短路大電流波形擬合方法
【專利摘要】一種短路大電流波形擬合方法，首先用數(shù)字記錄儀記錄試驗短路電流的波形，然后對該波形進(jìn)行處理：在一個半波中，以兩個電流過零點(diǎn)的中點(diǎn)為中心，0.5倍的半波長時間為時間窗口，對窗口中的采樣點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，求出粗略的峰值點(diǎn)時間tP；以tP為中心，0.1倍的半波長時間為時間窗口，對窗口中的采樣點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，求出準(zhǔn)確的峰值點(diǎn)坐標(biāo)tPN,iPN；對正半波，求出峰值點(diǎn)；對負(fù)半波，求出谷值點(diǎn)；對所有峰值點(diǎn)求出上包絡(luò)線的表達(dá)式；對所有谷值點(diǎn)求出下包絡(luò)線的表達(dá)式；求出直流分量的表達(dá)式，計算出峰值、有效值、直流分量和功率因數(shù)四個參數(shù)。本發(fā)明具有很高的精度和抗噪聲的能力，能滿足實際工程應(yīng)用要求。
【專利說明】短路大電流波形擬合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種短路大電流波形擬合方法，具體是一種用于電器設(shè)備大容量短路試驗時恢復(fù)試驗波形，計算電流參數(shù)的方法，屬于電器試驗【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓器、開關(guān)、斷路器、繼電器和保險絲等設(shè)備在投入電網(wǎng)運(yùn)行前都要進(jìn)行短路大電流試驗，大容量實驗室需要對這些設(shè)備承受短路電流的能力、接通和斷開短路電流的能力等進(jìn)行測試。在進(jìn)行試驗時，如何正確提取試驗設(shè)備產(chǎn)生的短路試驗電流的波形參數(shù)非常重要。這些參數(shù)包括峰值、有效值、直流分量和功率因數(shù)等。傳統(tǒng)的計算方法是采用圖像法，首先找出圖形峰值，然后用直線將相鄰峰值連接以計算相應(yīng)的有效值和直流分量。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀和容易操作，但是很難得到足夠精確的計算結(jié)果。
[0003]隨著數(shù)字化測量儀器和計算機(jī)測量分析技術(shù)水平的不斷提高，將數(shù)字信號處理技術(shù)用于波形參數(shù)的提取取代傳統(tǒng)方法已經(jīng)成為發(fā)展方向。已有文獻(xiàn)提出用多項式，例如切比雪夫多項式，來進(jìn)行短路電流包絡(luò)線擬合的方法來求出各參數(shù)值。本發(fā)明提出一種用拋物線二次擬合求取峰、谷點(diǎn)，用雙指數(shù)擬合的方法分別對峰、谷點(diǎn)附近曲線段進(jìn)行擬合求出上、下包絡(luò)線表達(dá)式，進(jìn)而求出各波 形參數(shù)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種短路大電流波形擬合方法，該方法可計算出短路大電流波形的峰值、有效值、直流分量和功率因數(shù)四個參數(shù)。本發(fā)明方法具有很高的精度和抗噪聲的能力，能滿足實際工程應(yīng)用要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種短路大電流波形擬合的方法，其特點(diǎn)在于，該方法首先用數(shù)字記錄儀(如示波器)記錄試驗短路電流的波形，然后對該波形數(shù)據(jù)按照以下步驟進(jìn)行處理(參見圖1的流程圖和圖2所示的實測波形例):
[0007]I)在一個半波中，以兩個電流過零點(diǎn)的中點(diǎn)^為中心，0.5倍的半波長時間為時間窗口(參見圖3)，對窗口中的采樣點(diǎn)做基于最小二乘法的拋物線擬合，求出粗略的峰值點(diǎn)時間tp ；
[0008]2)以tP為中心，0.1倍的半波長時間為時間窗口(參見圖4)，對窗口中的采樣點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，求出準(zhǔn)確的峰值點(diǎn)坐標(biāo)tPN，iPN ；
[0009]3)對每一個半波重復(fù)步驟I)和步驟2)的過程，對所有的正半波，求出峰值點(diǎn)；對所有的負(fù)半波，求出谷值點(diǎn)；
[0010]4)對所有峰值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出上包絡(luò)線的表達(dá)式(參見圖5)；
[0011]5)對所有谷值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出下包絡(luò)線的表達(dá)式；
[0012]6)根據(jù)上包絡(luò)線表達(dá)式和下包絡(luò)線表達(dá)式求出直流分量的表達(dá)式，計算出峰值、有效值、直流分量和功率因數(shù)四個參數(shù)。[0013]所述的數(shù)字記錄儀的采樣率不小于lOk/s。
[0014]本發(fā)明的技術(shù)效果:
