CN117077370A - 基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法 - Google Patents

基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法 Download PDF

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CN117077370A CN202310842297.5A CN202310842297A CN117077370A CN 117077370 A CN117077370 A CN 117077370A CN 202310842297 A CN202310842297 A CN 202310842297A CN 117077370 A CN117077370 A CN 117077370A
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龙兆芝
范佳威
李文婷
刘少波
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刁赢龙
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Abstract

本发明公开了一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，包括：冲击电压刻度因数评估模型建立：对特定时间参数的雷电冲击电压波形进行傅里叶分解，将单次冲击电压波形转换为无数个不停频率的交流电压的叠加；选择合适的频率分段方法；计算权重和比值乘积的累加即可得到实际测量装置刻度因数的倒数，进而计算冲击刻度因数；冲击电压测量装置冲击刻度因数评估实现方法：采用对数形式进行频率分段，并计算权重，对于不同时间参数的冲击电压，使用卷积方法计算输出电压/输入电压比值。根据冲击刻度因数计算模型，计算冲击刻度因数；使用1kV的宽频电容分压装置验证计算模型的准确性。

Description

基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法
技术领域
本发明涉及高电压测量技术领域，并且更具体地，涉及一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法。
背景技术
雷电及操作冲击电压可以使用双指数波形函数表示：
其中f(t)为冲击电压信号，A为与电压峰值相关的系数，τ1和τ2是时间常数，如图6所示，τ1影响波形的下降比分，τ2影响波形的上升部分，进而确定冲击电压波形的峰值时间Tp，波前时间T1和半峰值时间T2。图6为典型雷电冲击电压的时间常数。
傅里叶逆变换的物理意义是，任何一个函数都可以表示成许多不同频率的正弦和余弦函数的和，并且这些频率的幅度和相位可以通过傅里叶变换求得。
其中，F(ω)为一个函数在频域上的表示，f(t)为该函数在时域上的表示，e(jωt)为复指数函数。傅里叶变换的能量守恒性，时域函数f(t)的能量等于其频域表示F(ω)的模的平方积分，即：
因此冲击电压也可以分解为一系列不同频率的正弦交流波形，如图7所示，将时域的电压幅值问题转换为频域中各交流分量的加权叠加来评估电压峰值。
发明内容
本发明提出一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，以解决如何实现冲击电压下的电压峰值和刻度因数量值溯源的问题。
根据本发明的一个发明，提供一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，所述方法包括：
(1)建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
(2)根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
(3)使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。优选地，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
优选地，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
优选地，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
优选地，所述1kV宽频电容分压装置的高压电容为均正立式全屏蔽气体绝缘标准电容器，包括上法兰盘、高压套管、金属屏蔽筒、高压导杆以及电极系统；电极系统包括高压电极、低压电极和屏蔽电极；电极的材料为不锈钢或者铝，表面粗糙度小于2；高压导杆一端与上法兰盘相连，另一端与高压电极相连；电极系统同轴布置，从中心向外依次为高压电极、低压电极和屏蔽电极；高压电极通过绝缘杆固定在屏蔽筒底面，高压电极为上长下短结构；低压电极和屏蔽电极固定在环氧筒上，环氧筒固定在屏蔽筒底面；低压电极和屏蔽电极距离3mm，低压电极引出线为50欧姆波阻抗的金属件；低压电容使用多个无感多层陶瓷电容，1kV分压装置设计额定输出电压为1V，刻度因数1000，为了消除负载对刻度因数的影响，在测量电缆和数字之间增加阻抗变换器。
优选地，该溯源方法不只可以进行冲击电压测量装置的溯源，还可以用于数字记录仪峰值测量误差的溯源。
根据本发明的另一方面，提供一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证系统，其特征在于，所述系统包括：
建立装置，用于建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
计算装置，用于根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
验证装置，用于使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。
优选地，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
优选地，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
优选地，还包括，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
