一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，所述方法包括(1)采集电流电压信号模数；(2)初始化参数，设迭代次数Num＝1；(3)计算频率分辨率和相角分辨率；(4)构建离散正弦信号原子；(5)选取最佳原子；(6)计算最佳频率和最佳相角；(7)更新式Num＝Num+1所示的迭代次数；(8)判断是否满足计算误差要求；(9)计算容性设备介损角。本发明避免了非同步采样以及现场噪声对介损角计算结果的影响，能够实现对介损角的准确测量。本发明通过多次迭代及迭代匹配追踪算法得到基波相位角的准确值。
【专利说明】一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种介损角计算方法，具体讲涉及一种基于迭代匹配追踪容性设备介 损角计算方法。
【背景技术】
[0002] 高压电力设备中大部分是电容型绝缘设备，其绝缘性能用介损角的介质损耗角S 的参数来衡量，它准确反映了绝缘的整体性能。对介损角的精确监测能为电气设备故障诊 断提供可靠依据并为电力系统安全稳定运行提供重要保障。
[0003] 正常情况下，介损角的值很小，约为0. 001?0. 02rad，实际测量中由于真值过小， 常容易被误差所淹没。介损角的监测方法目前主要有硬件法和软件法。硬件法主要包括西 林电桥法和数字化过零法，基于硬件法测量介损角计算速度快，但存在抗干扰能力差、测量 精度低、累计误差等缺点。基于软件法对待测信号进行分析与处理已成为目前介损角测量 的主要方法。其中，快速傅里叶分析法（FFT)目前应用最广，该法主要通过对容性设备电 压、电流数字信号进行加窗截断、并通过FFT变换求得电压信号、电流信号相位角，进而求 得介损角。然而由于电力系统的频率常常发生波动，难以保证对待分析的信号准确做到同 步采样或整周期截断，使FFT存在频谱泄露以及栅栏效应，其分析结果尤其是相位结果误 差很大，难以直接将傅里叶分析用于介损角的测量。通常可采用加窗截断以及频谱校正以 减小计算误差。但是，采用加窗法并不能从根本上克服频谱泄露的影响；同时，加窗后依然 存在栅栏效应；而且，该法对采样频率有一定的要求，且为减小负频率的影响采样长度不可 过短。这些原因都限制了传统的基于FFT理论的介损角计算方法的计算结果精度的提高。 进一步分析即可知晓，基于傅里叶分析的信号表示方法，试图通过有限正交基函数的集合 来表示任意信号，一旦基确定下来后，信号的表示方法也就随之确定，很难随着信号的变化 进行自适应的改变，故传统基于傅里叶分析的信号表示方法其表示信号的能力有限。进而， 基于傅里叶分析原理的介损角测量算法，其计算结果精度也是受影响的。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方 法，对被测电流电压信号进行模数采样，得到离散信号；通过被测信号在正弦信号过完备原 子库中进行迭代匹配追踪以精确计算介损角值。其中，模数采样是指通过对被测电流信号、 电压信号进行模数转换，得到两信号离散序列，由于只要准确分析基波信号，并不严格要求 高采样频率，可采用1?2. 5kHz，以减少硬件要求。该方法避免了非同步采样以及现场噪声 对介损角计算结果的影响，能够实现对介损角的准确测量。
[0005] 本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
[0006] -种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其改进之处在于，所述方法包 括
[0007] (1)采集电流电压信号模数；
[0008] ⑵初始化参数，设迭代次数Num = I ;
[0009] (3)计算频率分辨率和相角分辨率；
[0010] (4)构建离散正弦信号原子；
[0011] (5)选取最佳原子；
[0012] (6)计算最佳频率和最佳相角；
[0013] (7)更新式Num = Num+1所示的迭代次数；
[0014] (8)判断是否满足计算误差要求；
[0015] (9)计算容性设备介损角。
[0016] 优选的，所述步骤（1)包括测量容性设备电压信号和电流信号，并用采样频率为fs的模数转换环节得到离散电压信号Xu和离散电流信号X1，使采样长度为N。
[0017] 优选的，所述步骤⑵包括对参数初始化，设当前迭代次数Num = 1 ;令
【权利要求】
1. 一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在于，所述方法包括 (1) 采集电流电压信号模数； (2) 初始化参数，设迭代次数Num = 1 ; (3) 计算频率分辨率和相角分辨率； (4) 构建离散正弦信号原子； (5) 选取最佳原子； (6) 计算最佳频率和最佳相角； (7) 更新式Num = Num+1所示的迭代次数； (8) 判断是否满足计算误差要求； (9) 计算容性设备介损角。
2. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在 于，所述步骤（1)包括测量容性设备电压信号和电流信号，并用采样频率为fs的模数转换 环节得到离散电压信号Xu和离散电流信号X1，使采样长度为N。
3. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征 在于，所述步骤⑵包括对参数初始化，设当前迭代次数Num= 1 ;令.C,, =/；W=55HZ， /^ = /^=45?, 设置正整数M与J的数值；设定计算结果误差限 e 〇
4. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在
计算当前迭代次数下频率分辨率与相角分 辨率。
5. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在 于，所述步骤⑷包括由正弦信号原子构建离散正弦信号原子
其中，为正弦信号，fs为采样频率；N为离散信号的采样长度，且有m = 0, 1，2,…，M ;j = 0, 1，2,…，J ;kn为正整数倍率归一化系数，使得原子满足归一化条件，其 计算方法为：
6. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在 于，所述步骤（5)包括根据匹配追踪算法，按下式选取当前迭代次数下最佳原子，
其中，〇?=，./=,)为最佳原子所在位置，I〈X，Gnm (m，j) > I为信号X与原子Gnm (m，j)的 内积的绝对值，sup I〈X，Gnuii (m，j) > I 为 I〈X，GNum (m，j) > I 的最大值，且有 m = 0, 1，2,…，M，j =0, 1，2,…，J。
7. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在
于，所述步骤（6)包括用公式 计算当前迭代次数下的最佳频率和最 佳相角。
8. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征 在于，所述步骤⑵包括更新式Num = Num+1所示的当前迭代次数，；更新/iL，/.4?， ?Xum，him，
9. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征 在于，所述步骤⑶包括判断是否满足计算误差要求，即返回步骤3; I#=,-则迭代停止，得到该信号基波相位角邊=多=, ' 1 ， 〇
10. 如权利要求1所述的一种基于迭代匹配追踪容性设备介损角计算方法，其特征在 于，所述步骤（9)包括计算电流和电压离散信号，得到其电流信号基波相位角病\电压信号
【文档编号】G06F19/00GK104360170SQ201410602142
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】王永强, 袁帅, 谢军, 毕建刚, 律方成, 杨宁, 杨圆, 常文治, 弓艳朋 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 华北电力大学（保定）, 国网天津市电力公司