CN114441903A - 变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置 - Google Patents

变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置 Download PDF

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CN114441903A CN202011198940.8A CN202011198940A CN114441903A CN 114441903 A CN114441903 A CN 114441903A CN 202011198940 A CN202011198940 A CN 202011198940A CN 114441903 A CN114441903 A CN 114441903A
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张洪阳
李君�
李红叶
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China Petroleum and Chemical Corp
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China Petroleum and Chemical Corp
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Abstract

本发明实施例提供一种变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置，方法包括：建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型；基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式，由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式，由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1，计算介质损耗角的正切值。本实施例减少了励磁变压器，克服了设备笨重、成本高的缺点；同时解决了数据实时性差的问题，具有良好的实时性和准确性，可以广泛地应用于介质损耗在线监测的需求。

Description

变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统绝缘检测技术领域，尤其涉及一种变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置。
背景技术
随着现代社会经济的不断发展，我国对电网改造的投入不断增加，只有提供稳定的电力，国家的工业才能稳步前进。众多研究机构也提出了很多的电缆绝缘性能的检测方法，但是，直流耐压试验会对电缆的绝缘性造成损伤，超低频0.1Hz耐压试验与工频交流的等效性较差，50Hz的工频耐压测试具有等效性，但是设备笨重，容量比较大。近年来出现的变频谐振耐压试验，其仍然存在着对励磁变压器的要求过高，体积大，容易损坏设备的缺点。
测量介质损耗有很多方法，比较有代表性的是西林电桥法。近年来，随着计算机技术的发展介质损耗检测逐步数字化，出现了很多新的检测方法包括过零相位比较法，电压比较法，谐波分析法，相关分析法等。然而这些通常使用的介质损耗检测试验都是处于工频电压下的。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置。
第一方面，本发明实施例提供了一种变频谐振试验下介质损耗的检测方法，包括：
建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；
基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000021
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000022
N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure BDA0002754833600000023
计算介质损耗角的正切值。
进一步地，还包括：
当对所述被试品进行变频谐振试验时，所述高压逆变单元在DSP控制器的控制下，将高压直流单元得到的直流电逆变成20Hz到300Hz范围内的交流电压。
进一步地，还包括：
所述交流电源的逆变部分控制方式采用双极性同步SPWM调制，采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型进而得到传递函数，所述传递函数为：
Figure BDA0002754833600000031
其中C表示滤波电容，L表示滤波电感，r表示滤波电感的电阻，Z表示负载，s表示传递函数的自变量；
根据所述传递函数设计控制系统的PI参数，使得逆变器输出的基波频率以及LC滤波器的谐振频率小于开关频率且与所述开关频率的差值大于预设阈值，截至频率为开关频率的1/10～1/5。
进一步地，还包括：
根据电压电流的基本表达式利用三角关系，容性电流Iq，有功电流Ip推导出介质损耗正切值的新型表达式，具体包括：
设系统的电压和电流为：
Figure BDA0002754833600000032
将系统的电压电流进行傅里叶级数分解可得以下表达式：
Figure BDA0002754833600000033
设电压电流之间的相位角为
Figure BDA0002754833600000034
由三角函数关系可得：
Figure BDA0002754833600000035
利用傅里叶算法进行分解，基波的幅值系数可以表示为：
Figure BDA0002754833600000036
带入公式确定介质损耗正切值的新型表达式所述公式为：
Figure BDA0002754833600000041
进一步地，还包括：
使用滑动傅里叶变换进行数据处理时，当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系；
将DFT变换的公式展开：
Figure BDA0002754833600000042
