逐次搜索计算油纸绝缘极化等效电路参数的方法与流程

本发明涉及一种逐次搜索计算油纸绝缘极化等效电路参数的方法。

背景技术：

在油纸绝缘老化状态诊断方面，通常采用极化等效电路的参数值进行评估。目前求解等效电路参数的方法通常是构建多元非线性微分方程组，然后应用各种智能寻优算法进行搜索计算。这种寻优算法的不足之处在于：计算过程较为复杂，且每次计算时由于初始值随机产生，造成每次计算结果不尽相同；此外在迭代过程中有时会陷入局部收敛，甚至出现不收敛等现象。本发明提出的算法解决了传统寻优算法存在的繁琐运算等问题，它无需求解多元非线性微分方程组，只需要进行简单运算过程、且计算结果准确度较高、不存在随机不确定性等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种逐次搜索计算油纸绝缘极化等效电路参数的方法，该方法克服了传统参数计算时常应用寻优法求解多元非线性微分方程组的繁琐运算，且运算过程简单、计算结果不存在随机性、准确度较高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种逐次搜索计算油纸绝缘极化等效电路参数的方法，按如下步骤实现：

步骤1、首先将对变压器实测获取的去极化电流曲线id(t)进行三次微分再乘以对应的测试时间-t³，将去极化电流线id(t)转换为三次微分曲线如式(1)所示：

式中τi(i＝1,2,...)为各极化支路的时间常数；ai(i＝1,2,...)为三次微子谱线峰值系数；

步骤2、若三次微分谱线ζ(t,ai,τi)中有n个局部峰值点，则极化等效电路有n条极化支路；

步骤3、从三次微分谱线ζ(t,ai,τi)末端的峰值点获取最大时间值tmax及其对应的峰值pmax；根据三次微分子谱线ψi(i＝1,2,...,n)的时间常数τi和子谱线系数ai与最大时间常数tmax及其峰值pmax的关系，则可求解出τi和ai值，即第n(i＝n)条极化支路的时间常数τn与峰值系数an值，如式(2)所示：

步骤4、将τn与an代入式(3)中，即可求解出第n条极化支路的电阻rn和电容cn参数值；

式中u0为去极化电流测试时的充电电压，tc为充电时间；

步骤5、将当前三次微分谱线减去子谱线ψn(t)＝t³(an/τn³)e^-t/τn，得到剩余谱线；再按照步骤3和步骤4方法求出第n-1条极化支路的参数(rn-1，cn-1)值；

依次如此进行操作，直到三次微分谱线ζ(t,ai,τi)上的所有峰值点都被搜索计算结束为止；则可算出等效电路中全部极化支路的参数值ri、ci(i＝1,2,...,n)。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明提出的算法解决了传统寻优算法存在的繁琐运算等问题，它无需求解多元非线性微分方程组，只需要进行简单运算过程、且计算结果准确度较高、不存在随机不确定性等问题。

附图说明

图1为扩展德拜等效电路模型。

图2为本发明方法流程图。

图3为本发明一实施例的某台油纸绝缘变压器通过试验获得去极化电流得测试曲线。

图4为采用本发明方法获得的去极化电流三次时域微分曲线。

图5(a)为采用本发明方法获得的第一次解谱曲线。

图5(b)为采用本发明方法获得的第二次解谱曲线。

图5(c)为采用本发明方法获得的第三次解谱曲线。

图5(d)为采用本发明方法获得的第四次解谱曲线。

图5(e)为采用本发明方法获得的第五次解谱曲线。

图5(f)为采用本发明方法获得的第六次解谱曲线。

图6为采用本发明方法测试去极化电流曲线与仿真曲线对比图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

目前，在变压器油纸绝缘诊断时，通常采用扩展德拜等效电路模型的极化参数值来间接评估变压器油纸绝缘状况，如图1所示。该模型由几何电阻rg、电容cg和若干条rc串联的极化支路构成；为此，本发明提供一种逐次搜索计算油纸绝缘极化等效电路参数的方法(如图2所示)，按如下步骤实现：

步骤1、首先将对变压器实测获取的去极化电流曲线id(t)进行三次微分再乘以对应的测试时间-t³，将去极化电流线id(t)转换为三次微分曲线如式(1)所示：

式中τi(i＝1,2,...)为各极化支路的时间常数；ai(i＝1,2,...)为三次微子谱线峰值系数；

步骤2、若三次微分谱线ζ(t,ai,τi)中有n个局部峰值点，则极化等效电路有n条极化支路；

步骤3、从三次微分谱线ζ(t,ai,τi)末端的峰值点获取最大时间值tmax及其对应的峰值pmax；根据三次微分子谱线ψi(i＝1,2,...,n)的时间常数τi和子谱线系数ai与最大时间常数tmax及其峰值pmax的关系，则可求解出τi和ai值，即第n(i＝n)条极化支路的时间常数τn与峰值系数an值，如式(2)所示：

步骤4、将τn与an代入式(3)中，即可求解出第n条极化支路的电阻rn和电容cn参数值；

式中u0为去极化电流测试时的充电电压，tc为充电时间；

步骤5、将当前三次微分谱线减去子谱线ψn(t)＝t³(an/τn³)e^-t/τn，得到剩余谱线；再按照步骤3和步骤4方法求出第n-1条极化支路的参数(rn-1，cn-1)值；

依次如此进行操作，直到三次微分谱线ζ(t,ai,τi)上的所有峰值点都被搜索计算结束为止；则可算出等效电路中全部极化支路的参数值ri、ci(i＝1,2,...,n)。

本发明方法的应用实例如下：

现有某台油纸绝缘变压器通过试验获得去极化电流得测试曲线，如图3所示。试验充电电压u0＝2000v，充电时间tc＝10000s，放电时间为td＝5000s。

应用本专利提出的方法计算油纸绝缘变压器极化等效电路参数值。具体分析步骤如下：

根据本发明方法步骤1对上述测试的去极化电流曲线进行三次时域微分，经微分后的谱线如图4所示。

根据本发明方法步骤2由三次微分谱线上可明显地看出它具有6个峰值点，故可判定极化等效电路有6条极化支路。

根据本发明方法步骤3从三次微分谱线末端峰值点开始，获取最大时间值tmax及其对应的峰值pmax，并代入式(2)解出第6条极化支路的τ6和a6值，即可确定第6条三次微分子谱线ψ6，如图5(a)所示。

根据本发明方法步骤4将τ6和a6值代入式(3)，计算出对应的极化支路电阻r6和电容c6参数值。

根据本发明方法步骤5将当前三次微分谱线减去第6条三次微分子谱线ψ6，再按照本发明方法步骤3和步骤4方法求出第5条极化支路参数r5和c5值。亦即可确定第5条三次微分子谱线ψ5，如图5(b)所示。

依此逐次重复上述方法和步骤，即可以求出等效电路中其余的极化支路参数ri和ci值(i＝1,2,...,4)及对应的子谱线，如图5(c)、5(d)、5(e)和5(f)所示。参数计算结果如表1所示。

表1各极化支路等效参数值计算结果

为了进一步印证本专利算法的准确性，现将计算结果构造出极化等效电路图并进行仿真得到去极化电流曲线，然后与实测的去极化电流曲线对比，如图6所示。从图6中可以看出，仿真结果与测试曲线是相当吻合的。故表明参数计算结果是准确而且可信的。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。