本发明提供了一种基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法及系统，包括：雷电全波进行傅里叶变换，以获取不同频率段交流电压的幅值占比；基于阶跃波响应试验分别获取1kV、10kV和200kV电容分压装置的响应特性；获取不同频率的交流电压标准波数据，并基于所述响应特性利用卷积方法计算输入不同频率的交流电压标准波数据时电容分压装置的输出电压误差；基于所述幅值占比和输出电压误差确定冲击电压峰值测量误差计算模型；使用1kV交流电压标准源测量10kV电容分压装置的频率特性，使用10kV工频电压标准源、10kV谐波电压标准源和10kV冲击电压标准发生器得到10kV电容分压装置的工频刻度因数和线性度；使用1kV交流电压标准源和1kV冲击电压标准发生器测量1kV电容分压装置的在不同频率交流电压、冲击电压下的冲击刻度因数和线性度；根据所述边界条件以及10kV下工频刻度因数和冲击刻度因数的测量结果，确定200kV电容分压装置的工频电压系数和冲击电压系数的等效性。本发明利用基于正立式屏蔽型气体标准电容器的分压装置作为传递标准，实现冲击高电压下的电压峰值误差的溯源。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明实施方式的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法100的流程图；
图2为根据本发明实施方式的冲击电压峰值溯源及验证方法的流程图；
图3为根据本发明实施方式的1kV宽频电容分压装置的结构示意图；1—上法兰，2—高压套管，3—高压导杆，4—铝罐、5—屏蔽电极，6—环氧筒、7—低压电极，8—高压电极，9—输出端子，10—弹簧触指，11——高压阻尼电阻，12—低压阻尼电阻，13—低压电容，14—同轴电缆，15—阻抗变换单元，16—数字记录仪。
图4为根据本发明实施方式的1kV宽频电容分压装置的电路原理图；
图5为根据本发明实施方式的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法500的结构示意图；
图6为双指数冲击电压全波的示意图；以及
图7为雷电全波频率响应特性的示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明实施方式的基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法100的流程图。如图1所示，本发明实施方式提供的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，将时域的冲击电压峰值评估转换为频域分量叠加的问题，将冲击电压刻度因数溯源至工频电压国家标准量值搭建了桥梁。本发明实施方式提供的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法100，其中101-104为冲击刻度因数评估模型，105-108为冲击电压刻度因数评估实现方法，109-111为方法验证。
从步骤101处开始，在步骤101，对雷电全波进行傅里叶分解，选取合适的频率分段方法。
在步骤102，根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重。
在步骤103，通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值。
在步骤104，基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置冲击刻度因数。
在步骤105，标准雷电全波多频率分解，采用对数方法进行分段。
在步骤106，使用标准交直流电流源校准测量装置1MHz以内的输出电压/输入电压比值；测量冲击电压测量装置阶跃波响应，卷积方法计算1MHz以上输出电压/输入电压比值。
具体地，本发明提供一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，所述方法包括：
(1)建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
(2)根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
(3)使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。例如，如果第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的数值均相同(一致性)，则确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性为高准确性。例如，如果第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的数值均在预设的取值区间内，则确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性为高准确性。例如，如果第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的数值的方差小于方差阈值，则确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性为高准确性。
根据一个实施例，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
根据一个实施例，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
优选地，具体分段方法：频率范围10Hz～100MHz，100Hz以内频率段间隔10Hz，100～1kHz以上，频率段间隔100Hz，1kHz～10kHz范围内间隔1kHz，10kHz～100kHz范围内，间隔10kHz，100kHz～1MHz范围内间隔100kHz，1MHz～10MHz频率间隔为1MHz，10MHz～100MHz频率间隔为10MHz，通过具体分段来计算权重。
优选地，卷积计算方法需要被测电压波形和阶跃波响应波形，卷积计算输出电压波形。
在步骤107，根据104评估模型，计算冲击刻度因数。
在步骤108，使用一台1kV的宽频电容分压装置验证模型和方法的准确性。
优选地，其中所述1kV宽频电容分压装置的高压电容为均正立式全屏蔽气体绝缘标准电容器，包括上法兰盘、高压套管、金属屏蔽筒、高压导杆以及电极系统；电极系统包括高压电极、低压电极和屏蔽电极；电极的材料为不锈钢或者铝，表面粗糙度小于2；高压导杆一端与上法兰盘相连，另一端与高压电极相连；电极系统同轴布置，从中心向外依次为高压电极、低压电极和屏蔽电极；高压电极通过绝缘杆固定在屏蔽筒底面，高压电极为上长下短结构；低压电极和屏蔽电极固定在环氧筒上，环氧筒固定在屏蔽筒底面；低压电极和屏蔽电极距离3mm，低压电极引出线为50欧姆波阻抗的金属件；高压标准电容器的电容量均为10pF；低压电容通过螺杆固定在引出金属件上，低压电容使用多个无感多层陶瓷电容，1kV分压装置设计额定输出电压为1V，刻度因数1000，为了消除负载对刻度因数的影响，在测量电缆和数字之间增加阻抗变换器。.
