大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法
【专利摘要】本发明公开了电气设备测量领域的一种大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法。其技术方案是，通过计算无损同轴电缆传输线首端和末端的反射系数，并根据电压波从无损同轴电缆传输线首端传导末端的时间，得到无损同轴电缆传输线首端电压波和末端的电压波；然后对无损同轴电缆传输线首端电压波进行离散傅里叶变换，同时对无损同轴电缆传输线末端的电压波进行时移并做傅里叶变换；从而得到无损同轴电缆传输线末端反射系数在不同频率下的值，最后得到不同频率下被测设备的阻抗值。本发明提出的方法既能反映设备在高电压下的宽频特性，又具有较宽的频率范围，测量准确度高，具有重要的学术意义和工程应用价值。
【专利说明】大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气设备测量领域，尤其涉及一种大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法。
【背景技术】
[0002]随着电网建设的快速发展，电网规模日益庞大，电力系统中设备的额定电压和额定功率也不断地提高，为提高设备的耐压耐流特性，设备尺寸也不断地增加。设备宽频特性测量是建立设备宽频模型的基础，是分析电力系统电磁环境的关键步骤之一。在设备宽频测量方面，目前常用的测量方法包括基于阻抗分析仪的阻抗测量方法、基于网络分析仪的散射参数测量法和时域脉冲法测量法。
[0003]阻抗分析仪和网络分析仪是由线性系统频域分析发展起来的频域测量技术，主要是利用某种方法，使正弦信号的频率随时间按一定规律、在一定范围内扫动以获得线性系统的频率响应特性。基于阻抗分析仪和网络分析仪的扫频测量方法是通过仪器内部产生正弦扫频信号以获得设备的宽频特性，利用上述方法测量得到的设备宽频特性精度较高。但由于仪器内部产生的正弦信号幅值较很小，测量得到的设备宽频特性无法反映设备在高压下的宽频特性。
[0004]时域脉冲测量法是通过在被测设备两端产生一个脉冲信号，分别利用电压探头和电流探头测量设备两端的电压和回路电流，对数据进行后处理以获得设备的宽频特性。时域脉冲测量法产生的脉冲信号幅度可以达到数千伏，因此，利用时域脉冲测量法可以反映设备在高电压下的宽频特性。时域脉冲测量法的测量频率范围主要由脉冲信号源决定，但当脉冲信号频带较宽时，连接信号发生器和被测设备的引线会在高频时产生传输线效应，脉冲信号在阻抗不匹配处产生多次反射，从而导致测量信号的失真，无法用于进一步的分析处理。因此，时域脉冲测量方法的测试频率范围相对较小，一般在IMHz以内。
[0005]综上所述，研究一种既能反映设备在高电压下的宽频特性，又具有较宽的频率范围的测量方法，具有重要的学术意义和工程应用价值。
【发明内容】
[0006]针对【背景技术】中提到的目前常用的测量方法无法实现既能反映设备在高电压下的宽频特性，又具有较宽的频率范围的问题，本发明提出了一种大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法。
[0007]—种大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法，将信号源等效为理想电压源和内阻的串联，信号源的输出端通过设定长度的无损同轴电缆传输线与被测设备相连；无损同轴电缆传输线的芯线连接被测设备，屏蔽层在两端接地；其特征在于，所述方法具体包括以下步骤:
[0008]步骤1:计算无损同轴电缆传输线首端和末端的反射系数；
[0009]步骤2:使信号源产生一个高压脉冲电压波Us(t);并根据电压波从无损同轴电缆传输线首端传导末端的时间为T，得到无损同轴电缆传输线首端电压波U1 (t)和末端的电压波U2 (t);
[0010]步骤3:对步骤2中无损同轴电缆传输线首端电压波进行离散傅里叶变换，同时对无损同轴电缆传输线末端的电压波进行时移并做傅里叶变换；
[0011]步骤4:根据式步骤3得到的结果，得到无损同轴电缆传输线末端反射系数在不同频率下的值，从而得到不同频率下被测设备的阻抗值。
[0012]步骤I中，计算无损同轴电缆传输线首端和末端的反射系数的公式为:
【权利要求】
1.一种大尺度电气设备阻抗宽频特性的时域测量方法，将信号源等效为理想电压源和内阻的串联，信号源的输出端通过设定长度的无损同轴电缆传输线与被测设备相连；无损同轴电缆传输线的芯线连接被测设备，屏蔽层在两端接地；其特征在于，所述方法具体包括以下步骤: 步骤1:计算无损同轴电缆传输线首端和末端的反射系数； 步骤2:使信号源产生一个高压脉冲电压波us(t);并根据电压波从无损同轴电缆传输线首端传导末端的时间为T，得到无损同轴电缆传输线首端电压波1!1(0和末端的电压波U2⑴; 步骤3:对步骤2中无损同轴电缆传输线首端电压波进行离散傅里叶变换，同时对无损同轴电缆传输线末端的电压波进行时移并做傅里叶变换； 步骤4:根据式步骤3得到的结果，得到无损同轴电缆传输线末端反射系数在不同频率下的值，从而得到不同频率下被测设备的阻抗值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤I中，计算无损同轴电缆传输线首端和末端的反射系数的公式为:
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中，根据电压波从无损同轴电缆传输线首端传导末端的时间，得到无损同轴电缆传输线首端电压波ujt)和末端的电压波U2 (t)的过程为: 当O≤t≤2 T时，无损同轴电缆传输线首端电压波U1 (t)的公式为:
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，对步骤2中无损同轴电缆传输线首端电压波进行离散傅里叶变换，同时对无损同轴电缆传输线末端的电压波进行时移并做傅里叶变换的过程为:步骤301:对无损同轴电缆传输线首端电压波U1 (t)进行离散傅里叶变换:
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4中，根据步骤3的结果，得到传输线末端反射系数在不同频率下的值，从而得到不同频率下被测设备的阻抗值的过程为:步骤401:根据步骤3的结果，分别将时域和频域中无损同轴电缆传输线末端的电压波u2(t)和首端电压波U 1 (t)相除，得到无损同轴电缆传输线末端反射系数在不同频率下的值:
【文档编号】G01R27/06GK103439580SQ201310412768
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】方超, 齐磊, 崔翔 申请人:华北电力大学