專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)測(cè)試領(lǐng)域，具體是一種電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
電壓互感器實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電壓信號(hào)的變換與傳遞，廣泛應(yīng)用于測(cè)量?jī)x器、儀表和繼電保護(hù)或控制裝置中，是連接電力系統(tǒng)一次側(cè)與二次側(cè)之間的“橋梁”。電壓互感器的動(dòng)態(tài)性能直接決定著電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置的整體運(yùn)行水平。為提高電壓互感器在動(dòng)態(tài)環(huán)境下的工作能力和穩(wěn)定性，電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法的研究是急需解決的關(guān)鍵難題。電壓互感器的頻率響應(yīng)函數(shù)在簡(jiǎn)諧激勵(lì)時(shí)為穩(wěn)態(tài)輸出相量與輸入相量之比。但是電壓互感器一般工作在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，當(dāng)輸入為瞬態(tài)激勵(lì)時(shí)，電壓互感器的頻率響應(yīng)函數(shù)為輸出的傅里葉變換與輸入的傅里葉變換之比。由于在實(shí)際測(cè)試時(shí)，采樣頻率與電網(wǎng)電壓的基波頻率無(wú)法保持嚴(yán)格的整數(shù)倍關(guān)系，對(duì)電壓互感器的輸入輸出信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換時(shí)，往往存在嚴(yán)重的頻譜泄漏，影響頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確性。此外，在電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)荷的大量存在，電網(wǎng)電壓信號(hào)中往往包含有豐富的諧波，諧波間的相互泄漏干擾也降低了頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)的準(zhǔn)確度。目前，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)環(huán)境下的電壓互感器頻率響應(yīng)函數(shù)準(zhǔn)確估計(jì)，正弦掃頻測(cè)試、低頻法測(cè)試、虛擬儀器、自譜計(jì)算等技術(shù)被引入頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)中，但是仍缺乏準(zhǔn)確度高、抗頻譜泄漏能力強(qiáng)的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，利用三角與矩形互卷積窗抑制頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)中的頻譜泄漏和諧波間相互干擾，通過(guò)離散頻譜峰值加權(quán)平均實(shí)現(xiàn)頻譜修正，從而提高電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)準(zhǔn)確度。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出的解決方案為利用三角與矩形互卷積窗對(duì)離散化的激勵(lì)與響應(yīng)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)，對(duì)加權(quán)后的激勵(lì)與響應(yīng)做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權(quán)平均算法修正激勵(lì)和響應(yīng)的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)結(jié)果為修正后的響應(yīng)頻譜函數(shù)與激勵(lì)頻譜峰值之比，具體包括以下步驟a.采用周期性電壓信號(hào)作為電壓互感器的激勵(lì)，將激勵(lì)接入電壓互感器的輸入端，對(duì)激勵(lì)進(jìn)行采集獲得離散化的激勵(lì)信號(hào)；b.對(duì)電壓互感器的輸出端信號(hào)進(jìn)行采集，將所采集的輸出端信號(hào)作為電壓互感器的響應(yīng)，得到離散化的響應(yīng)信號(hào)；c.確定待分析的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N，提取起止時(shí)間相同、長(zhǎng)度均為N的離散化激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)，分別為X (η)和y(n)；
d.將長(zhǎng)度均為N/2的三角窗函數(shù)與矩形窗函數(shù)進(jìn)行卷積，并在卷積結(jié)果的末尾補(bǔ)I個(gè)零，得到長(zhǎng)度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)；e.利用長(zhǎng)度為N的三角與矩形互卷積窗w(η)對(duì)離散化激勵(lì)信號(hào)χ(η)和響應(yīng)信 號(hào)y(n)分別加權(quán)，得到加權(quán)后的激勵(lì)信號(hào)xw(η)和響應(yīng)信號(hào)yw(η)；f.對(duì)加權(quán)后的激勵(lì)信號(hào)Xw(η)和響應(yīng)信號(hào)yw(n)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)和響應(yīng)頻譜函數(shù)Y(n)；g.搜索激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)和響應(yīng)頻譜函數(shù)Y(n)，得到激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)的幅度最大點(diǎn)X1和次大點(diǎn)X2、響應(yīng)頻譜函數(shù)Y (η)的幅度最大點(diǎn)Y1和次大點(diǎn)Y2,利用離散頻譜峰值加權(quán)平均算法得到修正后的激勵(lì)頻譜峰值Xm和響應(yīng)頻譜峰值Ym，具體計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法，其特征在于利用三角與矩形互卷積窗對(duì)離散化的激勵(lì)與響應(yīng)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)，對(duì)加權(quán)后的激勵(lì)與響應(yīng)做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權(quán)平均算法修正激勵(lì)和響應(yīng)的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)結(jié)果為修正后的響應(yīng)頻譜函數(shù)與激勵(lì)頻譜峰值之比，具體包括以下步驟a.采用周期性電壓信號(hào)作為電壓互感器的激勵(lì)，將激勵(lì)接入電壓互感器的輸入端，對(duì)激勵(lì)進(jìn)行采集獲得離散化的激勵(lì)信號(hào)；b.對(duì)電壓互感器的輸出端信號(hào)進(jìn)行采集，將所采集的輸出端信號(hào)作為電壓互感器的響應(yīng)，得到離散化的響應(yīng)信號(hào)；c.確定待分析的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N，提取起止時(shí)間相同、長(zhǎng)度均為N的離散化激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)，分別為X(n)和y(n)；d.