專利名稱：用于確定變壓器、發(fā)電機或電動機的線性電響應(yīng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于確定變壓器、發(fā)電機或電動機的線性電響應(yīng)的方法, 以及這種方法的用途。
背景技術(shù)：
存在多種用于表征變壓器、發(fā)電機或電動機的線性電響應(yīng)的方法。典 型地，它們包括在某種端子配置下的測量步驟，其中，元件的端子被連接 到規(guī)定的電壓源或電流源或阻抗，或者彼此互聯(lián)。 一些端子也可以不被連 接(即連接到無窮大值的阻抗)。然后，例如通過將一個端子的電壓確定 為另 一端子的電壓的函數(shù)來執(zhí)行測量。
典型的這種技術(shù)是頻率響應(yīng)分析(FRA)，其已經(jīng)成為變壓器診斷技 術(shù)，用于質(zhì)量控制和內(nèi)部故障檢測，否則如果不打開變壓器并用手和眼睛 進行檢查，這些故障便不能被檢領(lǐng)，J。打開變壓器并排空其中的油是非常費 錢和費時的，而FRA相對便宜，在不到一天的時間內(nèi)^_可完成。
FRA測量包括在大的頻率范圍下，在變壓器的一個端子(源端子) 上施加電壓，并測量其它端子中的一個(宿(sink)端子)上的電壓輸出。 不是源或宿的其它端子可以接地或被斷開。
通過研究宿和源之間的電壓比在頻率范圍上如何變化，以及比較相之 間的這些變化以檢查不對稱性和/或?qū)⑦@些變化與以前的相同或相似的變 壓器的記錄進行比較以檢查隨時間的變化，從而執(zhí)行診斷。
還沒有確切規(guī)定如何進行FRA測量的標準，雖然在IEEE和CIGRE 中的組致力于這種標準化。典型地，對電壓比，有時^_對源端子和宿端子 之間的相位進行測量。因為以下參數(shù)的變化，可能的端子配置的數(shù)量是非 常大的
-變壓器的類型， -變壓器上端子的數(shù)量，-使得未使用的端子斷開或接地。
一種典型的三角形-星形或者星形-三角形的2繞組變壓器具有7個端 子高壓側(cè)(HV) 3個、低壓側(cè)(LV) 3個以及1個中性點。這7個端 子中的每一個可以是源端子，其余6個端子中的任一個可以是宿端子，從 而得到42種不同的組合和可能的測量。4吏得未使用的端子斷開及接地使 得測量的數(shù)量加倍。額外的端子或者特殊的配置，如使一些端子斷開并使 一些端子閉合，進一步使得測量的數(shù)量增加。
這樣大量的可能的端子配置使得借助于標準的FRA對元件進行充分 的表征是寐煩的(如果不是不可能的話)。因此，典型地，只測量可能的 端子配置的一個子集，例如
-在三角形側(cè)的3個；連接任何兩個端子以在每個繞組上測量，
-在星形側(cè)的3個；在中性點和每個端子之間測量，
-在每相的高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的3個。
這9個測量通常給出繞組狀態(tài)的好的描繪，使得可以作出關(guān)于變壓器 狀態(tài)的評估。不過，這種測量具有若干嚴重缺點
1. 重復連接9次仍然需要大量時間。
2. 當重新連接時容易發(fā)生測量誤差。接觸電阻可以有很大變化，這 取決于測量線纜和變壓器端子連接的好壞。在高頻范圍內(nèi)在，在兩次重新 連接之間改變線纜的位置可以嚴重影響測量響應(yīng)。
3. 測量是不完善的。僅從每相的低壓-高壓測量不能看出相之間的耦 合，而這可以揭示重要信息。
4. 大部分商業(yè)FRA測量裝備在源通道和宿通道上具有50歐姆的阻 抗，其被串聯(lián)地施加于變壓器測量，抑制低阻抗響應(yīng)。這樣，由于串聯(lián)的 50歐姆阻抗，#^看出在1-3歐姆之間的阻抗變化。