[0015]本發(fā)明利用拋物線兩次擬合的方法求取峰、谷值點(diǎn)，用雙指數(shù)擬合包絡(luò)線的方法在計算有效值、直流分量和功率因數(shù)時都具有很高的精度和抗噪聲的能力，能滿足實際工程應(yīng)用要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0017]圖2是一個實測短路電流波形。
[0018]圖3是求取粗略峰值點(diǎn)時間的示意圖。
[0019]圖4是求取準(zhǔn)確峰值點(diǎn)坐標(biāo)的示意圖。
[0020]圖5是求取有效值、直流分量和功率因數(shù)的示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明。
[0022]圖1是本發(fā)明方法的流程圖。該方法首先用數(shù)字記錄儀記錄試驗短路電流的波形，圖2是本發(fā)明實施例:一個實測的短路電流波形，所述的數(shù)字記錄儀的采樣率為20k/s，分流器靈敏度為0.25V/kA。然后對該波形數(shù)據(jù)按照以下步驟進(jìn)行處理:
[0023]I)圖3為短路電流的半個周波，tL和tH分別為其電流值過零點(diǎn)時的時間值，ta是\和tH的中點(diǎn)，以ta為中心做一個0.5* (tH-tL)的時間窗口，這樣能保證峰值點(diǎn)一定落在窗口范圍之內(nèi)。對窗口中的采樣點(diǎn)做基于最小二乘法原理的拋物線擬合，求出峰值點(diǎn)時間tP ;此時所求的時間點(diǎn)是粗略的，是為第二次拋物線擬合時選取采樣窗口做一個中心基準(zhǔn)；
[0024]2)確定粗略的峰值點(diǎn)時間tP后，做第二次拋物線擬合，求取峰值點(diǎn)的坐標(biāo)。具體做法是以tp為中心做一個0.1* (tH-tL)的時間窗口，如圖4所示,這樣既能使所求峰值點(diǎn)在窗口之中，又能保證求取峰值點(diǎn)的準(zhǔn)確性。對在窗口范圍內(nèi)的采樣點(diǎn)基于最小二乘法原理再做拋物線擬合，求取極值點(diǎn)，得到峰值點(diǎn)坐標(biāo)(tPN，iPN)；
[0025]3)對每一個半波重復(fù)步驟1)、2)的過程。對所有正半波，求出峰值點(diǎn)；對所有負(fù)半波，求出谷值點(diǎn)；
[0026]4)對步驟3)求出的所有峰值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出如圖5中所示的上包絡(luò)線f(t)的表達(dá)式；
[0027]5)對步驟3)求出的所有谷值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出如圖5中所示的下包絡(luò)線g(t)的表達(dá)式；
[0028]6)根據(jù)步驟4)和步驟5)得到的上、下包絡(luò)線表達(dá)式f (t)和g (t)，兩者的算術(shù)平均值/⑴=f{t)+2g{t)即為短路電流的直流分量表達(dá)式。各對應(yīng)點(diǎn)的有效值和直流分量，
如DD ’處波形的有效值為^，直流分量為DO~OD' X100% ο然后，根據(jù)直流分量表達(dá)式
2V2DD'
i⑴求取功率因數(shù)coscp。如圖5所示，點(diǎn)A和點(diǎn)C分別為步驟3)中求得的實測電流波形的第一個和第二個電流峰點(diǎn)， 其對應(yīng)的峰點(diǎn)時間分別為h與t2，對應(yīng)的直流分量分別為idl與id2，則
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種短路大電流波形擬合方法，其特征在于，該方法首先用數(shù)字記錄儀記錄試驗短路電流的波形，然后對該波形按照以下步驟進(jìn)行處理: 1)在一個半波中，以兩個電流過零點(diǎn)的中點(diǎn)為中心，0.5倍的半波長時間為時間窗口，對窗口中的采樣點(diǎn)做基于最小二乘法的拋物線擬合，求出粗略的峰值點(diǎn)時間tP ； 2)以tP為中心，0.1倍的半波長時間為時間窗口，對窗口中的采樣點(diǎn)進(jìn)行拋物線擬合，求出準(zhǔn)確的峰值點(diǎn)坐標(biāo)tPN, iPN ； 3)對每一個半波重復(fù)步驟I)和步驟2)的過程，對所有的正半波，求出峰值點(diǎn)；對所有的負(fù)半波，求出谷值點(diǎn)； 4)對所有峰值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出上包絡(luò)線的表達(dá)式； 5)對所有谷值點(diǎn)進(jìn)行雙指數(shù)擬合，求出下包絡(luò)線的表達(dá)式； 6)根據(jù)上包絡(luò)線表達(dá)式和下包絡(luò)線表達(dá)式求出直流分量的表達(dá)式，計算出峰值、有效值、直流分量和功率因數(shù)四個參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的數(shù)字記錄儀的采樣率不小于lOk/s。
【文檔編號】G01R19/06GK103616553SQ201310652319
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】陳堅, 傅正財, 吳明晴, 阮浩浩 申請人:上海高試電氣科技有限公司