在一个实施例中，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
在一个实施例中，所述1kV宽频电容分压装置的高压电容为均正立式全屏蔽气体绝缘标准电容器，包括上法兰盘、高压套管、金属屏蔽筒、高压导杆以及电极系统；电极系统包括高压电极、低压电极和屏蔽电极；电极的材料为不锈钢或者铝，表面粗糙度小于2；高压导杆一端与上法兰盘相连，另一端与高压电极相连；电极系统同轴布置，从中心向外依次为高压电极、低压电极和屏蔽电极；高压电极通过绝缘杆固定在屏蔽筒底面，高压电极为上长下短结构；低压电极和屏蔽电极固定在环氧筒上，环氧筒固定在屏蔽筒底面；低压电极和屏蔽电极距离3mm，低压电极引出线为50欧姆波阻抗的金属件；低压电容使用多个无感多层陶瓷电容，1kV分压装置设计额定输出电压为1V，刻度因数1000，为了消除负载对刻度因数的影响，在测量电缆和数字之间增加阻抗变换器。
在一个实施例中，该溯源方法不只可以进行冲击电压测量装置的溯源，还可以用于数字记录仪峰值测量误差的溯源。
结合图3和图4所示，在本发明中，1kV宽频电容分压装置的高压电容为正立式全屏蔽气体绝缘标准电容器，包括上法兰盘、高压套管、金属屏蔽筒、高压导杆以及电极系统。电极系统包括高压电极、低压电极和屏蔽电极。电极的材料为不锈钢或者铝，表面粗糙度小于2。高压导杆一端与上法兰盘相连，另一端与高压电极相连。电极系统同轴布置，从中心向外依次为高压电极、低压电极和屏蔽电极。高压电极通过绝缘杆固定在屏蔽筒底面，为便于安装和电场分布优化，高压电极为上长下短结构。低压电极和屏蔽电极固定在环氧筒上，环氧筒固定在屏蔽筒底面。低压电极和屏蔽电极距离3mm，低压电极引出线设计为50欧姆波阻抗的金属件。三台高压标准电容器的电容量都为10pF。
低压电容通过螺杆固定在引出金属件上，低压电容使用多个无感多层陶瓷电容，1kV分压装置设计额定输出电压为1V，刻度因数1000。
阻尼电阻包括外阻尼和内阻尼电阻两部分，外阻尼电阻连接在高压引线首端，用于阻尼上升部分的高频振荡。电阻为双线并绕的高压电阻，设计时电阻的长度由外绝缘确定，电阻丝的直径通过计算电阻丝的温升以及电阻丝绝缘漆的耐受电压确定，一般温升小于100℃。内阻尼电阻用于阻尼高压导杆上的电感和电容的振荡。外阻尼电阻、内阻尼电阻的和约为300欧姆。
在步骤109，使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的刻度因数和线性度。
在步骤110，使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的冲击刻度因数。
在步骤111，比较上述不同方法获取的冲击刻度因数的一致性。。
采用本发明的溯源方法能够解决100kV冲击电压分压器的电压峰值溯源问题，具体过程包括：
(1)测量误差的评价模型建立
使用FFT变换将1.2/50μs雷电全波进行傅里叶分解，将不同频率的幅值含量进行积分计算，示例如表1所示，频率范围10Hz～100MHz，100Hz以内频率段间隔10Hz，100～1kHz以上，频率段间隔100Hz，1kHz～10kHz范围内间隔1kHz，10kHz～100kHz范围内，间隔10kHz，100kHz～1MHz范围内间隔100kHz，1MHz～10MHz频率间隔为1MHz，10MHz～100MHz频率间隔为10MHz。此外，通过不同频率的幅值计算权重。测量100kV冲击电压测量装置的阶跃波响应波形。
在1MHz以下，使用标准交流电压源Fluke5730和交流电压表Fluke5790来测量电容分压装置的幅频特性，从而计算不同频率范围输出电压、输入电压的比值，见表1。
也可以使用波形拟合的方法得到不同频率段的标准波形数据库，特别是1MHz以上无法直接测量装置的幅频特性，已知响应波形和被测交流电压波形，使用卷积方法即可计算分压装置的输出/输入电压比。进而计算冲击刻度因数为1476.696，与工频电压的偏差为0.06％。
表2不同雷电冲击电压的计算权重
(2)方法验证
使用1kV交流电压标准源和1kV冲击电压标准发生器测量1kV电容分压装置的在不同频率交流电压、冲击电压下的刻度因数和线性度，从表3可以看出，通过多频率分解加权叠加的冲击刻度因数为100.16，使用标准冲击电压发生器校准得到的冲击刻度因数为100.21。验证了本发明方法的正确性和可行性。
表31kV电容分压装置不同频率的刻度因数
图5为根据本发明实施方式的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及研制方法500的结构示意图。如图5所示，本发明实施方式提供的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法500，包括：电压峰值和冲击刻度因数评估模型、冲击刻度因数评估实现方法502、方法验证单元503。
本发明的实施例的基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值和冲击刻度因数溯源及验证方法500与本发明的另一个实施例的基于多频率分量加权迭代的冲击电压峰值全量程溯源方法100相对应。
例如，在一个实施例中，提供一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证系统，其特征在于，所述系统包括：