5. 9個測量中的每一個是在變壓器的不同狀態(tài)下進行的。因而端子 或者被斷開或者被端接50歐姆，這完全改變變壓器的狀態(tài)。即使所有非 測量端子接地，每個測量之間在一些端子上，端接仍然在從地到50歐姆 的范圍內(nèi)改變，這使得先進的分析和假定變壓器是理想地定義的恒定系統(tǒng) 的建模無效。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，其允許在給定的測試端子配 置下確定具有若干端子即至少兩個端子尤其是至少三個端子的變壓器、發(fā) 電機或電動機的線性響應(yīng)。該方法將提高使用的容易性和/或可靠性。
通過根據(jù)權(quán)利要求1的方法來實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
因而，在第一步a)中，對元件的端子應(yīng)用一組端子配置，以^更獲得描 述元件對于施加到端子的任何圖形的電壓或電流的的線性電響應(yīng)的數(shù)據(jù)。 這種數(shù)據(jù)例如根據(jù)導納或阻抗矩陣，或者有利地通過下述的一組電流和電 壓的矢量對而裙束達。
在第二步b)中，使用該數(shù)據(jù)，可以計算在測試端子配置下元件的線 小生電響應(yīng)。
該過程的優(yōu)點在于，不需要在測試端子配置下進行實際的測量。而是 可以在任何一組合適的端子配置下進行測量，這允許選擇現(xiàn)有的最合適的 測量處理。
有利的是，相同的數(shù)據(jù)可以用來計算元件對于多種測試配置的響應(yīng)。
在更加優(yōu)選的實施例中，測量設(shè)備同時連接到元件的所有端子。該測 量設(shè)備適于產(chǎn)生端子配置組，以及測量元件對于這些端子配置中的每一種 的響應(yīng)。例如，測量設(shè)備可以被配備成對每個端子施加不同值的電壓、電 流和/或阻抗。這允許在不需改變連接到元件的線纜的情況下便產(chǎn)生端子 配置組，這增加了測量的精確性。
尤其是，這種測量設(shè)備可被自動操作，這能夠增加測量速度和可靠性。
有利的是，測試端子配置下的線性電響應(yīng)被計算成不同端子的兩個電 壓之間的比和/或相移，尤其是被計算成頻率的函數(shù)。在所謂的頻率響應(yīng) 分析(FRA)中使用這類信息，而FRA在進行變壓器的狀態(tài)或老化的評估 時被應(yīng)用。本方法使得在甚至不直接測量不同端子上的兩個電壓之間的比 和/或相移時也能執(zhí)行FRA。
步驟a)的一種特別有利的實現(xiàn)包括"估計過程"，其中通狄元件的 端子施加電壓并測量元件的響應(yīng)來確定估計的導納矩陣Y，。估計過程例 如可以包括:通過對一個端子施加電壓、使其它端子接地、測量每個端子 的電流以及對所有端子重復這個過程而進行導納矩陣Y，的傳統(tǒng)測量。估 計過程之后是"測量過程"，其中若干電壓圖形(pattern) Uk被應(yīng)用于端子。這些電壓圖形對應(yīng)于估計的導納矩陣Y，的特征矢量vk,這里的"對應(yīng)" 是要表示圖形Uk基本上(不必精確地)平行于對應(yīng)于每個特征值Xk的(歸 一化的)特征矢量Vk。對于每個應(yīng)用的電壓圖形uk，測量元件的響應(yīng)。
正如已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的，應(yīng)用對應(yīng)于導納矩陣Y，的特征矢量Vk的電壓圖形 Uk使得能夠獲得對元件的更精確的描述，尤其是當導納矩陣Y，的特征值 Xk彼此相當不同時。
本發(fā)明對于高壓元件或中壓元件即適合在1 kV以上工作的元件尤其 有用。
該方法例如可用于表征電氣元件。為此，可以提供例如在早期(在步 驟a)之前)測量的或者在參考元件上測量的參考，該參考描述在給定的 測試端子配置下元件的響應(yīng)("笫一響應(yīng)")。然后執(zhí)行根據(jù)本方法的測量， 以便確定元件的實際狀態(tài)，由該測量獲得的數(shù)據(jù)用于計算元件在測試端子 配置下的"第二響應(yīng)"。然后比較第一響應(yīng)和第二響應(yīng)，以^更檢查元件的實 際狀態(tài)。