若用X0(k)表示第一组处理的数据，X1(k)表示第二组处理的数据，则有：
Figure BDA0002754833600000043
基于当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系，推导出当前数据段的DFT变换。
进一步地，还包括：
在进行介质损耗的检测时，在低压条件下对被试品进行介质损耗角的测量；
当高压逆变单元输出电压达到预设值时，通过采样电路对被试品上的电压和电流进行采样，将采样得到的电压送给DSP处理器，在DSP处理器中计算介质损耗角的正切值，使得对被试品的损坏达到最小。
进一步地，还包括：
通过DSP控制芯片，产生SPWM驱动波形，由驱动电路驱动后给高压逆变器中的IGBT提供驱动信号；
在程序初始运行时，通过程序让IGBT的导通角逐渐增大，实现软起动的功能；
根据外部采样芯片的采样结果，设计电压环和锁相环；
通过电压环来控制输出电压幅值的大小，达到试验所要求的电压；
通过队列原理对电压和/或电流进行采样和数据处理，得到介质损耗角的正切值，检测绝缘性；
对故障状态进行检测，当出现故障，首先进行硬件故障判断，同时由控制芯片进行故障分析输出，进行软件故障保护。
进一步地，还包括：
将单相交流电源改为三相交流电源，将所述三相交流电源输入给高压直流单元，增高谐振时所述被试品的试验电压。
第二方面，本发明实施例还提供了一种变频谐振试验下介质损耗的检测装置，包括：
建立模块，用于建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；
采样模块，用于基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000051
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000061
N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
计算模块，用于基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure BDA0002754833600000062
计算介质损耗角的正切值。
进一步地，还包括：
控制模块，用于当对所述被试品进行变频谐振试验时，所述高压逆变单元在DSP控制器的控制下，将高压直流单元得到的直流电逆变成20Hz到300Hz范围内的交流电压。
由上面技术方案可知，本发明实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法及装置，建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；可见，通过给高压逆变单元施加一个高压直流电取代了励磁变压器的使用，一方面大大减小了设备的体积，降低了成本，提高了工作效率；另一方面减小了高压逆变单元的输出电流，增大了输出电压，使设备能够承受更长时间的耐压试验；基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；根据滑动傅里叶变换原理对被试品两端的电压信号和电流信号进行采样更新，计算介质损耗的正切值；可见在数据处理方面利用SDFT(滑动傅里叶变换)取代了传统的FFT(快速傅里叶变换)，简化了计算，提高了准确性和时效性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法的流程图；
图2为变频串联谐振试验装置；
图3为本发明一实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型；
图4为单相SPWM逆变器等效电路图；
图5为待测设备系统的电压电流向量图；
图6为滑动窗数据处理原理图；
图7为滑动傅里叶变换示意图；
图8为本发明一实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本实施例中，需要说明的是对于电力电缆的绝缘性能试验项目来讲，变频串联耐压试验只对检测电缆局部绝缘缺陷有效，而介质损耗测量能反映出电缆整体的绝缘状况。因此，有必要对电缆同时进行两种检测试验，以对电缆的绝缘状况作出准确的判断。下面将通过具体的实施例对本发明提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法进行详细解释和说明。
图1示出了本发明实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法包括如下步骤：
步骤101：建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振。
在本步骤中，建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，该检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品。高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将交流电源的交流输入电压整合为高压直流电。高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为试验的交流试验电压。高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联，另一端接地，电容分压器与被试品并联。分压器测量的电压信号与电流计测量得到的被试品的电流信号作为调节高压逆变单元输出的触发信号。可见本步骤中的变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，使用了高压直流模块得到高压直流电，将高压直流电逆变得到高压交流电，从而取消了励磁变压器装置，参见图2和图3，本步骤提供的变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型减小了设备的体积，降低了成本，使输出电压更能够承受长时间的试验。
步骤102：基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000091
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000092
