一种小信号电缆导体交流电阻测量方法、系统及装置与流程

1.本发明涉及一种小信号电缆导体交流电阻测量方法、系统及装置，属于电气技术中电缆运行和测量技术领域。


背景技术：

2.目前电缆是电力系统电能输送的主要通道，当有电流流过时，由于导体电阻的存在会产生损耗，并且以热能的形式散失在周围的介质中。该损耗导致的温室气体间接排放，是电网企业温室气体排放的一个重要来源。描述该损耗的一个重要指标是电缆导体的电阻，根据输电系统性质可分为直流电阻和交流电阻。在直流输电系统中，电缆导体中的直流电流均匀分布于导体截面。在交流输电系统中，电缆导体中通过交流电流，由于趋肤效应和邻近效应降低电缆导体有效导电面积，从而使得交流电阻与直流电阻产生差异，因此单纯使用直流电阻无法准确描述交流输电系统的电缆损耗。针对电缆导体交流电阻测量，国内外均开展了大量的研究工作，但是目前未形成测量标准，传统的电缆导体交流电阻测量方法其测量效率和测量精度均无法满足工程需求。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种小信号电缆导体交流电阻测量方法、系统及装置，解决了背景技术中披露的问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
5.一种小信号电缆导体交流电阻测量方法，包括：
6.获取同步采样的待测电缆导体端电压和参考电阻端电压，其中，参考电阻与待测电缆导体串联，同步采样基于小电流触发；
7.根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线；
8.根据待测电缆导体端电压曲线，计算待测电缆导体端电压有效值和相位角；
9.根据参考电阻端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线；
10.根据参考电阻端电压曲线，计算参考电阻端电压有效值和相位角；
11.根据待测电缆导体端电压有效值和相位角、参考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算待测电缆导体交流电阻。
12.触发同步采样的小电流为输入参考电阻与待测电缆导体串联电路的工频交流恒定小电流。
13.根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线，包括：
14.根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法，获取待测电缆导体端电压模型函数；
15.根据待测电缆导体端电压模型函数进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线。
16.根据参考电阻端电压，采用最小二乘法，获取参考电阻端电压曲线，包括：
17.根据参考电阻端电压，采用最小二乘法，获取参考电阻端电压模型函数；
18.根据参考电阻端电压模型函数进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线。
19.最小二乘法目标函数为：
[0020][0021]
其中，l为最小二乘法目标函数，u为端电压，f为端电压模型函数，t为采样时间，a为端电压幅值，为端电压相角，m为采样数，ui为第i个端电压采样值，ti为第i个采样时间，ai为第i个端电压采样值对应的幅值估计值，为第i个端电压采样值对应的相位角估计值。
[0022]
参考电阻为无感线性标准电阻。
[0023]
根据待测电缆导体端电压有效值和相位角、参考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算待测电缆导体交流电阻，包括：
[0024]
根据参考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算参考电阻与待测电缆导体串联电路中电流的有效值和相位角；
[0025]
根据串联电路中电流的有效值和相位角、待测电缆导体端电压有效值和相位角，计算待测电缆导体交流电阻。
[0026]
一种小信号电缆导体交流电阻测量系统，包括，
[0027]
采样获取模块：获取同步采样的待测电缆导体端电压和参考电阻端电压，其中，参考电阻与待测电缆导体串联，同步采样基于小电流触发；
[0028]
待测电缆导体端电压曲线获取模块：根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线；
[0029]
待测电缆导体端电压有效值和相位角计算模块：根据待测电缆导体端电压曲线，计算待测电缆导体端电压有效值和相位角；
[0030]
参考电阻端电压曲线获取模块：根据参考电阻端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线；
[0031]
参考电阻端电压有效值和相位角计算模块：根据参考电阻端电压曲线，计算参考电阻端电压有效值和相位角；