在從屬權(quán)利要求以及參照附圖進行的下面的說明中公開了本發(fā)明的 其它實施例、優(yōu)點和應(yīng)用，其中
圖1 ^匸要由本發(fā)明的方法表征的變壓器的實例；
圖2表示被連接到測量設(shè)備的圖1的元件；
圖3是要^J^征的元件的示意性表示；
圖4是用來表征元件的測量設(shè)備的設(shè)備的第一實施例的電縛4匡圖； 圖5是測量設(shè)備的第二實施例；以及 圖6是測量設(shè)備的笫三實施例。
具體實施方式
1.定義
術(shù)語"端子配置"指的是元件的所有端子的限定狀態(tài)。端子k的狀態(tài)可 由下述限定-流過該端子的電流ik (ik-0對應(yīng)于斷開的端子)或
-施加于該端子的電壓Uk (Uk-0對應(yīng)于接地的端子)或
-串聯(lián)連接到該端子的電壓源的阻抗Zk和電壓cpk,或
-給定的端子k連接到的另一個端子的下標m(或一系列下標iih， m2...， 如果端子k連接到若干其它端子)。
2.第一實例
為了i兌明本發(fā)明，下面描述本發(fā)明的實例。該實例涉及變壓器l例如 圖l所示的變壓器的表征，尤其涉及其質(zhì)量控制。
圖1的變壓器l是星形-三角形配置，具有n-7個端子Ll，L2，L3，N， H1,H2， H3。
為了表征變壓器l，執(zhí)行兩步過程，即測量步驟a)和計算步驟b)。
在測量步驟a)中，變壓器1的所有七個端子Ll， L2, L3， N， Hl， H2， H3 被連接到圖2所示的測量設(shè)備2。對于每個端子L1， L2， L3， N， Hl, H2， H3， 測量設(shè)備2包括可調(diào)的電壓源和/或可調(diào)的電流源和/或可調(diào)的阻抗。通過 重復地調(diào)節(jié)電壓源、電流源和/或阻抗，測量i更備2自動地對變壓器l應(yīng) 用一組端子配置。對于每種端子配置，例如通過測量所有端子Ll, L2, L3, N,H1，H2,H3的電壓和電流來測量變壓器的響應(yīng)。在最筒單的實施例中， 例如通過應(yīng)用n個不同的線性獨立的電壓矢量111(1=1...11)以及測量對應(yīng)的 電流矢量ii(i-l...n)來應(yīng)用n種不同的端子配置。每個這種電壓矢量Ui具 有n個元素(uu,…uni),每個電流矢量具有n個元素(hi，…ini)，表示端 子配置i中的端子k的電壓Uki和電流iki。已知n種端子配置的矢量iii和 ii，使得能夠由一組n個矢量公式來估計導納矩陣Y:
i丄=Y'ui (1) 該測量作為頻率的函數(shù)被執(zhí)行。
必須注意，雖然這種測量只產(chǎn)生不精確的結(jié)果，但在下面"改進的測 量方法"部分描述一種更加改善的測量方法。
一般地說，測量步驟a)的結(jié)果是描述元件1 (例如變壓器l)對于施 加到端子Ll， L2， L3, N, Hl， H2， H3的4壬何圖形的電壓或電流的線性電響 應(yīng)的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)例如可通過導納矩陣Y、對應(yīng)的阻抗矩陣Z或者n個 線性獨立的電流和電壓矢量對來表示，每個對描述在所有端子Ll， L2, L3， N, HI, H2, H3上的電壓和相應(yīng)的電流。由于下面在部分"改進的測量方法"中說明的原因，這n個線性獨立的電流和電壓矢量對被認為是該數(shù)據(jù) 的最有利的表達。
在跟隨測量步驟a)的計算步驟b)中，針對給定的測試端子配置來計 算變壓器l的線性電響應(yīng)。 一般地^沈，這個測試端子配置不在用于測量該 元件的步驟a)中使用的端子配置組當中。