N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure BDA0002754833600000093
计算介质损耗角的正切值。
在本步骤中，确定采样方式，根据滑动窗先进先出的原则分别对电压和电流等间隔同步采样N个数据，参见图6，当采样到新的数据值时，新添的一端为滑动窗尾，另一端为滑动窗首，当一个数据进入滑动窗时，一直向窗首移动，直到他成为移除数据为止。保证每采样一次，电压或电流的N个采样数据就会更新一次，而滑动窗中始终有N个数据等待处理。然后，对数据进行处理，参见图7，基于滑动傅里叶变换进行数据处理，设N为每个周期采样点的个数，则每个周期实际应用的点数为N+1个。将其中电流的数据依次记为i(0)至i(N)，电压数据依次记为u(0)至u(N)。其中u(N)和i(N)为当前电压电流的采样值。对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000094
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000101
N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1。可见，针对传统的介质损耗检测实时性差的问题，使用SDFT算法取代了传统的FFT算法，避免了传统的FFT在计算时只能在一个采样周期计算一次，实时性差的问题。
步骤103：基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure BDA0002754833600000102
计算介质损耗角的正切值。
在本步骤中，应用新型表达式，计算介质损耗角的正切值，根据电压电流的基本表达式利用三角关系，推导出介质损耗角正切值的新型表达式，参见图5，设系统的电压和电流为：
Figure BDA0002754833600000103
将系统的电压电流进行傅里叶级数分解可得以下表达式：
Figure BDA0002754833600000104
设电压电流之间的相位角为φ，由三角函数关系可得：
Figure BDA0002754833600000105
又由于Ucosθ1、Usinθ1、Icosθ2、Usinθ2可以利用傅里叶算法进行分解，所以基波的幅值系数可以表示为：
Figure BDA0002754833600000111
带入公式可得最终介质损耗角的正切值为：
Figure BDA0002754833600000112
其中，使用SDFT进行数据处理时，当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系。将DFT变换的公式展开：
Figure BDA0002754833600000113
如果用X0(k)表示第一组处理的数据，X1(k)表示第二组处理的数据，则有：
Figure BDA0002754833600000114
由上式可见，当前数据组的DFT变换与上一数据组的DFT变换存在递推关系。即由当前的采样数据与上一组数据的DFT运算可以推导出当前数据组的DFT变换。
由上面技术方案可知，本发明实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，通过建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；可见，通过给高压逆变单元施加一个高压直流电取代了励磁变压器的使用，一方面大大减小了设备的体积，降低了成本，提高了工作效率；另一方面减小了高压逆变单元的输出电流，增大了输出电压，使设备能够承受更长时间的耐压试验；基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；根据滑动傅里叶变换原理对被试品两端的电压信号和电流信号进行采样更新，计算介质损耗的正切值；可见在数据处理方面利用SDFT(滑动傅里叶变换)取代了传统的FFT(快速傅里叶变换)，简化了计算，提高了准确性和时效性，从而解决了数据实时性差的问题，具有良好的实时性和准确性，可以广泛地应用于介质损耗在线监测的需求。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
当对所述被试品进行变频谐振试验时，所述高压逆变单元在DSP控制器的控制下，将高压直流单元得到的直流电逆变成20Hz到300Hz范围内的交流电压。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
所述交流电源的逆变部分控制方式采用双极性同步SPWM调制，采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型进而得到传递函数，所述传递函数为：
Figure BDA0002754833600000121
其中C表示滤波电容，L表示滤波电感，r表示滤波电感的电阻，Z表示负载，s表示传递函数的自变量；
根据所述传递函数设计控制系统的PI参数，使得逆变器输出的基波频率以及LC滤波器的谐振频率小于开关频率且与所述开关频率的差值大于预设阈值，截至频率为开关频率的1/10～1/5。
在本实施例中，本实施例的逆变部分控制方式采用的是双极性同步SPWM调制，从而可以采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型，请参阅图4，从而推得其传递函数：
Figure BDA0002754833600000122
其中C表示滤波电容，L表示滤波电感，r表示滤波电感的电阻，Z表示负载。根据传递函数来设计控制系统的PI参数，使得逆变器的输出的基波频率，LC滤波器的谐振频率与开关频率相比足够低，其截至频率通常选择在开关频率的1/10～1/5左右。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
根据电压电流的基本表达式利用三角关系，容性电流Iq，有功电流Ip推导出介质损耗正切值的新型表达式，具体包括：
设系统的电压和电流为：
Figure BDA0002754833600000131
将系统的电压电流进行傅里叶级数分解可得以下表达式：
Figure BDA0002754833600000132
设电压电流之间的相位角为
Figure BDA0002754833600000133
由三角函数关系可得：
Figure BDA0002754833600000134
