專利名稱：一種電壓互感器動態頻率響應函數估計方法及其實現裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及動態系統測試領域，具體是一種電壓互感器動態頻率響應函數估計方法及其實現裝置。
背景技術：
電壓互感器實現電網電壓信號的變換與傳遞，廣泛應用于測量儀器、儀表和繼電保護或控制裝置中，是連接電力系統一次側與二次側之間的“橋梁”。電壓互感器的動態性能直接決定著電能計量裝置、繼電保護裝置的整體運行水平。為提高電壓互感器在動態環境下的工作能力和穩定性，電壓互感器動態頻率響應函數估計方法的研究是急需解決的關鍵難題。電壓互感器的頻率響應函數在簡諧激勵時為穩態輸出相量與輸入相量之比。但是電壓互感器一般工作在動態環境中，當輸入為瞬態激勵時，電壓互感器的頻率響應函數為輸出的傅里葉變換與輸入的傅里葉變換之比。由于在實際測試時，采樣頻率與電網電壓的基波頻率無法保持嚴格的整數倍關系，對電壓互感器的輸入輸出信號進行傅里葉變換時，往往存在嚴重的頻譜泄漏，影響頻率響應函數估計的準確性。此外，在電力系統中，由于非線性負荷的大量存在，電網電壓信號中往往包含有豐富的諧波，諧波間的相互泄漏干擾也降低了頻率響應函數估計的準確度。目前，為實現動態環境下的電壓互感器頻率響應函數準確估計，正弦掃頻測試、低頻法測試、虛擬儀器、自譜計算等技術被引入頻率響應函數估計中，但是仍缺乏準確度高、抗頻譜泄漏能力強的解決方案。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種電壓互感器動態頻率響應函數估計方法及其實現裝置，利用三角與矩形互卷積窗抑制頻率響應函數估計中的頻譜泄漏和諧波間相互干擾，通過離散頻譜峰值加權平均實現頻譜修正，從而提高電壓互感器動態頻率響應函數的估計準確度。為解決上述技術問題，本發明提出的解決方案為利用三角與矩形互卷積窗對離散化的激勵與響應進行時域加權，對加權后的激勵與響應做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權平均算法修正激勵和響應的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應函數的估計結果為修正后的響應頻譜函數與激勵頻譜峰值之比，具體包括以下步驟a.采用周期性電壓信號作為電壓互感器的激勵，將激勵接入電壓互感器的輸入端，對激勵進行采集獲得離散化的激勵信號；b.對電壓互感器的輸出端信號進行采集，將所采集的輸出端信號作為電壓互感器的響應，得到離散化的響應信號；c.確定待分析的數據長度N，提取起止時間相同、長度均為N的離散化激勵與響應信號，分別為X (η)和y(n)；
d.將長度均為N/2的三角窗函數與矩形窗函數進行卷積，并在卷積結果的末尾補I個零，得到長度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)；e.利用長度為N的三角與矩形互卷積窗w(η)對離散化激勵信號χ(η)和響應信 號y(n)分別加權，得到加權后的激勵信號xw(η)和響應信號yw(η)；f.對加權后的激勵信號Xw(η)和響應信號yw(n)進行離散傅里葉變換，得到激勵頻譜函數X(n)和響應頻譜函數Y(n)；g.搜索激勵頻譜函數X(n)和響應頻譜函數Y(n)，得到激勵頻譜函數X(n)的幅度最大點X1和次大點X2、響應頻譜函數Y (η)的幅度最大點Y1和次大點Y2,利用離散頻譜峰值加權平均算法得到修正后的激勵頻譜峰值Xm和響應頻譜峰值Ym，具體計算公式為
權利要求
1.一種電壓互感器動態頻率響應函數估計方法，其特征在于利用三角與矩形互卷積窗對離散化的激勵與響應進行時域加權，對加權后的激勵與響應做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權平均算法修正激勵和響應的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應函數的估計結果為修正后的響應頻譜函數與激勵頻譜峰值之比，具體包括以下步驟a.采用周期性電壓信號作為電壓互感器的激勵，將激勵接入電壓互感器的輸入端，對激勵進行采集獲得離散化的激勵信號；b.對電壓互感器的輸出端信號進行采集，將所采集的輸出端信號作為電壓互感器的響應，得到離散化的響應信號；c.確定待分析的數據長度N，提取起止時間相同、長度均為N的離散化激勵與響應信號，分別為X(n)和y(n)；d.