例如，當要在變壓器1上執(zhí)行FRA時，測試配置將是除兩個端子之 外的所有端子接地(或斷開)的配置。這兩個端子被假定由例如50歐姆 的已知阻抗端接。對兩個端子中的一個施加電壓，而測量另一個端子的電 壓。換句話說，測試端子配置對應(yīng)于典型的FRA測量端子配置。不過， 代替執(zhí)行測試端子配置的實際測量，通過由在步驟a)中獲得的數(shù)據(jù)計算元 件的行為來模擬這種測量的結(jié)果。
然后例如可以利用計算的結(jié)果來確定作為頻率的函數(shù)的兩個端子之 間的比和/或電壓的相位差，以便獲得在FRA中使用的曲線。
例如，為了計算FRA測量的響應(yīng)，這里第一端子(例如圖1中的L1) 是源，第四端子(例如圖1中的H1)是宿，所有其它的端子L2，L3，N，H2， H3都斷開，并且第一端子和第四端子端接R產(chǎn)R4-50歐姆的阻抗，電流 矢量i由下式給出
o
0
—u4 / R4 0 0
(2)
FRA響應(yīng)U4/ih直接由以下關(guān)系計算
^i工、 o
0
- u4 / _R4 0 0
.o 乂
》'77人'-乂
u4
(3)
10其中Yy是導納矩陣Y的元素。
最容易的進行方式是用阻抗矩陣Z-Y"與公式(3)的兩側(cè)相乘，然 后把該公式的系統(tǒng)簡化為僅有第一行和第四行。于是具有3個未知數(shù)m， u4 和h以及兩個公式。因為感興趣的是復數(shù)比u4/Ul (即電壓幅值及其相互 相移的比)，未知數(shù)被進一步減少為兩個，于是得到以下結(jié)果
lil '+ W4〉 — Z4iZl4
其中Zjj是阻抗矩陣Z的元素。
如果要計算在未被使用的端子L2, L3， N, H2, H3接地而不是斷開的 情況下的同樣的FRA，則其端子配置僅僅從ix-O變?yōu)閡x=0，于是產(chǎn)生表 達式
!=— 及4 y~4i (5)
只要在步驟a)中獲得數(shù)據(jù)，便可以計算元件1在任何測試配置下的響 應(yīng)。尤其是，可以容易而快速地計算元件l在若干測試配置下(例如在一 般用于FRA的9種配置下)的響應(yīng)。
3. —般應(yīng)用
在上面的第一實施例中，描述了在具有7個端子L1， L2， L3， N， Hl， H2,H3的變壓器1上應(yīng)用本發(fā)明的方法進4亍FRA測量。然而必須注意， 本方法可以用于許多其它的應(yīng)用，具體地i兌
代替在變壓器1上使用該方法，被測試的元件1還可以是發(fā)電機和/ 或電動機。
一般地^說，元件l的端子p^…pn (圖3、 4)的數(shù)量n可以改變，例 如是3個(例如對于三角形配置的三相電動機)或者4個(例如對于星形 配置的三相發(fā)電機或者對于單相變壓器)。本方法對于具有兩個以上的端 子Ph…，Pn的元件l尤其有用，這里存在潛在的大量不同的端子配置。
本方法可用于多種目的。典型的應(yīng)用是質(zhì)量控制，例如通過4吏用上述 的FRA,或者通過使用在測量步驟a)中獲得的數(shù)據(jù)iM莫擬其它測量。另 一種應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)建模 一些網(wǎng)絡(luò)模型需要在某些給定的端子配置下測量元 件1的線性響應(yīng)，本發(fā)明的方法通過使用由測量步驟a)獲得的數(shù)據(jù)來計算 在給定端子配置下的響應(yīng)，從而可以不需要實際進行這些測量。4.改進的測量方法
本部分描述一種用于獲得在測量步驟a)中的數(shù)據(jù)的改進的方法。
圖3示出了具有n>l個端子？1到pn的多端子元件1，其可以是變壓
器、電動機或發(fā)電機。當線電壓lh到Un施加于端子Pi到Pn時，則流過
電流^到in。元件1的線性電響應(yīng)由其導納矩陣Y或者等同地由其阻抗矩
陣Z來表征。在導納表示中，在端子p!到Pn處施加電壓的電壓矢量
u二(ih... Un)產(chǎn)生電流矢量i=(h... in)如下
