(4)，采用步骤(3)处理后数据进行电抗计算：

其中，

为相邻两次测量中第2次测量电压；

为相邻两次测量中第2次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第1次测量电压；

为相邻两次测量中第1次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第2次测量原边电流；

为相邻两次测量中第1次测量原边电流；X₁为原边电抗；X₁₂为副边折算到原边的电抗；X_sh为单相电抗；

步骤(5)，采用改进型53H算法对步骤(4)计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

进一步，优选的是，对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波，去除频率1000HZ以上的信号。

进一步，优选的是，步骤(3)中，汉宁窗函数为：x(t)＝0.5-0.5cos(2πn/N)

其中，N为采样率；n为整数，取值为0、1、2……N；x(t)为汉宁窗采集的信号。

汉宁窗的恢复系数为2。

进一步，优选的是，步骤(5)的具体方法为：

步骤(5.1)，设y(i)为步骤(4)计算得到的单相电抗值序列，对y(i)进行中值滤波，得到序列y1(i)；

步骤(5.2)，对序列y1(i)进行中值滤波，得到序列y2(i)；

步骤(5.3)，对y2(i)进行平滑滤波，得到序列y3(i)；

y3(i)＝0.25y2(i-1)+0.5y2(i)+0.25y2(i+1)；

步骤(5.4)，如果|y(i)-y3(i)|>k，则y(i)用y3(i)代替，以y3(i)作为双绕组电抗值序列进行输出；如果|y(i)-y3(i)|≤k，则y(i)不改变；其中，k为预定值。

进一步，优选的是，对y(i)进行中值滤波时，滑动窗口宽度N＝5。

进一步，优选的是，对y1(i)进行中值滤波时，滑动窗口宽度N＝3。

进一步，优选的是，k＝5。

本发明同时提供一种双绕组电抗值计算系统，包括：

采集模块，用于从保护侧采集电流、电压信号：

第一处理模块，用于对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

第二处理模块，用于对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

第三处理模块，用于采用经汉宁窗预处理数据进行电抗计算：

双绕组电抗值获取模块，用于采用改进型53H算法对计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述双绕组电抗值计算方法的步骤。

本发明另外提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述双绕组电抗值计算方法的步骤。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

本发明提供一种双绕组电抗值计算方法及系统，经过对比，通过本发明方法处理后计算仿真表明，精度提高了5％。为单相双绕组变压器及三相五柱三绕组变压器计算电抗值提供基础，并在双绕组变压器计算中得到验证。

附图说明

图1为电流信号采集曲线；

图2为电压信号；采集曲线

图3为未采用改进型53H算法的数据结果；

图4为采用改进型53H算法的数据处理结果；

图5是本发明双绕组电抗值计算系统的结构示意图；

图6为本发明电子设备结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

一种双绕组电抗值计算方法，包括如下步骤：

步骤(1)，从保护侧采集电流、电压信号：

其中，ω表示基波角频率；a_n、b_n为给定的谐波分量的正弦和余弦项的振幅；x(t)为采集的信号；

步骤(2)，对步骤(1)采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

步骤(3)，对经步骤(2)滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

步骤(4)，采用步骤(3)处理后数据进行电抗计算：

其中，

为相邻两次测量中第2次测量电压；

为相邻两次测量中第2次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第1次测量电压；

为相邻两次测量中第1次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第2次测量原边电流；

为相邻两次测量中第1次测量原边电流；X₁为原边电抗；X₁₂为副边折算到原边的电抗；X_sh为单相电抗；

步骤(5)，采用改进型53H算法对步骤(4)计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

进一步，优选的是，对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波，去除频率1000HZ以上的信号。

进一步，优选的是，步骤(3)中，汉宁窗函数为：x(t)＝0.5-0.5cos(2πn/N)

