一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定系统及方法与流程

本发明涉及高电压测量技术领域，具体涉及一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定系统及方法。

背景技术：

随着电网规模的逐渐扩大和相关输配电技术的不断发展，电网的安全运行为我国经济的健康发展提供重要的保障。其中电网的安全运行与目前的电力系统绝缘配合、电力系统事故定位、电力设备故障判断等研究紧密联系，而电网暂态电压的现场实际测量更是其中的重中之重，暂态电压的准确测量将有利于电力系统绝缘配合的设计。

暂态电压的事故复杂多样，而由此产生的暂态电压波形也将含有丰富的频率成分，要准确的测量暂态电压波形，必须首先对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行充分的了解。但是宽频暂态电压测量装置在事故现场环境下将受到杂散电容、杂散电感等杂散参数的影响，其传递特性将与实验室环境下的传递特性存在偏差。导致暂态电压测量不准确，可靠性差。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的测量不准确、可靠性差等技术问题，本发明提供了一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定系统及方法。本发明充分考虑实际安装现场中存在的杂散参数对宽频暂态电压测量装置传递特性的影响，能够获得准确的宽频暂态电压测量装置的传递特性。

本发明通过下述技术方案实现：

一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定系统及方法，该系统包括宽频高电压输出源、标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置；所述宽频高电压输出源生成标准高压输出信号，将生成的不同频率的标准高压输出信号同时输入到标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置中，利用标准宽频暂态电压测量装置并基于扫频法对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行标定，获得宽频暂态电压测量装置传递特性。

优选的，所述标准宽频暂态电压测量装置，具体用于将标准宽频暂态电压测量装置的输出作为传递特性待求解的宽频暂态电压测量装置的输入，通过对宽频暂态电压测量装置的输入输出数据进行幅值相位分析，补偿宽频暂态电压测量装置在宽频范围内受环境因素影响造成的传递偏差，对宽频暂态电压测量装置的传递特性标定。

优选的，所述标准宽频暂态电压测量装置，具体用于：

对宽频暂态电压测量装置在现场安装后的传递特性进行分析，建立其线性时不变模型：

y(ω)＝h(ω)*x(ω)

式中，x(ω)为宽频暂态电压测量装置输入信号的傅里叶变换结果；y(ω)为宽频暂态电压测量装置输出信号的傅里叶变换结果；h(ω)为宽频暂态电压测量装置的传递函数；

其中，宽频暂态电压测量装置的传递函数h(ω)表示为复数形式：

h(ω)＝|h(ω)|e^jφ(ω)

其中，|h(ω)|对应的曲线为系统的幅频响应曲线；φ(ω)对应的曲线为系统的相频响应曲线；

由输出信号和输入信号的幅值和相位信息获得当前测量频率下的幅频响应曲线上对应的幅值增益和相频响应曲线上的相位差。

优选的，所述宽频高电压输出源由宽频信号源、宽频功率放大器和宽频升压变压器依次串联连接而成；其中，所述宽频升压变压器的输出作为标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置的共同输入。

优选的，所述宽频信号源的频率达到百khz级，输出信号的频率分量涵盖宽频暂态电压频率范围。

优选的，所述宽频功率放大器的频率响应范围覆盖所述宽频信号源的频率范围。

优选的，所述宽频升压变压器的频率响应范围覆盖所述宽频功率放大器的频率范围。

优选的，所述标准宽频暂态电压测量装置采用阻容式高压分压器。

另一方面，基于上述传递特性标定系统，本发明还提出了一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定方法，包括以下步骤：

步骤一，生成不同频率的标准高压输出信号输入到标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置中；

步骤二，利用标准宽频暂态电压测量装置并基于扫频法对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行标定，获得宽频暂态电压测量装置传递特性。

优选的，所述步骤二中利用标准宽频暂态电压测量装置并基于扫频法对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行标定具体包括：将标准宽频暂态电压测量装置的输出作为传递特性待求解的宽频暂态电压测量装置的输入，通过对宽频暂态电压测量装置的输入输出数据进行幅值相位分析，补偿宽频暂态电压测量装置在宽频范围内受环境因素影响造成的传递偏差，对宽频暂态电压测量装置的传递特性标定。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明通过现场传递特性的标定，建立宽频高电压输出源，充分考虑到现场环境中存在的杂散因素对测量装置传递特性的影响，通过在现场环境下使用宽频高电压输出源获取测量装置的传递特性，有利于预了解测量装置现场环境下的可测量频率范围是否收到影响。

2、本发明采用扫频法获取测量装置的传递特性，弥补测量装置在宽频范围内受环境因素影响的频率传递缺陷，稳定性与可靠性高，操作方便，能够真实体现现场环境下测量装置在现场安装后的测量误差。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的传递特性标定系统结构示意图；