將長度均為N/2的三角窗函數與矩形窗函數進行卷積，并在卷積結果的末尾補I個零，得到長度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)；e.利用長度為N的三角與矩形互卷積窗w(n)對離散化激勵信號x(n)和響應信號y(n)分別加權，得到加權后的激勵信號xw(η)和響應信號yw(n)；f.對加權后的激勵信號Xw(η)和響應信號yw(n)進行離散傅里葉變換，得到激勵頻譜函數X(n)和響應頻譜函數Y(n)；g.搜索激勵頻譜函數X(n)和響應頻譜函數Y(n)，得到激勵頻譜函數X(n)的幅度最大點X1和次大點X2、響應頻譜函數Y (η)的幅度最大點Y1和次大點Y2,利用離散頻譜峰值加權平均算法得到修正后的激勵頻譜峰值Xm和響應頻譜峰值Ym，具體計算公式為
2.根據權利要求I所述的電壓互感器動態頻率響應函數估計方法，其特征在于，所述的周期信號可以是僅包含基波的電壓信號，也可以是同時包含基波和諧波的電壓信號。
3.根據權利要求I所述的電壓互感器動態頻率響應函數估計方法，其特征在于，所述的數據長度N是指提取的離散化激勵與響應信號數據點數，為便于實現傅里葉變換，N —般設置為2的整數次冪，若N不為2的整數次冪，可以通過在數據點末尾補零使提取的離散化激勵與響應信號數據點數為2的整數次冪。
4.一種實現權利要求I所述的電壓互感器動態頻率響應函數估計方法的裝置，其特征在于，它包括用于產生周期性電壓信號的激勵源，用于采集電壓互感器的激勵和響應信號的多通道同步ADC，用于將激勵與響應信號的幅值變換至ADC輸入范圍內的信號調理電路，用于進行電壓互感器動態頻率響應函數估計的DSP，其中激勵源輸出的周期性電壓信號與電壓互感器的輸入端相連，多通道同步ADC的兩個輸入通道通過信號調理電路分別與電壓互感器的輸入端和輸出端相連，多通道同步ADC通過SPI同步通信串口與DSP相連。
5.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的激勵源使用三相精密功率源KP-P3001-C，通過KP-P3001-C的操作界面設置激勵信號的幅值、頻率和初相角，對一個電壓互感器進行測試時，可使用A、B、C三相電壓通道中的任一輸出通道，對2個電壓互感器進行測試時，可使用A、B、C三相電壓通道中的任意2個輸出通道，KP-P3001-C產生的周期信號可以是僅包含基波的信號，也可以是同時包含基波和諧波的電壓信號。
6.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的多通道同步ADC使用AD73360，AD73360的采樣頻率設置為64k Hz，選擇AD73360的兩個輸入通道，通過信號調理電路分別與電壓互感器的輸入端和輸出端相連，實現電壓互感器的激勵和響應信號的采集，AD73360可以實現對電壓互感器的輸入和輸出通道進行高速、同步數據采集。
7.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的信號調理電路使用電阻分壓網絡，將激勵和響應信號轉換至O疒I. 2V之間，激勵與響應調理電路中還包含由電阻和電容構成的濾波電路。
8.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述的DSP使用TMS320VC5502，TMS320VC5502的內核時鐘頻率設置為300MHz，TMS320VC5502通過SPI同步通信串口與AD73360相連，其中TMS320VC5502作為SPI同步通信從機，AD73360作為SPI同步通信主機。
全文摘要
本發明公開了一種電壓互感器動態頻率響應函數估計方法及其實現裝置，利用三角與矩形互卷積窗對離散化的激勵與響應進行時域加權，對加權后的激勵與響應做離散傅里葉變換，利用離散頻譜峰值加權平均算法修正激勵和響應的頻譜峰值，得到電壓互感器的頻率響應函數的估計結果為修正后的響應頻譜函數與激勵頻譜峰值之比。本發明能夠抑制電壓互感器頻率響應函數估計中的頻譜泄漏和諧波間相互干擾，提高電壓互感器動態頻率響應函數的估計穩定性，實現對電壓互感器動態頻率響應函數的實時、準確估計。
文檔編號G01R31/00GK102944802SQ20121053530
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者溫和, 滕召勝, 黎福海, 唐璐, 章璽, 王永, 姚文軒, 成達, 孟卓, 王康, 張海煥 申請人:湖南大學