CN112067900A - 一种pdc时频域转换方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种PDC时频域转换方法及装置，该方法包括：对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。通过该方案实现PDC时域信号到频域信号的转换，避免复杂的非线性拟合，计算过程简单且计算量小，转换效率高。
Description
技术领域
本发明涉及数据转换领域，尤其涉及一种PDC时频域转换方法及装置。
背景技术
变压器作为电力系统的核心设备，其绝缘性能的好坏影响着电力系统的运行可靠性，而电网中应用最广泛的是油浸式变压器，采用绝缘油和绝缘纸组成的复合系统是其主要的绝缘系统。变压器油纸绝缘系统可以用一个介电模型表示，一般介电模型由串联和并联的电阻、电容组成，绝缘系统的介电响应因绝缘中水含量的改变而发生变化。
频域介电谱法(Frequency Domain Spectroscopy，FDS)是测量变压器油纸绝缘系统绝缘性能的有效测量方法，其研究的是电介质在交流电压下的特性，通过对被试品施加不同频率的交流正弦电压，测量不同激励下的电流响应，得到介电损耗等特征量，据此来判断变压器油纸绝缘系统的含水量，进而评估绝缘系统的好坏。该方法抗干扰性强，精度高，但在低频段，如1mHz时，测试时间较长，严重影响现场测试效率。采用极化/去极化电流法(PDC)和FDS法结合，低频段采用PDC方法，高频段采用FDS法，将PDC时域曲线转换为低频段频域曲线，并结合高频段FDS曲线，形成全域范围内的频域曲线，可大力缩短测试时间。
现有技术中，将PDC时域曲线转换为频域曲线的方法，主要采用参数辨识法。采集PDC电流曲线，将实测的PDC电流曲线进行非线性拟合，从而求解辨识出拓展德拜模型中各支路电阻值和电容值，进而通过各支路电阻和电容值，根据电阻电容公式，推算得到低频段的频域曲线。基于PDC电流曲线进行多指数拟合，拟合方法较为复杂、计算量较大，大部分拟合过程需要借助上位机软件如Matlab，Origin等，需要人工将硬件采集数据录入上位机软件中或编辑特定的格式导入，转换效率较低，限制了时频转换的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种PDC数据传输方法及装置，以解决现有的PDC时频域转换方法频域曲线拟合较为复杂、计算量较大性且时频转换效率低的问题。
在本发明实施例的第一方面，提供了一种PDC时频域转换方法，包括：
对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
在本发明实施例的第二方面，提供了一种用于PDC时频域转换的装置，包括：
采集模块，对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
转换模块，用于分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
在本发明实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例第一方面所述方法的步骤。
本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例第一方面提供的所述方法的步骤。
本发明实施例中，通过傅里叶变换分解得到各频率下交流激励电压和交流响应电流，可以得到低频下的复电容和介损值，实现PDC时域到频域的转换。计算过程简单且计算量小，有效避免复杂的非线性拟合，减少对上位机拟合软件的依赖，同时可以避免人工录入和编辑特定格式等繁琐操作过程，提高时频转换效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他附图。
图1为本发明的一个实施例提供的PDC时频域转换方法的流程示意图；
图2为本发明的一个实施例提供的交流电压幅度谱示意图；
图3为本发明的一个实施例提供的用于PDC时频域转换的装置的结构示意图。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明的说明书或权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及其他相近意思表述，意指覆盖不排他的包含，如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、设备没有限定于已列出的步骤或单元。
应当说明的是，在传统方法中，将PDC时域曲线转换为频域曲线主要采用参数辨识法。采集PDC电流曲线，将实测的PDC电流曲线进行非线性拟合，从而求解辨识出拓展德拜模型中各支路Ri电阻值和Ci电容值，进而通过各支路电阻和电容值，根据电阻电容公式，推算得到低频段的频域曲线。
利用实测的PDC曲线和下述公式，拟合求得各支路Ri电阻值和Ci电容值。其中ip为极化电流，id为去极化电流，τi为第i支路的时间常数。C0为油纸绝缘系统的几何电容，由普通电容测量仪在工频下测量。R0为绝缘电阻，可以由绝缘电阻测量仪得到。
τi＝Ri×Ci
求得各支路Ri电阻值和Ci电容值，再根据阻容公式，换算至频域：
从而得到低频段介损tanδ曲线。
由以上过程可知，仅利用PDC电流曲线进行多指数拟合，过程复杂且计算量大。同时，需要借助仪器事先测量几何电容C0和绝缘电阻R0，流程较为繁琐，现场使用较为不便。
可以理解的是，在本申请中，同时采集PDC激励电压和PDC响应电流，经过傅里叶变换，将时域电压电流曲线转换为低频段频域介损曲线。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种PDC时频域转换方法的流程示意图，包括：
S101、对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
对变压器油纸绝缘系统进行PDC试验，极化过程中施加直流激励电压，幅值为E，极化时间为τ。去极化过程中，被试品两端短路进行放电，激励电压为0。在整个PDC过程中，激励电压U(t)为典型的矩形脉冲信号。
S102、分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
具体的，对激励电压进行傅里叶变换：
电压幅度为
相位为
由此得到低频段时不同频率下交流电压幅值和相位；
其中，电压幅度谱如图2所示，由幅度谱可知，矩形脉冲激励信号由低频信号叠加，高频分量相对较少。
当ω＝2nπ/τ(n＝1,2,3…)时，幅值为0。为避免频率点缺失，选取转换的目标最大频率Ftmax可位于(0,2π/τ)区间内。对于目标最大频率Ftmax，设定
并将极化时间τ设置为
对极化/去极化电流曲线采样，采样频率为Fs，采样时间为2τ(极化时间τ，去极化时间τ)。根据采样定理，采样频率必须为转换目标最大频率的2倍以上，即Fs大于2倍的Ftmax，则Fs>2Ftmax；
频谱分辨率为：F＝Fs/N＝1/2τ。
