CN112950402B - 一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，包括以下步骤：1)通过振动加速度传感器获取该变压器油箱的振动信号y(t)；2)通过构造周期信号
Figure RE-DDA0003054155760000011
将y(t)表示；3)设置电源的频率范围fr及计算步长fi；4)根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi；5)由原始振动信号减去估计的谐波振动信号，得随机振动信号random(t)，再计算随机信号的峰度k；6)当迭代次数为1时，不同电源频率对应的峰度呈现M形的分布特点；7)当频率计算步长fi小于频率预设值时，则选择残余信号中峰度最接近预设值的频率作为电源频率的估计值，该方法利用变压器振动加速度信号计算电源频率。

Description

一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法
技术领域
本发明属于电力信息技术领域，涉及一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法。
背景技术
电力变压器的振动信号来自于铁芯的磁致伸缩和洛伦兹力引起的绕组振动。其中，铁心由于励磁周期性的改变而导致其硅钢片形状出现周期性的变化，铁心接缝处由漏磁所引起电磁力也可发生周期性的改变，进而引起铁芯的振动。对于绕组而言，由于变压器内部漏磁场的存在，当变压器正常运行时，通有交变电流的绕组线圈将因受到电磁力的作用而产生轴向振动。根据理论可知，铁芯和绕组的振动信号以电源频率f 的倍频(nf，n为整数)为主，因此振动信号呈现出较强的周期特征。除了绕组和铁芯频率为nf的振动外，变压器还存在一定的随机振动信号，因此变压器油箱表面的振动信号中既包含了频率为nf的周期分量又包含了随机振动信号，然而现有技术中对变压器油箱表面的振动信号的利用较为有限，同时现有技术中对电源频率的计算较为复杂，如果能够将两者结合起来，将有效的降低电源频率计算的便利性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，该方法利用变压器振动加速度信号计算电源频率。
为达到上述目的，本发明所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法包括以下步骤：
1)在变压器油箱的表面上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取该变压器油箱的振动信号y(t)；
2)振动信号y(t)由周期分量及随机分量组成，通过构造周期信号
Figure RE-GDA0003054155750000021
将y(t)表示为：
Figure RE-GDA0003054155750000022
Figure RE-GDA0003054155750000023
其中，
Figure RE-GDA0003054155750000024
为周期信号，random(t)为随机信号，ai及bi为待确定的周期振动信号的系数，i为倍频数，fi为电源频率，t为时间；
3)设置电源的频率范围fr及计算步长fi；
4)根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi；
5)根据式(1)，由原始振动信号减去估计的谐波振动信号，得随机振动信号random(t)，再计算随机信号的峰度k；
6)当迭代次数为1时，不同电源频率对应的峰度呈现M形的分布特点，其中，中间凹陷点对应的频率接近真实的电源频率fc；
7)当频率计算步长fi小于频率预设值时，则选择残余信号中峰度最接近预设值的频率作为电源频率的估计值，否则，则选择所述中间凹陷点对应的频率作为后续迭代频率范围的中间值，然后重新设置频率估计范围，随后转至步骤3)。
在第一轮迭代时，设置电源的频率范围为49.9Hz至50.1Hz，计算步长fi为0.002Hz。
步骤4)的具体操作为：采用最小二乘法，根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi；
随机信号的峰度k；
Figure RE-GDA0003054155750000031
频率预设值为3.2×10-6Hz。
步骤7)中，当频率计算步长fi小于3.2×10-6Hz时，则选择残余信号中峰度最接近3的频率作为电源频率的估计值。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法在具体操作时，对于正常运行的电力系统而言，有功功率的不平衡会导致频率的波动，当发出的有功大于消耗的有功时，频率上升，当发出的有功低于消耗的有功时,频率降低，因此振动信号中周期分量的频率会受到电源频率波动的影响，基于此，本发明通过对定频率范围内不同频率条件下周期信号的幅值进行拟合，计算拟合信号与实测信号的差值及峰度，并根据峰度分布进一步缩小频率范围直至满足频率的精度需求，并最终计算得到电源频率的估计值，操作方便、简单，便于推广及应用。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明利用振动信号计算电源频率主要包括了构造周期信号，对给定频率范围内不同频率条件下周期信号的幅值进行拟合，计算拟合信号和实测信号的差值及峰度，并根据峰度分布进一步缩小频率范围直至满足频率的精度需求，具体的，本发明所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法包括以下步骤：
1)在变压器油箱的表面上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取该变压器油箱的振动信号y(t)；
2)振动信号y(t)由周期分量及随机分量组成，通过构造周期信号
Figure RE-GDA0003054155750000041
将y(t)表示为：
Figure RE-GDA0003054155750000042
Figure RE-GDA0003054155750000043
其中，
Figure RE-GDA0003054155750000044
为周期信号，random(t)为随机信号，ai及bi为待确定的周期振动信号的系数，i为倍频数，fi为电源频率，t为时间；
3)设置电源的频率范围fr及计算步长fi；
例如在第一轮迭代时，设置电源频率的范围为49.9Hz至50.1Hz，步长fi为0.002Hz；
4)采用最小二乘法，根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi；
5)根据式(1)，由原始振动信号减去估计的谐波振动信号，得随机振动信号random(t)，再计算随机信号的峰度k；
Figure RE-GDA0003054155750000045
6)当迭代次数为1时，不同电源频率对应的峰度呈现M形的分布特点，其中，中间凹陷点对应的频率接近真实的电源频率fc；
7)当频率计算步长fi小于3.2×10-6Hz时，则选择残余信号中峰度最接近3的频率作为电源频率的估计值，否则，则选择所述中间凹陷点对应的频率作为后续迭代频率范围的中间值，然后重新设置频率估计范围，随后转至步骤3)。

Claims (5)

1.一种利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在变压器油箱的表面上安装振动加速度传感器，通过振动加速度传感器获取该变压器油箱的振动信号y(t)；
2)振动信号y(t)由周期分量及随机分量组成，通过构造周期信号
Figure FDA0004204425940000011
将y(t)表示为：
Figure FDA0004204425940000012
Figure FDA0004204425940000013
其中，
Figure FDA0004204425940000014
为周期信号，random(t)为随机信号，ai及bi为待确定的周期振动信号的系数，i为倍频数，fi为电源频率，t为时间；
3)设置电源的频率范围fr及计算步长fi；
4)根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi；
5)根据式(1)，由原始振动信号减去估计的谐波振动信号，得随机振动信号random(t)，再计算随机信号的峰度k；
6)当迭代次数为1时，不同电源频率对应的峰度呈现M形的分布特点，其中，中间凹陷点对应的频率接近真实的电源频率fc；
7)当频率计算步长fi小于频率预设值时，则选择残余信号中峰度最接近预设值的频率作为电源频率的估计值，否则，则选择所述中间凹陷点对应的频率作为后续迭代频率范围的中间值，然后重新设置频率估计范围，随后转至步骤3)。
2.根据权利要求1所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，其特征在于，在第一轮迭代时，设置电源的频率范围为49.9Hz至50.1Hz，计算步长fi为0.002Hz。
3.根据权利要求1所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，其特征在于，步骤4)的具体操作为：采用最小二乘法，根据步骤2)估计频率范围内不同频率对应的谐波分量的系数ai及bi。
4.根据权利要求1所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，其特征在于，频率预设值为3.2×10-6Hz。
5.根据权利要求1所述的利用变压器振动加速度信号计算电源频率的方法，其特征在于，步骤7)中，当频率计算步长fi小于3.2×10-6Hz时，则选择残余信号中峰度最接近3的频率作为电源频率的估计值。
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