i = Y-u. (11)
改進的測量方法的 一般原理是基于估計過程和測量過程。在估計過程
中，確定估計的導納矩陣Y，，在測量過程中，執(zhí)行更精確的測量。
在估計過程中，例如可以使用傳統(tǒng)方法直接測量估計的導納矩陣Y， 的元素。例如，可以這樣來測量對角線元素Y，ii:對端子pi施加電壓Ui 并測量同一端子Pi的電流ii，同時所有其它端子凈皮短路到0 V，即，Y，i尸ii/Ui， 而對于i內(nèi)，Uj=o。矩陣的其它元素Y，ij可以這樣來測量在端子pi施加 電壓Ui，同時i殳置所有其它端子為0V，測量端子pj的電流ij， Y，『ij/Ui， 對于的，u產(chǎn)0。
也可以^使用用于在估計過程中測量估計的阻抗矩陣Y，的其它傳統(tǒng)方法。
一般地說,估計的導納矩陣Y，具有對應(yīng)于(歸一化的)特征矢量VL..Vn
的n個特征值、…、，對此
y ， = (12) 當已知估計的導納矩陣Y，后，便可以計算其特征矢量vk。
在估計過程之后的測量過程中，對元件1的端子p卜.pn施加若干(一
般為n個)電壓圖形uk=(ulk...unk)。每個電壓圖形Uk對應(yīng)于一個特征矢 量Vk。具體地說，對于每個施加的電壓圖形uk,通過測量引起的電流圖 形ik來測量元件l的響應(yīng)。
如上所述，電壓圖形Uk對應(yīng)于(歸一化的)特征矢量vk (其是導納 矩陣的n個歸一化的特征矢量之一)，即，意思是電壓圖形Uk基本上平行 于對應(yīng)于特征值k的特征矢量vk。理論上，使用u;c ^ v&將是最好的解 決方案，但是由于離散化誤差，產(chǎn)生電壓圖形Uk的測量設(shè)備2、 3通常不 能產(chǎn)生和特征矢量Vk精確匹配的電壓圖形。下面說明用于處理具有有限
12分辨率的處理設(shè)備2、 3以便產(chǎn)生電壓圖形的方法。
只要測量過程完成，電壓圖形Uk和對應(yīng)的電流圖形ik，即一組n個 電壓和電流矢量對uk,ik，便充分地表征元件1的線性響應(yīng)。
一般地說，導納矩陣Y是頻率相關(guān)的。因而，在許多應(yīng)用中，應(yīng)當 知道在例如從50 Hz到大于500 kHz的擴展的頻率范圍中元件1的線性電
響應(yīng)。為此，估計過程在給定的頻率范圍內(nèi)的多個頻率(Oi處執(zhí)行。
有利的是，對于每個估計過程，計算給定頻率COi處的特征值Xk(COi)。 然后，確定最關(guān)鍵的頻率，即特征值Xk(COi)達到局部最大或最小的那些頻
率，或者特別地，最大特征值和最小特征值之間的絕對比率具有最大值或 者超過給定閾值的頻率。這些關(guān)鍵頻率尤其受到關(guān)注，因為它們表示元件 l的諧振，或者因為它們顯示出一些估計的特征值可能具有差的精度，并
且所述的測量過程需要增加精k。
原理上能夠把所需的頻率范圍分成多個頻率窗口并在每個頻率窗口 內(nèi)計算最關(guān)鍵的頻率。
對于每個或至少一些關(guān)鍵頻率，執(zhí)行上述的測量過程以改善測量。另 外或可替選地，可以在感興趣的頻率范圍內(nèi)的其它點執(zhí)行測量過程。
針對其執(zhí)行測量的頻率可以在感興趣的頻率范圍內(nèi)線性地或?qū)?shù)地 分布。然而在有利的實施例中，接近上述關(guān)鍵頻率的測量頻率叫的密度 大于在遠離關(guān)鍵頻率的頻鐠范圍內(nèi)的測量頻率叫的密度。這使得能夠獲 得元件l的更可靠的表征。
4.1測量設(shè)備
圖4公開了用于執(zhí)行改進的測量方法的一般的測量設(shè)備2、 3。在最 一般的情況下，測量設(shè)備2、 3包括產(chǎn)生電壓qh到cpn的n個可調(diào)的電壓 源，這些電壓通過阻抗^到Zn而被饋送給端子pi到pn。電壓^到cpn
都具有相等的頻率和已知的相位關(guān)系。阻抗A到Zn實際上可以是O或者