[0032]
待测电缆导体交流电阻计算模块：根据待测电缆导体端电压有效值和相位角、参考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算待测电缆导体交流电阻。
[0033]
一种小信号电缆导体交流电阻测量装置，包括交流恒流电源、第一采样器、第二采样器和处理器；
[0034]
处理器执行根据权利要求1至7所述方法中的任一方法；
[0035]
交流恒流电源为参考电阻与待测电缆导体串联电路注入电流；
[0036]
第一采样器采样待测电缆导体端电压，第二采样器采样参考电阻端电压，
[0037]
第一采样器和第二采样器的触发端均连接交流恒流电源的输出端，第一采样器和第二采样器的输出端均连接处理器。
[0038]
第一采样器和第二采样器均为adc采样器。
[0039]
本发明所达到的有益效果：本发明能够利用小电流避免电缆发热带来的测量精度
误差，同时能够节约通电后电缆静止等待温度稳定的时间，提高测量效率，利用最小二乘算法曲线拟合解决了小电流易受干扰的问题，实现快速、精确的电缆导体交流电阻测量，能够满足工程测量需求。
附图说明
[0040]
图1为本发明方法的流程图；
[0041]
图2为本发明装置的结构框图。
具体实施方式
[0042]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0043]
如图1所示，一种小信号电缆导体交流电阻测量方法，包括：
[0044]
步骤1，获取同步采样的待测电缆导体端电压和参考电阻端电压，其中，参考电阻与待测电缆导体串联，同步采样基于小电流触发；
[0045]
步骤2，根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线；根据参考电阻端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线；
[0046]
步骤3，根据待测电缆导体端电压曲线，计算待测电缆导体端电压有效值和相位角；根据参考电阻端电压曲线，计算参考电阻端电压有效值和相位角；
[0047]
步骤4，根据待测电缆导体端电压有效值和相位角、参考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算待测电缆导体交流电阻。
[0048]
上述方法能够利用小电流避免电缆发热带来的测量精度误差，同时能够节约通电后电缆静止等待温度稳定的时间，提高测量效率，利用最小二乘算法曲线拟合解决了小电流易受干扰的问题，实现快速、精确的电缆导体交流电阻测量，能够满足工程测量需求。
[0049]
在进行测量之前先进行硬件的连接，将参考电阻和待测电缆导体串联，其中，参考电阻采用无感线性标准电阻，其端电压与通过的电流同相位，并且交直流电阻比为1。
[0050]
测量时，对串联电路通入工频交流恒定小电流，该电流作为同步采样的触发信号，进行待测电缆导体端电压和参考电阻端电压(电压瞬时值)同步采样。
[0051]
获取到待测电缆导体端电压和参考电阻端电压后，采用最小二乘法进行曲线拟合，获得待测电缆导体端电压曲线和参考电阻端电压曲线。
[0052]
其中，待测电缆导体端电压曲线获取方法/步骤可以为：
[0053]
11)根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法，获取待测电缆导体端电压模型函数；
[0054]
12)根据待测电缆导体端电压模型函数进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线。
[0055]
参考电阻端电压曲线获取方法/步骤可以为：
[0056]
21)根据参考电阻端电压，采用最小二乘法，获取参考电阻端电压模型函数；
[0057]
22)根据参考电阻端电压模型函数进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线。
[0058]
假设注入交流恒定正弦小电流，那么端电压可表示为：
[0059][0060]
其中，u为端电压，f为端电压模型函数，t为采样时间，a为端电压幅值，为端电压相角，w为端电压角频率；
[0061]
由于注入工频电流所以端电压角频率已知，因此上述函数中a和为未知参数；
[0062]
最小二乘法目标函数可以定义为：
[0063][0064]
其中，l为最小二乘法目标函数，m为采样数，ui为第i个端电压采样值，ti为第i个采样时间，ai为第i个端电压采样值对应的幅值估计值，为第i个端电压采样值对应的相位角估计值。
[0065]
求解上述参数，可获得a和从而可获得完整的模型函数，可拟合出端电压曲线。
[0066]
根据端电压曲线，分别计算待测电缆导体和参考电阻的端电压有效值、相位角，分别为和
[0067]
由于参考电阻采用无感线性标准电阻，无感线性标准电阻特性为：无感线性标准电阻无感抗或容抗分量，即其端电压与通过该标准电阻的电流同相位；交直流电阻比为1，其交流电阻值无限趋近于其直流电阻，即可用直流电阻代替交流电阻值。
