CN114564831A - 一种带通滤波器的电磁暂态建模方法及装置 - Google Patents

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CN114564831A CN202210192204.4A CN202210192204A CN114564831A CN 114564831 A CN114564831 A CN 114564831A CN 202210192204 A CN202210192204 A CN 202210192204A CN 114564831 A CN114564831 A CN 114564831A
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Abstract

本申请公开了一种带通滤波器的电磁暂态建模方法及装置，所述方法包括：基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及电路的电阻和电容信息，确定对带通滤波器电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子，基于带通滤波器的频域输出变量、频域输入变量、增益倍数、时间常数、第一截止频率因子、第二截止频率因子以及拉普拉斯算子，构建带通滤波器的电磁暂态频域模型，将电磁暂态频域模型进行时域转换，得到时域积分模型，并对时域积分模型离散化，得到带通滤波器的电磁暂态模型。在将电磁暂态频域模型转换为时域模型后，不会产生冲激函数，最终得到带通滤波器的电磁暂态模型的滤波更平滑、精度更高，更具实用性。

Description

一种带通滤波器的电磁暂态建模方法及装置
技术领域
本申请涉及自动控制领域，更具体的说，是涉及一种带通滤波器的电磁暂态建模方法及装置。
背景技术
随着用电需求的日益增长，在用电高峰期间，电力系统中电信号的频率可能发生振荡，较大的振幅会影响电路正常运转，带通滤波器能够过滤截止频率之外的信号，维护电力系统电路的正常运转，因此带通滤波器在电力系统中具有极其关键的作用。
现有的带通滤波器在电磁暂态建模中，会使得建立的带通滤波器时域模型含有冲激函数项，冲激函数为特殊的分段函数，使得带通滤波器的滤波不平滑、滤波精度低，不利于实时仿真使用。
如何对带通滤波器进行高精度滤波的电磁暂态建模，是需要关注的问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种带通滤波器的电磁暂态建模方法及装置，以实现高精度滤波的滤波器。
为了实现上述目的，现提出具体方案如下：
一种带通滤波器的电磁暂态建模方法，包括：
基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000011
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure BDA0003524797160000021
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
可选的，对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型，包括：
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure BDA0003524797160000022
其中，t-Δt表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量；
分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
Figure BDA0003524797160000023
可选的，在得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，还包括：
将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
一种带通滤波器的电磁暂态建模装置，包括：
模型参数确定单元，用于基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
频域模型构建单元，用于利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000031
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
模型时域转换单元，用于将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure BDA0003524797160000032
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
电磁暂态时域模型确定单元，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
可选的，所述电磁暂态时域模型确定单元，包括：
时域基本模型确定单元，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure BDA0003524797160000033
其中，t-Δt表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量；
输出变量分离单元，用于分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
Figure BDA0003524797160000041
可选的，该装置还包括：
模型应用单元，用于在得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
借由上述技术方案，本申请基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对带通滤波器电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子，基于所述带通滤波器的频域输出变量、频域输入变量、所述增益倍数、所述时间常数、所述第一截止频率因子、所述第二截止频率因子以及拉普拉斯算子，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型，将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型，并对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态模型。由此可见，在将电磁暂态频域模型转换为时域模型后，不会产生冲激函数，最终得到带通滤波器的电磁暂态模型的滤波更平滑，精度更高，更具实用性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种带通滤波器的电磁暂态建模方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种带通滤波器的电磁暂态建模装置的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种带通滤波器的电磁暂态建模设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请方案可以基于具备数据处理能力的终端实现，该终端可以是电脑、服务器、云端等。
接下来，结合图1所述，本申请的带通滤波器的电磁暂态建模方法可以包括如下步骤：
步骤S110、基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子。
具体的，带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子可以由包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，不同的带通滤波器的电路的拓扑结构、所述电路的电阻、电容所确定的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子不同。
步骤S120、构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型。
具体的，电磁暂态频域模型可以表示带通滤波器在频域中，输入频率信号和输出频率信号的关系，电磁暂态频域模型的频域输出信号可以表示为，在单位时间内，对频域输入信号的增益后，通过第一截止频率因子和第二截止频率因子限制的信号。
示例如，可以利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000051
其中，Y(s)可以表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)可以表示所述带通滤波器的频域输入变量，G可以表示所述带通滤波器的增益倍数，T可以表示所述带通滤波器的时间常数，K可以表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a可以表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s可以表示拉普拉斯算子。
步骤S130、将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型。
具体的，转换后的时域积分模型可以为：
Figure BDA0003524797160000061
其中，t可以表示时间变量，Y(t)可以表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)可以表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量，输入信号X(t)在截止频率之间可以正常通过，在截止频率之外可以被阻隔或减弱。
步骤S140、对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
具体的，可以利用梯形积分法对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型，所述电磁暂态时域模型可以表示带通滤波器在预设的相邻两个时刻内的输入信号和输出信号的关系。
本申请提供的实施例中，能够依据包含带通滤波器的电路的拓扑结构以及所述电路的电阻和电容信息，得到的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子构建电磁暂态频域模型，在将电磁暂态频域模型转换为时域模型后，不会产生冲激函数，最终得到带通滤波器的电磁暂态模型的滤波更平滑，精度更高，更具实用性。