如下所述，可以是可調(diào)的潛在非零值。提供控制單元3用于自動調(diào)節(jié)電壓
源，以及在可應(yīng)用時，調(diào)節(jié)阻抗^到Zn。
對于圖4的設(shè)備，具有
<p = u + (13)
其中(()- (Cp卜.(Pn)是電壓源的電壓，U=(Ul...Un)是端子p卜.pn的輸入電 壓，D是具有對角線元素Zi到Zn的對角矩陣。結(jié)合公式(11)到(13)給出輸入電壓u和施加的電壓cp之間的以 下關(guān)系
u = (I + D.Y)-工.(p. (14) 其中I是nxn的單位矩陣。
如上所述，施加的電壓u應(yīng)當對應(yīng)于估計的導納矩陣Y，的特征值vk。 不過一般地說，其不能和這個條件精確地匹配，因為電壓源不能產(chǎn)生任何 任意的電壓值，而只能產(chǎn)生一組離散的值。如果可以產(chǎn)生的電壓值的數(shù)量 少，則阻抗Zi到Zn可被設(shè)計為可調(diào)的，以便獲得大量不同的輸入電壓u。
輸入電壓矢量Uk可被表示為特征值Vi的線性組合，即
Ujc = J] "iV圼 (15)
(Xi是系數(shù)。結(jié)合公式(15)、 (11)和(12)得到
i = S AiQ^Vi * (5》 i=l
因此，為了使第k個特征值k對與其它特征值成比例的輸入電流矢 量i的影響最大化，必需最小化以下的誤差函數(shù)
1^1-. (16)
換句話說，對于每個特征值必須求出系數(shù)ai...an (在一組可能 的系數(shù)當中，這組系^A—個有限集，這是由于測量設(shè)備2固有的離散 性)，對于這些系數(shù)，公式(16)的項最小。
如果測量i殳備2具有可調(diào)的電壓源和阻抗，如圖5所示，則
a = [vi…1 (工十D ' Y'廣1 ' q> (17》
一般地說，用于執(zhí)行上述方法的測量設(shè)備2、 3應(yīng)當包括n個可編程 的電壓發(fā)生器IO,用于對被測元件l的n個端子施加電壓圖形u。此外， 測量設(shè)備應(yīng)當包括n個電流傳感器ll，用于測量電流i。測量設(shè)備應(yīng)當適 于對端子PL..Pn連續(xù)地施加至少n個合適的電壓圖形u,用以自動測量元 件l的線性響應(yīng)。對于具有兩個以上的端子ph...，pn的元件1,這是尤其有利的，因為對于具有n>2個端子pL..pn的元件1使用這種類型的自動
測量能夠大大提高速度和精度，同時降低成本。
有利的是，測量設(shè)備2、 3應(yīng)當包括控制單元3，用于利用上述估計 過程和測量過程執(zhí)行測量。
測量設(shè)備2、 3的一個可能的實施例如圖5所示。在該設(shè)備2、 3中， 對于每個輸入端子Pl...Pn提供用于產(chǎn)生具有可調(diào)幅值和相位的單個電壓
())i的電壓發(fā)生器10。測量設(shè)備還包括n個電流傳感器11，每個電流傳感 器用于測量至/來自于每個端子ph..pn的電流。控制單元3能夠通過控制 電壓發(fā)生器10而直接設(shè)置施加的輸入電壓u。如果可由每個電壓發(fā)生器 10產(chǎn)生的電壓值的數(shù)量少，則可以通過最小化公式(16)的項來計算對
于給定的特征矢量Vk的最佳電壓。對于每個施加的電壓圖形Uk，控制單
元3借助于電流傳感器11測量通過端子plv..，pn的電流i。
圖6示出了測量設(shè)備的另 一個可能的實施例。該設(shè)備只包括一個電壓 源4。來自電壓源4的電壓op被饋送給由控制單元3控制的n個電壓變換 器5，電壓源4和電壓變換器5用于代替前一個實施例的電壓發(fā)生器10。 每個電壓變換器5選擇性地將一個端子p!,…，pn直接連接到電壓cp、通過 阻尼電路6連接到電壓(p、通過阻抗7接地、直接接地、或者使端子Ph...，pn 保持斷開(無窮大阻抗)。這種測量電路的優(yōu)點在于，其只需要一個電壓 源4?？梢杂晒?16)和(17)計算對于每個值來說電壓變換器的合適 的設(shè)置。