其中，N为采样率；n为整数，取值为0、1、2……N；x(t)为汉宁窗采集的信号。

汉宁窗的恢复系数为2。

进一步，优选的是，步骤(5)的具体方法为：

步骤(5.1)，设y(i)为步骤(4)计算得到的单相电抗值序列，对y(i)进行中值滤波，滑动窗口宽度N＝5，得到序列y1(i)；

步骤(5.2)，对序列y1(i)进行中值滤波，滑动窗口宽度N＝3，得到序列y2(i)；

步骤(5.3)，对y2(i)进行平滑滤波，得到序列y3(i)；

y3(i)＝0.25y2(i-1)+0.5y2(i)+0.25y2(i+1)；

步骤(5.4)，如果|y(i)-y3(i)|>k，则y(i)用y3(i)代替，以y3(i)作为双绕组电抗值序列进行输出；如果|y(i)-y3(i)|≤k，则y(i)不改变；其中，k＝5。

由于在线监测数据是在设备带电运行条件下测得的，数据采集系统在工作中有时会引入一些虚假数据，其原因可能是受到各种因素如环境、运行方式、电压波动等一些随机因素的影响或者是传输线中信号的丢失、采集装置的故障或误操作等造成的，得到的数据有一定的分散性和波动性，在随后的分析中会造成许多问题。因此，对测量得到的数据需要进行处理，剔除虚假数据及其它因素的影响，为变形监测提供可靠的数据。本发明采用改进型53H算法来剔除虚假点，基本思路是根据正常情况下的在线数据确定其变化规律，考察实际测量值是否符合这一规律，如果不符合这一变化规律，则用相应的内插值代替。

利用改进型53H算法平滑后，一个周期的数据只有开始的4个点和最后的4个点得不到有效平滑，但是相对于一周期的400个点而言，只有少数的点未得到平滑，基本能够满足处理的要求。

如图5所示，一种双绕组电抗值计算系统，包括：

采集模块101，用于从保护侧采集电流、电压信号：

第一处理模块102，用于对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

第二处理模块103，用于对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

第三处理模块104，用于采用经汉宁窗预处理数据进行电抗计算：

双绕组电抗值获取模块105，用于采用改进型53H算法对计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

在本发明实施例中，首选，采集模块101从保护侧采集电流、电压信号：然后，第一处理模块102对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；接着，第二处理模块103对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；之后，第三处理模块104采用经汉宁窗预处理数据进行电抗计算：最后，双绕组电抗值获取模块105采用改进型53H算法对计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

本发明实施例提供的一种双绕组电抗值计算系统，该系统计算出的阻抗精度更高，对电气设备起到更好保护作用。且较为直观的体现出故障馈线与健全馈线的不同，从而能较快的选出故障线路。

本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。

图6为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图6，该电子设备可以包括：处理器(processor)201、通信接口(Communications Interface)202、存储器(memory)203和通信总线204，其中，处理器201，通信接口202，存储器203通过通信总线204完成相互间的通信。处理器201可以调用存储器203中的逻辑指令，以执行如下方法：从保护侧采集电流、电压信号：对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；采用经汉宁窗预处理数据进行电抗计算：采用改进型53H算法对计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

此外，上述的存储器203中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的基于零序电流曲线簇的二维平面判断的故障选线，例如包括：获提取出包含该故障馈线和多条健全馈线的暂态零序电流；用提取出的暂态零序电流构成零序电流曲线簇作为历史样本数据，归一化处理后进行SOD变换，把故障特征量放大，再进行二维平面分析，得出故障馈线和健全馈线在二维平面上所在的分区；按照故障馈线和健全馈线在二维平面上所在的分区，采集待测馈线的暂态零序电流，归一化处理后将待测馈线的暂态零序电流经SOD变换处理之后，根据其二维平面上的所在的位置来判断该待测馈线为健全馈线或是故障馈线。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

下面进行仿真验证。

信号频率是49.8Hz时，采用傅立叶算法、递推最小二乘法(只考虑基波)、卡尔曼滤波算法(只考虑基波)，计算结果如表1所示。

表1基波计算结果

算法	幅值计算值/V	幅值误差	相角计算值/rad	相角误差
					傅立叶算法	57.54	0.04％	0.69	1.51％
最小二乘法	57.56	0.27％	0.70	0.50％
					卡尔曼滤波	57.52	0.17％	0.70	0.29％