在本申请的一些实施例中，对上述步骤S140、对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型的过程进行介绍，该过程可以包括：
S1、对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure BDA0003524797160000062
其中，t-Δt可以表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)可以表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，可以Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量。
S2、分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
可以理解的是，对于信号控制模型，需要关心的是当前时刻输出信号与历史输入信号、历史输出信号、当前输入信号的关系，因此需要分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量。
Figure BDA0003524797160000071
其中，
Figure BDA0003524797160000072
可以表示输入信号对当前时刻输出信号所影响的信号成分，
Figure BDA0003524797160000073
为历史电流信号量，可以表示输入信号对上一时刻输出信号对当前时刻输出信号所影响的信号成分。
本申请提供的实施例中，能够对时域积分模型离散化得到时域电磁暂态基本模型，分离带通滤波器在当前时刻的时域输出变量，得到带通滤波器的电磁暂态时域模型，能够描述当前时刻输出信号与历史输入信号、历史输出信号、当前输入信号的关系，以表征带通滤波器的运行规律。
在本申请的一些实施例中，考虑到电磁暂态时域模型表征带通滤波器的运行规律，可以应用至实际电路中的带通滤波器，在上述步骤S140、对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，可以进一步增加将电磁暂态时域模型应用至带通滤波器的过程，该过程可以包括：
将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
可以理解的是，应用于带通滤波器的电磁暂态时域模型在仿真过程中，不包含冲激函数，因此已应用所述电磁暂态时域模型的带通滤波器滤波更平滑。
具体的，应用所述电磁暂态时域模型前的带通滤波器，可以是初始化状态下的带通滤波器，也可以是已应用滤波工作模式的带通滤波器。将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器的过程，可以是基于仿真得到的电磁暂态时域模型生成电磁暂态程序代码，依据电磁暂态程序代码对带通滤波器进行编程，使得带通滤波器具有电磁暂态程序代码的运行逻辑。
本申请提供的实施例中，能够将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器，使得电磁暂态带通滤波器滤波更平滑，滤波精度更高。
参见图2，图2为本申请实施例公开的一种带通滤波器的电磁暂态建模装置的结构示意图。
如图2所示，该装置可以包括：
一种带通滤波器的电磁暂态建模装置，包括：
模型参数确定单元11，用于基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
频域模型构建单元12，用于利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000081
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
模型时域转换单元13，用于将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure BDA0003524797160000082
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
电磁暂态时域模型确定单元14，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
可选的，所述电磁暂态时域模型确定单元14，包括：
时域基本模型确定单元，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure BDA0003524797160000091
其中，t-Δt表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量；
输出变量分离单元，用于分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
Figure BDA0003524797160000092
可选的，该装置还包括：
模型应用单元，用于在得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
本申请实施例提供的带通滤波器的电磁暂态建模装置可应用于带通滤波器的电磁暂态建模设备，如终端：云端、电脑等。可选的，图3示出了带通滤波器的电磁暂态建模的硬件结构框图，参照图3，带通滤波器的电磁暂态建模设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
在本申请实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
处理器1可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器3可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000101
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure BDA0003524797160000102
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure BDA0003524797160000111
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure BDA0003524797160000112
其中，t可以表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
最后，还需要说明的是，在本文中，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。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种带通滤波器的电磁暂态建模方法，其特征在于，包括：
基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure FDA0003524797150000011
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure FDA0003524797150000012
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型，包括：
对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure FDA0003524797150000013
其中，t-Δt表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量；
分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
Figure FDA0003524797150000021
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，还包括：
将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
4.一种带通滤波器的电磁暂态建模装置，其特征在于，包括：
模型参数确定单元，用于基于包含带通滤波器的电路的拓扑结构，以及所述电路的电阻和电容信息，确定对所述带通滤波器进行电磁暂态建模的时间常数、增益倍数、第一截止频率因子、第二截止频率因子；
频域模型构建单元，用于利用如下函数，构建所述带通滤波器的电磁暂态频域模型：
Figure FDA0003524797150000022
其中，Y(s)表示所述带通滤波器的频域输出变量，X(s)表示所述带通滤波器的频域输入变量，G表示所述带通滤波器的增益倍数，T表示所述带通滤波器的时间常数，K表示所述带通滤波器的第一截止频率因子，a表示所述带通滤波器的第二截止频率因子，s表示拉普拉斯算子；
模型时域转换单元，用于将所述电磁暂态频域模型进行时域转换，得到转换后的时域积分模型：
Figure FDA0003524797150000023
其中，t表示时间变量，Y(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，X(t)表示所述带通滤波器在t时刻的时域输入变量；
电磁暂态时域模型确定单元，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电磁暂态时域模型确定单元，包括：
时域基本模型确定单元，用于对所述时域积分模型离散化，得到所述带通滤波器的时域电磁暂态基本模型：
Figure FDA0003524797150000031
其中，t-Δt表示在t时刻的Δt时间之前的时刻，X(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输入变量，Y(t-Δt)表示所述带通滤波器在t-Δt时刻的时域输出变量；
输出变量分离单元，用于分离所述带通滤波器在t时刻的时域输出变量，得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型：
Figure FDA0003524797150000032
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：
模型应用单元，用于在得到所述带通滤波器的电磁暂态时域模型之后，将所述带通滤波器的电磁暂态时域模型应用于所述带通滤波器，得到电磁暂态带通滤波器。
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