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变电站电气设备绝缘性能在线监测数据处理算法的研究

作　者: 陈孔阳
导　师: 曹建
学　校: 中南大学
专　业: 电子科学与技术
关键词: 在线监测 谐波分析法 布莱克曼自卷积窗 频谱校正 频率灰色预测
分类号: TM855
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


高压电气设备是电力系统核心设备,它运行的安全性和可靠性影响着整个电力系统的安全和稳定。本文研究了高压电气设备绝缘性能在线监测现状,分析比较在线监测常用数据处理算法的特点,提出了改进谐波分析算法及其系统实现方案。通过分析电气设备绝缘性能在线监测的谐波分析法原理,指出其主要误差来源有三个方面：时域截短引入的频谱泄露、频谱离散化带来的栅栏效应和电网基波频率波动导致的非同步采样。针对这三个误差,分别讨论加性能优良的窗函数、对频谱进行修正和信号基波频率预测等三种方法,融合后得到改进谐波分析法。设计布莱克曼自卷积窗频谱校正算法。设计出旁瓣峰值电平低、旁瓣衰减速度快的布莱克曼自卷积窗,改善非同步采样下的频谱泄露误差；指出离散频谱校正方法的原理和主要实现方法,提出了布莱克曼自卷积窗频谱校正算法。仿真实验证实,布莱克曼自卷积窗的旁瓣峰值电平比常用窗函数降低了73-103dB,旁瓣衰减速度提高了12-30dB/oct,旁瓣性能有了显著的提高；在存在多次谐波干扰时,布莱克曼自卷积窗频谱校正算法的介损角精度比经典窗函数频谱校正算法提高1-5个数量级；在电网基波频率波动时,介损角相对误差小于10-7；当附加信噪比大于60dB的白噪声时,介损角δ相对误差小于0.1%,能够实现介损角的高精度测量。考虑到电网频率波动会导致非同步采样,提出一种频率灰色预测算法,以预测未来一段时间的电网基波频率,再修正采样频率以近似同步采样。附加多次谐波干扰模型的仿真对比显示,当电网基波频率线性变化或者非线性变化时,该算法对介损角精度均比经典窗函数频谱校正算法提高2个数量级以上。提出改进谐波分析法的系统设计。结合电力设备在线监测的信号特点和改进谐波分析法的算法实现过程,给出DSP平台下的系统设计方案,详细讨论相关硬件功能模块和软件设计流程。在软件平台MATLAB和CCS环境下,仿真调试改进谐波分析法的DSP实现过程,介损角误差仅9×10-4rad,证明了系统设计的有效性。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 课题背景与意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 本文的主要工作及其内容安排  12-13
第二章 电气设备绝缘性能在线监测的改进谐波分析法研究  13-20
  2.1 谐波分析法的原理  13-14
  2.2 谐波分析法的误差分析  14-17
    2.2.1 频谱泄露误差  14-15
    2.2.2 栅栏效应误差  15-16
    2.2.3 基波频率波动  16-17
  2.3 改进谐波分析法  17-19
    2.3.1 改进谐波分析法的研究  17-18
    2.3.2 改进谐波分析法的原理  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第三章 布莱克曼自卷积窗频谱校正算法  20-33
  3.1 布莱克曼自卷积窗  20-25
    3.1.1 布莱克曼自卷积窗的构造思想  20-21
    3.1.2 布莱克曼自卷积窗的定义  21-22
    3.1.3 布莱克曼自卷积窗的频谱特性  22-23
    3.1.4 与经典窗函数的比较  23-25
  3.2 离散频谱校正  25-28
    3.2.1 离散频谱校正的原理  25-26
    3.2.2 离散频谱校正的实现方法  26-28
  3.3 布莱克曼自卷积窗频谱校正算法  28-32
    3.3.1 基本原理  28-29
    3.3.2 仿真实验研究  29-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 频率灰色预测算法  33-41
  4.1 灰色预测  33-35
    4.1.1 灰色预测模型  33-34
    4.1.2 灰色预测的实现  34-35
  4.2 频率灰色预测算法  35-40
    4.2.1 频率灰色预测算法的原理  35-37
    4.2.2 仿真实验研究  37-40
  4.3 本章小结  40-41
第五章 改进谐波分析法的系统设计  41-53
  5.1 系统方案设计  41-42
  5.2 系统硬件设计  42-44
    5.2.1 放大滤波模块的设计  42-43
    5.2.2 信号处理模块的设计  43
    5.2.3 信号采集电路的设计  43-44
  5.3 系统软件设计  44-47
    5.3.1 主控模块的软件设计  44-45
    5.3.2 信号采集模块的软件设计  45-46
    5.3.2 中断服务模块的软件设计  46-47
  5.4 改进谐波分析法的仿真调试  47-52
    5.4.1 仿真调试软件环境  47
    5.4.2 仿真调试原理  47-48
    5.4.3 仿真调试过程  48-52
    5.4.4 仿真结果分析  52
  5.5 本章小结  52-53
第六章 结论与展望  53-55
  6.1 论文结论  53-54
  6.2 研究课题展望  54-55
参考文献  55-60
附录  60-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间主要的研究成果  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 高电压技术 > 高电压绝缘技术 > 绝缘的试验与检查
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