利用傅里叶算法进行分解，基波的幅值系数可以表示为：
Figure BDA0002754833600000135
带入公式确定介质损耗正切值的新型表达式所述公式为：
Figure BDA0002754833600000136
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
使用滑动傅里叶变换进行数据处理时，当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系；
将DFT变换的公式展开：
Figure BDA0002754833600000137
若用X0(k)表示第一组处理的数据，X1(k)表示第二组处理的数据，则有：
Figure BDA0002754833600000141
基于当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系，推导出当前数据段的DFT变换。
在本实施例中，需要说明的是，当前数据组的DFT变换与上一数据组的DFT变换存在递推关系。即由当前的采样数据与上一组数据的DFT运算可以推导出当前数据组的DFT变换，从而避免DFT的复杂运算过程。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
在进行介质损耗的检测时，在低压条件下对被试品进行介质损耗角的测量；
当高压逆变单元输出电压达到预设值时，通过采样电路对被试品上的电压和电流进行采样，将采样得到的电压送给DSP处理器，在DSP处理器中计算介质损耗角的正切值，使得对被试品的损坏达到最小。
在本实施例中，在进行介质损耗的检测时，可以仅仅在低压条件下对被试品进行介质损耗角的测量。当高压逆变单元输出电压达到预设值时通过采样电路对被试品上的电压和电流进行采样，将采样得到的电压送给DSP处理器。在DSP处理器中计算介质损耗角的正切值，使得对实验品的损坏达到最小。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
通过DSP控制芯片，产生SPWM驱动波形，由驱动电路驱动后给高压逆变器中的IGBT提供驱动信号；
在程序初始运行时，通过程序让IGBT的导通角逐渐增大，实现软起动的功能；
根据外部采样芯片的采样结果，设计电压环和锁相环；
通过电压环来控制输出电压幅值的大小，达到试验所要求的电压；
通过队列原理对电压和/或电流进行采样和数据处理，得到介质损耗角的正切值，检测绝缘性；
对故障状态进行检测，当出现故障，首先进行硬件故障判断，同时由控制芯片进行故障分析输出，进行软件故障保护。
在本实施例中，通过DSP控制芯片实现以下功能：首先，产生SPWM驱动波形，由驱动电路驱动后给高压逆变器中的IGBT提供驱动信号；其次，在程序刚刚运行时，通过程序让IGBT的导通角逐渐增大，实现软起动的功能；根据外部采样芯片的采样结果，设计电压环和锁相环，通过电压环来控制输出电压幅值的大小从而达到试验所要求的电压；通过队列原理对电压电流进行采样和数据处理，从而得到介质损耗角的正切值，检测绝缘性；最后对故障状态进行检测，一旦出现故障，首先进行硬件故障判断，同时由控制芯片进行故障分析输出，实现软件故障保护。
在上述实施例的基础上，在本发明实施例中，还包括：
将单相交流电源改为三相交流电源，将所述三相交流电源输入给高压直流单元，增高谐振时所述被试品的试验电压。
在本实施例中，单相的交流输入电源可以改为三相的交流输入电源。将三相交流电输入给高压直流单元，得到更高的高压直流电作为高压逆变单元的输入，从而提高谐振时的被试品试验电压。
图8为本发明一实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测装置的结构示意图，如图8所示，该装置包括：建立模块201、采样模块202和计算模块203，其中：
其中，建立模块201，用于建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；
采样模块202，用于基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000161
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure BDA0002754833600000162
N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
计算模块203，用于基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure BDA0002754833600000163
计算介质损耗角的正切值。
本发明实施例提供的变频谐振试验下介质损耗的检测装置具体可以用于执行上述实施例所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其技术原理和有益效果类似，具体可参见上述实施例，此处不再赘述。
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。
此外，在本发明中，诸如“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
此外，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：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)

1.一种变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，包括：
建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；
基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure FDA0002754833590000011
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure FDA0002754833590000012
其中，N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure FDA0002754833590000021