對結(jié)果的進一步處理
如上所述，對于給定的頻率，所描述的改進的測量過程產(chǎn)生一組電壓 圖形Uk以及對應(yīng)的電流圖形ik,它們充分地表征給定頻率下元件1的線 小生響應(yīng)。
對于k=l，...，n,值Uk和ik在原理上可^:轉(zhuǎn)換成導納矩陣Y或者對應(yīng) 的阻抗矩陣Z的更精確的估計。不過，如果導納矩陣Y的最小特征值和 最大特征值相差若干數(shù)量級，則這種矩陣Y難以利用浮點計算進行數(shù)值 處理，這是由于數(shù)值算法的舍入誤差和有限的精度的緣故。因而，在本發(fā) 明的有利的實施例中，矢量對Uk和ik被直接用于進一步處理，而不用事 先轉(zhuǎn)換為導納矩陣Y或阻抗矩陣Z。
例如，測量過程的結(jié)果可例如用于上述的FRA，或者用于對元件1 的電性能或包括元件1的網(wǎng)絡(luò)的電性能進行建模。這種模型例如一般可用
15于分析網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，或者尤其是用于分析其對給定事件的響應(yīng)。
附圖標記列表
1 ,皮測元件
2 測量i殳備
3控制單元，測量設(shè)備的一部分
4 單個電壓源 5電壓變換器
6 阻尼電路
7 阻抗
10電壓發(fā)生器 11電流傳感器
1權(quán)利要求
1. 一種用于確定元件(1)在至少一種測試端子配置下的線性電響應(yīng)的方法，其中所述元件(1)是包括若干端子(p1，...，pn)的變壓器、發(fā)電機或電動機，所述方法包括以下步驟步驟a)，對所述端子(p1，...，pn)應(yīng)用一組端子配置，以獲得描述所述元件(1)對于施加到端子(p1，...，pn)的任何電壓圖形或電流圖形的線性電響應(yīng)的數(shù)據(jù)，其中所述一組端子配置不包括測試端子配置，以及步驟b)，通過所述數(shù)據(jù)計算在測試端子配置下的響應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟b)包括計算元件(1)在多種 不同的測試端子配置下的響應(yīng)。
3. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述步驟a)包括步驟同時把所述元件(1)的多個端子(pi，…，pn)，特別是所有的端子(p^…，Pn),連接到測量設(shè)備(2， 3)，這適用于產(chǎn)生所述一組端子配置，并適用于測 量所述元件(1)對于所述端子配置的響應(yīng)。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中對于每個端子(Pi，...，Pn),所述測量設(shè)備(2, 3)包括可調(diào)電壓源(10; 4, 5)，和/或 可調(diào)電流源，和/或可調(diào)阻抗(Zh…，Zn)，其中所述一組端子配置通過分別調(diào)節(jié)所述電壓源(10; 4， 5)、電流 源和/或阻抗(Zh... ，Zn)而凈皮產(chǎn)生。
5. 如權(quán)利要求3或4中的任一項所述的方法，其中所述電壓源(10; 4, 5)、電流源和/或阻抗(Zh…,Zn)在所述測量i殳備(2, 3)的控制下被自 動調(diào)節(jié)。
6. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述步驟b)包括步驟 計算兩個不同端子(Pi，…Pn)之間的電壓比和/或電壓相位差。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述步驟b)包括步驟作為頻率 的函數(shù)來計算兩個不同端子(Ph…Pn)之間的電壓比和/或電壓相位差。
8. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述元件(1)具有兩 個以上的端子(plv..，Pn)。
9. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述元件(1)是高壓 或中壓設(shè)備(l)。
10. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)包括一組N個線性獨立的電流和電壓矢量對ik, Uk，每個對描述所述端子(ph...,pn)上 的電壓和對應(yīng)的電流，其中N是所述元件(1)的被測量的端子(Pi，...，Pn) 的數(shù)量。
11. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述數(shù)據(jù)描述所述元件(1)在小于100Hz和大于500kHz之間的頻率范圍內(nèi)的線性電響應(yīng)。
12. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法，其中所述步驟a)包括估計過程，包括步驟通過對所述端子(pi，…pn)施加電壓并測量所 述元件(1)的響應(yīng)，確定所述元件(1)的估計的導納矩陣Y，，以及測量過程，包括步驟對所述元件(1)的端子(ph...,pn)施加若干電 壓圖形Uk,每個電壓圖形Uk對應(yīng)于所述估計的導納矩陣Y，的特征矢量Vk， 對于施加的每個電壓圖形Uk,確定所述元件(1)的響應(yīng)。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中所述電壓圖形Uk是借助于測量 設(shè)備(2， 3)而產(chǎn)生，所述測量"i殳備能夠?qū)λ龆俗?pi，...，pn)施加一組離 散的不同的電壓圖形uk，其中每個電壓圖形Uk對應(yīng)于具有以下特性的所 述組的成員，即項<formula>formula see original document page 3</formula>最小，其中^，…，、是估計的導納矩陣Y，的n個特征值，以及 n具有系數(shù)(Xi。
14. 如前面任何一個權(quán)利要求所述的方法的使用，用于通過以下步驟 表征所i^L件(1):提供用于描述所述元件(1)在所述測試端子配置下的第一響應(yīng)的參考，使用所述步驟a)測量所述元件(1)的實際狀態(tài)，以及使用所述步驟b)計算在所述測試端子配置下的第二響應(yīng)，以及 比較所述第 一響應(yīng)和所述第二響應(yīng)。
15.如權(quán)利要求14所述的使用，其中所述參考由在步驟a)之前執(zhí)行 的測量所導出。
全文摘要
為了表征電氣元件(1)，即中壓或高壓變壓器、電動機或發(fā)電機，執(zhí)行兩步過程。在第一步，對元件(1)的端子(p₁，…，p_n)應(yīng)用一組端子配置，以便獲得描述元件(1)對于施加到端子(p₁，…，p_n)的任何電壓圖形u_k或電流圖形i_k的線性電響應(yīng)的數(shù)據(jù)。典型地，這種數(shù)據(jù)例如根據(jù)導納矩陣Y或阻抗矩陣Z，或者有利地由一組電流和電壓矢量(i_k，u_k)來表達。在第二步，可以使用該數(shù)據(jù)計算元件(1)在測試端子配置下的線性電響應(yīng)。這個過程允許確定在任何所需的測試端子配置下的響應(yīng)，而不需要執(zhí)行在測試端子配置下的測量。
文檔編號G01R31/28GK101460856SQ200680054880
公開日2009年6月17日 申請日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者克里斯托夫·海茨, 奧拉夫·霍內(nèi)克爾, 比約恩·古斯塔夫森, 馬丁·蒂貝里 申請人:Abb技術(shù)有限公司