將長(zhǎng)度均為N/2的三角窗函數(shù)與矩形窗函數(shù)進(jìn)行卷積，并在卷積結(jié)果的末尾補(bǔ)I個(gè)零，得到長(zhǎng)度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)；e.利用長(zhǎng)度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)對(duì)離散化激勵(lì)信號(hào)x(n)和響應(yīng)信號(hào)y(n)分別加權(quán)，得到加權(quán)后的激勵(lì)信號(hào)xw(η)和響應(yīng)信號(hào)yw(n)；f.對(duì)加權(quán)后的激勵(lì)信號(hào)Xw(η)和響應(yīng)信號(hào)yw(n)進(jìn)行離散傅里葉變換，得到激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)和響應(yīng)頻譜函數(shù)Y(n)；g.搜索激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)和響應(yīng)頻譜函數(shù)Y(n)，得到激勵(lì)頻譜函數(shù)X(n)的幅度最大點(diǎn)X1和次大點(diǎn)X2、響應(yīng)頻譜函數(shù)Y (η)的幅度最大點(diǎn)Y1和次大點(diǎn)Y2,利用離散頻譜峰值加權(quán)平均算法得到修正后的激勵(lì)頻譜峰值Xm和響應(yīng)頻譜峰值Ym，具體計(jì)算公式為
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述的周期信號(hào)可以是僅包含基波的電壓信號(hào)，也可以是同時(shí)包含基波和諧波的電壓信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度N是指提取的離散化激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，為便于實(shí)現(xiàn)傅里葉變換，N —般設(shè)置為2的整數(shù)次冪，若N不為2的整數(shù)次冪，可以通過(guò)在數(shù)據(jù)點(diǎn)末尾補(bǔ)零使提取的離散化激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為2的整數(shù)次冪。
4.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求I所述的電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法的裝置，其特征在于，它包括用于產(chǎn)生周期性電壓信號(hào)的激勵(lì)源，用于采集電壓互感器的激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)的多通道同步ADC，用于將激勵(lì)與響應(yīng)信號(hào)的幅值變換至ADC輸入范圍內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路，用于進(jìn)行電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)的DSP，其中激勵(lì)源輸出的周期性電壓信號(hào)與電壓互感器的輸入端相連，多通道同步ADC的兩個(gè)輸入通道通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路分別與電壓互感器的輸入端和輸出端相連，多通道同步ADC通過(guò)SPI同步通信串口與DSP相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的激勵(lì)源使用三相精密功率源KP-P3001-C，通過(guò)KP-P3001-C的操作界面設(shè)置激勵(lì)信號(hào)的幅值、頻率和初相角，對(duì)一個(gè)電壓互感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可使用A、B、C三相電壓通道中的任一輸出通道，對(duì)2個(gè)電壓互感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可使用A、B、C三相電壓通道中的任意2個(gè)輸出通道，KP-P3001-C產(chǎn)生的周期信號(hào)可以是僅包含基波的信號(hào)，也可以是同時(shí)包含基波和諧波的電壓信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的多通道同步ADC使用AD73360，AD73360的采樣頻率設(shè)置為64k Hz，選擇AD73360的兩個(gè)輸入通道，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路分別與電壓互感器的輸入端和輸出端相連，實(shí)現(xiàn)電壓互感器的激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)的采集，AD73360可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓互感器的輸入和輸出通道進(jìn)行高速、同步數(shù)據(jù)采集。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的信號(hào)調(diào)理電路使用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，將激勵(lì)和響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換至O疒I. 2V之間，激勵(lì)與響應(yīng)調(diào)理電路中還包含由電阻和電容構(gòu)成的濾波電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的DSP使用TMS320VC5502，TMS320VC5502的內(nèi)核時(shí)鐘頻率設(shè)置為300MHz，TMS320VC5502通過(guò)SPI同步通信串口與AD73360相連，其中TMS320VC5502作為SPI同步通信從機(jī)，AD73360作為SPI同步通信主機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)方法及其實(shí)現(xiàn)裝置，利用三角與矩形互卷積窗對(duì)離散化的激勵(lì)與響應(yīng)進(jìn)行時(shí)域加權(quán)，對(duì)加權(quán)后的激勵(lì)與響應(yīng)做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權(quán)平均算法修正激勵(lì)和響應(yīng)的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)結(jié)果為修正后的響應(yīng)頻譜函數(shù)與激勵(lì)頻譜峰值之比。本發(fā)明能夠抑制電壓互感器頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)中的頻譜泄漏和諧波間相互干擾，提高電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓互感器動(dòng)態(tài)頻率響應(yīng)函數(shù)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確估計(jì)。
文檔編號(hào)G01R31/00GK102944802SQ20121053530
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者溫和, 滕召勝, 黎福海, 唐璐, 章璽, 王永, 姚文軒, 成達(dá), 孟卓, 王康, 張海煥 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)