图2为本发明的宽频高电压输出源结构示意图；

图3为本发明的传递特性标定方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定系统，如图1所示，该系统包括宽频高电压输出源、标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置；所述宽频高电压输出源生成标准高压输出信号，将生成的不同频率的标准高压输出信号同时输入到标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置中，利用标准宽频暂态电压测量装置并基于扫频法对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行标定，获得准确的宽频暂态电压测量装置传递特性；将标准宽频暂态电压测量装置的输出作为传递特性待求解的宽频暂态电压测量装置的输入，通过对宽频暂态电压测量装置的输入输出数据进行幅值相位分析，以补偿测量装置在宽频范围内受环境因素影响的传递偏差，从而获得准确的宽频暂态电压测量装置传递特性。

本实例中，所述宽频高电压输出源包括：宽频信号源、宽频功率放大器、宽频升压变压器，如图2所示。所述宽频信号源、宽频功率放大器和宽频升压变压器依次串联连接组成宽频高电压输出源，宽频升压变压器的输出作为标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置的共同输入。

其中，宽频高电压输出源的输出电压的频率分量应涵盖宽频暂态电压测量装置的频率可测量范围，可选择可调频宽频正弦交变电压源；具体的，所述宽频信号源的频率达到百khz级，输出信号的频率分量涵盖所需的宽频暂态电压频率范围，所述宽频信号源采用以直接数字频率合成(dds)芯片ad9953为核心的键控宽频信号源。所述宽频功率放大器的频率响应范围覆盖所述宽频信号源的频率范围，所述宽频功率放大器可采用直接耦合式宽频带功率放大器。所述宽频升压变压器的频率响应范围覆盖所述宽频功率放大器的频率范围。

同时宽频高电压输出源的接入应保证不对标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置的传递特性产生较大影响，即标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置的传递特性变化不超过1％；标准宽频暂态电压测量装置满足国家标准gb/t16927中标准测量系统的准确度要求，可在宽频范围内满足较好的频率传递特性，一般可采用阻容式高压分压器。

本实施例中，所述通过对宽频暂态电压测量装置的输入输出数据进行幅值相位分析，以补偿测量装置在宽频范围内受环境因素影响的传递偏差，具体的，获取所述标准宽频暂态电压测量装置的输出；获取所述宽频暂态电压测量装置的输出；如图1所示，将标准宽频暂态电压测量装置的输出记为x(t)，将宽频暂态电压测量装置的输出记为y(t)。

现场环境存在的杂散参数将对宽频暂态电压测量装置的实测频率范围产生一定的干扰，因此需要对现场环境下的宽频暂态电压测量装置的传递特性进行分析。首先应当对宽频暂态电压测量装置在现场安装后的传递特性进行分析，建立其线性时不变模型。

通过傅里叶变换，可建立其线性时不变模型：

y(ω)＝h(ω)*x(ω)

式中，x(ω)为宽频暂态电压测量装置输入信号(即标准宽频暂态电压测量装置的输出信号)的傅里叶变换结果；y(ω)为宽频暂态电压测量装置输出信号的傅里叶变换结果；h(ω)为系统的传递函数。

其中，宽频暂态电压测量装置的传递函数通常可表示为复数形式：

h(ω)＝|h(ω)|e^jφ(ω)

其中|h(ω)|对应的曲线称为系统的幅频响应曲线；φ(ω)对应的曲线称为系统的相频响应曲线。

而对于待获取的线性时不变系统，当使用正弦信号作为线性时不变系统的输入且输出的信号也为同频率的正弦信号时，可由输出信号和输入信号的幅值之比获得当前测量频率下的幅频响应曲线上对应的幅值增益。同样的，对应频率下的相频响应曲线上的相位差也可以由输出信号和输入信号的相位差值求得。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例提出了一种宽频暂态电压测量装置的传递特性标定方法，如图3所示，该方法包括以下步骤：

s101，生成不同频率的标准高压输出信号输入到标准宽频暂态电压测量装置和宽频暂态电压测量装置中；

具体的，建立基于宽频信号源、宽频功率放大器、宽频升压变压器的宽频高电压输出源，由宽频高电压输出源生成不同频率的标准高压输出信号。

s102，利用标准宽频暂态电压测量装置并基于扫频法对宽频暂态电压测量装置的传递特性进行标定，获得准确的宽频暂态电压测量装置传递特性。

具体的，将生成的不同频率的标准高压输出信号同时输入到标准宽频暂态电压测量装置和传递特性待求解的宽频暂态电压测量装置中，基于扫频法对宽频暂态电压测量装置进行传递特性求取，将标准宽频暂态电压测量装置的输出视作传递特性待求解的宽频暂态电压测量装置的输入，通过对宽频暂态电压测量装置的输入输出数据进行幅值相位分析，以补偿测量装置在宽频范围内受环境因素影响的传递偏差，从而获得准确的宽频暂态电压测量装置传递特性。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

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。

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。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。