计算介质损耗角的正切值。
2.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
当对所述被试品进行变频谐振试验时，所述高压逆变单元在DSP控制器的控制下，将高压直流单元得到的直流电逆变成20Hz到300Hz范围内的交流电压。
3.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
所述交流电源的逆变部分控制方式采用双极性同步SPWM调制，采用状态空间平均法得到逆变器的线性化模型进而得到传递函数，所述传递函数为：
Figure FDA0002754833590000022
其中C表示滤波电容，L表示滤波电感，r表示滤波电感的电阻，Z表示负载，s表示传递函数的自变量；
根据所述传递函数设计控制系统的PI参数，使得逆变器输出的基波频率以及LC滤波器的谐振频率小于开关频率且与所述开关频率的差值大于预设阈值，截至频率为开关频率的1/10～1/5。
4.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
根据电压电流的基本表达式利用三角关系，容性电流Iq，有功电流Ip推导出介质损耗正切值的新型表达式，具体包括：
设系统的电压和电流为：
Figure FDA0002754833590000023
将系统的电压电流进行傅里叶级数分解可得以下表达式：
Figure FDA0002754833590000031
设电压电流之间的相位角为
Figure FDA0002754833590000032
由三角函数关系可得：
Figure FDA0002754833590000033
利用傅里叶算法进行分解，基波的幅值系数可以表示为：
Figure FDA0002754833590000034
带入公式确定介质损耗正切值的新型表达式所述公式为：
Figure FDA0002754833590000035
5.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
使用滑动傅里叶变换进行数据处理时，当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系；
将DFT变换的公式展开：
Figure FDA0002754833590000036
若用X0(k)表示第一组处理的数据，X1(k)表示第二组处理的数据，则有：
Figure FDA0002754833590000037
基于当前数据段的DFT变换与前一组数据的DFT变换存在递推关系，推导出当前数据段的DFT变换。
6.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
在进行介质损耗的检测时，在低压条件下对被试品进行介质损耗角的测量；
当高压逆变单元输出电压达到预设值时，通过采样电路对被试品上的电压和电流进行采样，将采样得到的电压送给DSP处理器，在DSP处理器中计算介质损耗角的正切值，使得对被试品的损坏达到最小。
7.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
通过DSP控制芯片，产生SPWM驱动波形，由驱动电路驱动后给高压逆变器中的IGBT提供驱动信号；
在程序初始运行时，通过程序让IGBT的导通角逐渐增大，实现软起动的功能；
根据外部采样芯片的采样结果，设计电压环和锁相环；
通过电压环来控制输出电压幅值的大小，达到试验所要求的电压；
通过队列原理对电压和/或电流进行采样和数据处理，得到介质损耗角的正切值，检测绝缘性；
对故障状态进行检测，当出现故障，首先进行硬件故障判断，同时由控制芯片进行故障分析输出，进行软件故障保护。
8.根据权利要求1所述的变频谐振试验下介质损耗的检测方法，其特征在于，还包括：
将单相交流电源改为三相交流电源，将所述三相交流电源输入给高压直流单元，增高谐振时所述被试品的试验电压。
9.一种变频谐振试验下介质损耗的检测装置，其特征在于，包括：
建立模块，用于建立变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型，所述检测试验模型包括交流电源，高压直流单元，高压逆变单元，谐振电抗器，电容分压器，DSP控制器和被试品；其中，高压直流单元的输入端连接到交流电源的输出端，将所述交流电源的交流输入电压整合为高压直流电；高压逆变单元的输入端连接到高压直流单元的输出端，将得到的高压直流电逆变为交流试验电压；高压逆变单元的输出端的一端与谐振电抗器和被试品串联；另一端接地，电容分压器与被试品并联；调节检测试验模型的输出电压和输出频率使检测试验模型发生串联谐振；
采样模块，用于基于所述变频谐振试验下介质损耗的检测试验模型进行数据采样；所述数据采样的方式为根据滑动窗先进先出的原则分别对电压信号和电流信号采样间隔同步的N个数据，当采样到新的数据值时，采样到新的数据值进入滑动窗，滑动窗另一端窗首的采样值移出滑动窗，使得每采样一次电压信号V或电流信号I的N个采样数据更新一次；
对所述电压信号V的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure FDA0002754833590000051
由N个电压数据获得电压基波参数au1和bu1；
对所述电流信号I的采样点应用离散傅里叶变换公式：
Figure FDA0002754833590000052
其中，N表示采样数据的个数，k取1,2,3,4,..,N，
由N个电流数据获得电流基波参数ai1和bi1；
计算模块，用于基于所述电压基波参数au1和bu1，和所述电流基波参数ai1和bi1，应用新型表达式：
Figure FDA0002754833590000053
计算介质损耗角的正切值。
10.根据权利要求9所述的变频谐振试验下介质损耗的检测装置，其特征在于，还包括：
控制模块，用于当对所述被试品进行变频谐振试验时，所述高压逆变单元在DSP控制器的控制下，将高压直流单元得到的直流电逆变成20Hz到300Hz范围内的交流电压。
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CN113567749A (zh) * 2021-04-22 2021-10-29 李尧 变频谐振试验下介质损耗的检测方法

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