[0068]
基于上述特征，根据参考电阻端电压有效值和相位角，可计算参考电阻与待测电缆导体串联电路中电流的有效值和相位角；根据串联电路中电流的有效值和相位角、待测电缆导体端电压有效值和相位角，利用阻抗定义计算待测电缆导体交流电阻。
[0069]
上述方法在串联电路中注入小电流，不会引起电缆发热从而导致温度不稳定及温度分布不均匀问题，避免电缆发热带来的测量精度误差，同时能够节约通电后电缆静止等待温度稳定的时间，提高测量效率，并且上述方法使用无感线性标准电阻作为参考电阻，有效避免了外界干扰对测量结果造成的影响，大大提高了测量精度，利用最小二乘算法曲线拟合解决了小电流易受干扰的问题，实现快速、精确的电缆导体交流电阻测量，能够满足工程测量需求。
[0070]
基于同样的技术方案，本发明还公开了上述方法的软件系统，一种小信号电缆导体交流电阻测量系统，包括，
[0071]
采样获取模块：获取同步采样的待测电缆导体端电压和参考电阻端电压，其中，参考电阻与待测电缆导体串联，同步采样基于小电流触发；
[0072]
待测电缆导体端电压曲线获取模块：根据待测电缆导体端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取待测电缆导体端电压曲线；
[0073]
待测电缆导体端电压有效值和相位角计算模块：根据待测电缆导体端电压曲线，计算待测电缆导体端电压有效值和相位角；
[0074]
参考电阻端电压曲线获取模块：根据参考电阻端电压，采用最小二乘法进行曲线拟合，获取参考电阻端电压曲线；
[0075]
参考电阻端电压有效值和相位角计算模块：根据参考电阻端电压曲线，计算参考电阻端电压有效值和相位角；
[0076]
待测电缆导体交流电阻计算模块：根据待测电缆导体端电压有效值和相位角、参
考电阻端电压有效值和相位角、以及参考电阻特性，计算待测电缆导体交流电阻。
[0077]
上述各模块的工作过程与上述方法一致，这里不详细描述了。
[0078]
基于同样的技术方案，本发明还公开了一种小信号电缆导体交流电阻测量装置，如图2所示，包括交流恒流电源、第一采样器、第二采样器和处理器。
[0079]
处理器执行小信号电缆导体交流电阻测量方法，采用基于labview的工控机；
[0080]
交流恒流电源(图中的ac)为参考电阻(图中的rrf)与待测电缆导体串联电路注入电流，这里注入恒定的100ma工频正弦交流电流。交流恒流电源、参考电阻和待测电缆导体构成主电流回路，待测电缆导体与参考电阻采用四端子接线法，主电流回路包围面积尽可能小，特别地若待测电缆导体外由铠装层包裹，则利用铠装层作为电流回路部分，主电流回路导线采用带屏蔽层同轴电缆。
[0081]
第一采样器和第二采样器均为两通道高精度高速adc采样器，第一采样器采样待测电缆导体端电压，第二采样器采样参考电阻端电压，第一采样器和第二采样器的触发端均连接交流恒流电源的输出端，第一采样器和第二采样器的输出端均连接处理器。
[0082]
上述装置为了便于交互还包括与处理器连接的人机交互模块，人机交互模块采用基于labview的工控机，实现人机交互、数据库存取、测量启停、系统自检等功能。
[0083]
基于同样的技术方案，本发明还公开了一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行小信号电缆导体交流电阻测量方法。
[0084]
基于同样的技术方案，本发明还公开了一种计算设备，包括一个或多个处理器、一个或多个存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述一个或多个存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行小信号电缆导体交流电阻测量方法的指令。
[0085]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明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，本发明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。
[0086]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、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。
[0087]
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。
[0088]
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。
[0089]
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。