其中，F为频谱分辨率，N为测量点数。
对采集到的电流曲线进行快速傅里叶变换，得到各个频率下的电流幅值Im(ω)和相位
即向量
具体的，根据不同频率下电压
和电流
间存在的关系，计算得到复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ：
其中，j表示复数中的虚数单位，ω表示角频率，
表示复电容，基于复电容
可以确定复电容实部C′(ω)和复电容虚部C″(ω)，复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ间关系为
对等效电路施加交流激励源时，电压
和电流
存在以下关系：
可以得到低频下复电容
即复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ。
需要注意的是，本领域内认为变压器油纸绝缘系统为线性介质，且可以等效为拓展德拜模型，即电阻和电容的串并联组合，因此适用于叠加原理。激励电压为矩形脉冲，可以分解为不同频率下的交流信号叠加，从而产生相应不同频率下的响应电流，将响应电流叠加即为实测的极化/去极化电流。因此通过傅里叶变换分解得到各频率下的交流激励电压和交流响应电流，即可得到低频下的复电容和介损值，从而完成PDC时域到频域的转换。
在本实施例中，通过傅里叶变换实现时域信号到频域的转换，避免了复杂的非线性拟合，计算量较小，方法直观，摆脱了对上位机拟合软件如Matlab、Origin的依赖，避免人工录入或编辑格式导入方式的繁琐。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图3为本发明实施例提供的一种用于PDC时频域转换的装置的结构示意图，该装置包括：
采集模块310，对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
转换模块320，用于分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
具体的，对激励电压进行傅里叶变换得到低频段时不同频率下交流电压幅值和相位；选取预定区间内目标最大频率Ftmax，设定
并将极化时间τ设置为
具体的，对极化或去极化电流曲线采样，采样频率为Fs，采样时间为2τ，目标最大频率为Ftmax，其中，采样频率Fs>2Ftmax，频谱分辨率为F＝Fs/N＝1/2τ，N表示测量点数；
对采集到的电流曲线进行傅里叶变换，得到不同频率下电流幅值和相位。
进一步的，根据不同频率下电压
和电流
间存在的关系，计算得到复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ：
其中，j表示复数中的虚数单位，ω表示角频率，
表示低频下复电容，基于复电容
可以确定复电容实部C′(ω)和复电容虚部C″(ω)，复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ间关系为
本领域普通技术人员可以理解的是，在一个实施例中，所述电子设备包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现步骤S101至S102以实现PDC频域曲线的拟合。在另一实施例中，所述的计算机程序还可以存储于计算机可读取存储介质中，所述的存储介质包括如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种PDC时频域转换方法，其特征在于，包括：
对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换包括：
对激励电压进行傅里叶变换得到低频段时不同频率下交流电压幅值和相位；
选取预定区间内目标最大频率Ftmax，设定
并将极化时间τ设置为
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换包括：
对极化或去极化电流曲线采样，采样频率为Fs，采样时间为2τ，目标最大频率为Ftmax，其中，采样频率Fs>2Ftmax，频谱分辨率为F＝Fs/N＝1/2τ，N表示测量点数；
对采集到的电流曲线进行傅里叶变换，得到不同频率下电流幅值和相位。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值包括：
根据不同频率下电压
和电流
间存在的关系，计算得到复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ：
其中，j表示复数中的虚数单位，ω表示角频率，
表示复电容，基于复电容
可以确定复电容实部C′(ω)和复电容虚部C″(ω)，复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ间关系为
5.一种用于PDC时频域转换的装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于对变压器油纸绝缘系统进行PDC测试，采集激励电压和响应电流；
转换模块，用于分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换包括：
对激励电压进行傅里叶变换得到低频段时不同频率下交流电压幅值和相位；
选取预定区间内目标最大频率Ftmax，设定
并将极化时间τ设置为
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换包括：
对极化或去极化电流曲线采样，采样频率为Fs，采样时间为2τ，目标最大频率为Ftmax，其中，采样频率Fs>2Ftmax，频谱分辨率为F＝Fs/N＝1/2τ；
对采集到的电流曲线进行傅里叶变换，得到不同频率下电流幅值和相位。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述分别对激励电压和响应电流进行傅里叶变换，得到不同频率下复电容实部虚部和介损值包括：
根据不同频率下电压
和电流
间存在的关系，计算得到复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ：
其中，j表示复数中的虚数单位，ω表示角频率，
表示复电容，基于复电容
可以确定复电容实部C′(ω)和复电容虚部C″(ω)，复电容实部C′(ω)、复电容虚部C″(ω)和介损值tanδ间关系为
9.一种电子设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并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计算机程序时实现如权利要求1至4中任一项所述PDC时频域转换方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述PDC时频域转换方法的步骤。
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