建立装置，用于建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
计算装置，用于根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
验证装置，用于使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。
在一个实施例中，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
在一个实施例中，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
在一个实施例中，还包括，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
(2)根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
(3)使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述1kV宽频电容分压装置的高压电容为均正立式全屏蔽气体绝缘标准电容器，包括上法兰盘、高压套管、金属屏蔽筒、高压导杆以及电极系统；电极系统包括高压电极、低压电极和屏蔽电极；电极的材料为不锈钢或者铝，表面粗糙度小于2；高压导杆一端与上法兰盘相连，另一端与高压电极相连；电极系统同轴布置，从中心向外依次为高压电极、低压电极和屏蔽电极；高压电极通过绝缘杆固定在屏蔽筒底面，高压电极为上长下短结构；低压电极和屏蔽电极固定在环氧筒上，环氧筒固定在屏蔽筒底面；低压电极和屏蔽电极距离3mm，低压电极引出线为50欧姆波阻抗的金属件；低压电容使用多个无感多层陶瓷电容，1kV分压装置设计额定输出电压为1V，刻度因数1000，为了消除负载对刻度因数的影响，在测量电缆和数字之间增加阻抗变换器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该溯源方法不只可以进行冲击电压测量装置的溯源，还可以用于数字记录仪峰值测量误差的溯源。
7.一种基于多频率分量加权叠加的冲击电压峰值溯源及验证系统，其特征在于，所述系统包括：
建立装置，用于建立冲击电压峰值电压计算模型：
对特定时间参数雷电全波冲击电压进行傅里叶分解，提取其频谱信息；
将频谱信息分为若干个频段，选取合适的分段方法；
根据Parseval定理计算每个频段的能量，并根据总能量确定每个频段的幅值权重；
通过试验或者计算的方法得到不同频段内测量装置输出、输入信号峰值的比值；以及
基于所述幅值权重和输出、输入信号峰值的比值确定测量装置的第一冲击刻度因数；
计算装置，用于根据所述冲击电压峰值电压计算模型，计算冲击电压分压器第二冲击刻度因数：
将标准雷电冲击全波进行傅里叶分解，并采用对数方法进行分段；
使用10Hz～1MHz的标准交直流电流源校准测量装置输出电压/输入电压比值；
测量冲击电压分压器阶跃波响应g(t)，采用解析方法拟合交流电压标准数字波形，使用卷积方法计算1MHz以上交流电压的输出电压波形，进而得到输出电压/输入电压比值；以及
根据所述的冲击电压峰值电压计算模型，计算第二冲击刻度因数；
验证装置，用于使用一台1kV的宽频电容分压装置验证所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性；
使用1kV交直流电压标准源测量1kV宽频电容分压装置在不同频率交流电压的多个冲击刻度因数和线性度；
使用1kV标准冲击电压源测量1kV宽频电容分压装置的第三冲击刻度因数；
基于第一冲击刻度因数、第二冲击刻度因数、不同频率交流电压的多个冲击刻度因数以及第三冲击刻度因数的一致性，确定所述冲击电压峰值电压计算模型的准确性。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述冲击电压的全波为时间参数为0.84/60、1.2/60和1.56/60的标准雷电全波。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述采用对数方法进行分段，包括：
频率范围在10Hz～100MHz或者100Hz以内，将频率段间隔设置为10Hz；
频率范围在100Hz～1kHz内，将频率段间隔设置为100Hz；
频率范围在1kHz～10kHz内，将频率段间隔设置为1kHz；
频率范围在10kHz～100kHz内，将频率段间隔设置为10kHz；
频率范围在100kHz～1MHz内，将频率段间隔设置为100kHz，；
频率范围在1MHz～10MHz内，将频率段间隔设置为1MHz；
频率范围在10MHz～100MHz内，将频率段间隔设置为10MHz。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括，对于不同时间参数的冲击电压，为每个频率段的幅值设置不同的权重。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117590057A (zh) * 2024-01-17 2024-02-23 中国电力科学研究院有限公司 一种冲击电压峰值及时间参数全量程溯源实现方法及装置
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