信号频率是50.2Hz时，采用傅立叶算法、递推最小二乘法(只考虑基波)、卡尔基波计算结果如下表2。

表2基波计算结果

同理，在信号频率与50Hz存在偏差时，此时采用三种算法都会产生误差，而且误差的大小与此偏差成正比。

在信号频率不能确定时，而采用本发明方法后，可以减小由于频率变化引起的误差，如表3所示。本发明采集数据经过高频滤波及加窗处理，数据波动还是比较大，必须进行单独的平滑处理。在处理前数据变化如下图3所示；通过改进型53H算法后如图4所示。

表3基波计算结果

实际频率/Hz	49.8	49.9	50.10	50.20
					校正频率/Hz	49.79	49.9	50.10	50.20
校正频率误差	0.013％	0.06％	0.05％	0.01％
					校正幅度/V	57.55	57.52	57.58	57.59
校正幅度误差	0.013％	0.06％	0.05％	0.01％
					校正相角/rad	0.70	0.70	0.70	0.70
校正相角误差	0.04％	0.02％	0.02％	0.05％

在信号频率不是50Hz时，采用发明方法后，将结果误差进行修正，而其他三种方法没有考虑频率问题，与其他三种方法相比有明显优点。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种双绕组电抗值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤(1)，从保护侧采集电流、电压信号：

其中，

表示基波角频率；a_n、b_n为给定的谐波分量的正弦和余弦项的振幅；x(t)为采集的信号；

步骤(2)，对步骤(1)采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

步骤(3)，对经步骤(2)滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

步骤(4)，采用步骤(3)处理后数据进行电抗计算：

其中，

为相邻两次测量中第2次测量电压；

为相邻两次测量中第2次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第1次测量电压；

为相邻两次测量中第1次测量副边折算到原边的电压；

为相邻两次测量中第2次测量原边电流；

为相邻两次测量中第1次测量原边电流；X₁为原边电抗；X₁₂为副边折算到原边的电抗；X_sh为单相电抗；

步骤(5)，采用改进型53H算法对步骤(4)计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

2.根据权利要求1所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，步骤(2)中，对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波，去除频率1000HZ以上的信号。

3.根据权利要求1所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，步骤(3)中，汉宁窗函数为：x(t)＝0.5-0.5cos(2πn/N)

其中，N为采样率；n为整数，取值为0、1、2……N；x(t)为汉宁窗采集的信号。

汉宁窗的恢复系数为2。

4.根据权利要求1所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，步骤(5)的具体方法为：

步骤(5.1)，设y(i)为步骤(4)计算得到的单相电抗值序列，对y(i)进行中值滤波，得到序列y1(i)；

步骤(5.2)，对序列y1(i)进行中值滤波，得到序列y2(i)；

步骤(5.3)，对y2(i)进行平滑滤波，得到序列y3(i)；

y3(i)＝0.25y2(i-1)+0.5y2(i)+0.25y2(i+1)；

步骤(5.4)，如果|y(i)-y3(i)|>k，则y(i)用y3(i)代替，以y3(i)作为双绕组电抗值序列进行输出；如果|y(i)-y3(i)|≤k，则y(i)不改变；其中，k为预定值。

5.根据权利要求4所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，对y(i)进行中值滤波时，滑动窗口宽度N＝5。

6.根据权利要求4所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，对y1(i)进行中值滤波时，滑动窗口宽度N＝3。

7.根据权利要求4所述的双绕组电抗值计算方法，其特征在于，k＝5。

8.一种双绕组电抗值计算系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于从保护侧采集电流、电压信号：

第一处理模块，用于对采集得到的电流、电压信号进行高通滤波；

第二处理模块，用于对经滤波后的电流、电压信号分别进行汉宁窗预处理；

第三处理模块，用于采用经汉宁窗预处理数据进行电抗计算：

双绕组电抗值获取模块，用于采用改进型53H算法对计算得到的结果进行处理，以剔除虚假数据，之后得到双绕组电抗值。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述双绕组电抗值计算方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述双绕组电抗值计算方法的步骤。

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