一種特種變壓器不平衡狀態下的變比快速計算方法與流程
2023-09-17 23:56:40
本發明涉及輸變電技術領域，尤其是一種特種變壓器不平衡狀態下的變比快速計算方法。
背景技術：
變壓器是輸變電系統中的重要的設備，其運行的可靠性至關重要，其中變壓器變比是體現變壓器是否運行正常的重要指標。在變壓器並聯運行時，變比的差別會使變壓器自身產生環流，使變壓器過熱甚至造成燒毀，因此變壓器變比測試是一項重要內容。但是隨著技術發展、變壓器種類增多，傳統變壓器變比測試儀功能單一檢測速度慢，給變壓器檢測工作帶來諸多不便。如：隨著直流電氣設備的增多，多脈整流變壓器的大量應用，但傳統變壓器變比測試儀又無法檢測多脈整流變壓器的變比，因此許多廠家不具備對多脈整流變壓器的檢測手段。給變壓器的運行帶來諸多隱患，造成輸出直流不穩定，諧波含量大等因素。目前國內一些廠家生產的多脈整流變壓器變比檢測儀採用三相電源平衡原理來檢測變比，此種方法基於三相電源完全平衡角度為標準的120度，但此條件基本無法達到，因此只能是近似做到，所以測出的變比及移相角均為近似值，而且三相電源達到平衡需要精細調節因此測試速度慢效率低，無法適應用戶需求。
目前國內變壓器變比測試儀分為普通變比測試儀，和特種變壓器變比測試儀(可以測z型變壓器和多脈整流變壓器、斯科特變壓器等)。均採用單片機作為cpu功能簡單運算能力差。
普通變壓器變比測試儀原理採用內置變壓器將市電變換出較低的電壓信號施加於變壓器一次的某一相，再根究設置的變壓器組別測量變壓器二次的電壓計算出此相的變比，然後再切換到另一相進行測試，依次測試完三相。儀器特點功能簡單造價低，必須輸入變壓器組別(也可自動檢測普通變壓器的組別，但檢測速度較慢)，無法測試z型變壓器或多脈整流變壓器等特殊的變壓器。
特種變壓器變比測試儀採用內置三相電源，在測試變壓器的過程中需要人為或自動調節內置三相電源的輸出使其達到三相平衡(接近平衡)。然後測出變壓器二次電壓，直接用一次電壓除二次電壓得到變壓器變比。儀器特點是造價高可自動判斷變壓器組別，但測試過程慢，測試結果為近似值精度無法保證。
目前國內變壓器變比測試儀還有很大的提升空間。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種特種變壓器不平衡狀態下的變比快速計算方法，能夠解決現有技術的不足，克服了三相電源不平衡造成的檢測誤差。
為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下。
一種特種變壓器不平衡狀態下的變比快速計算方法，包括以下步驟：
a、使用內置三相電源輸出三相電壓信號施加在變壓器一次側；
b、求得一次側任意兩相電壓信號之間的傳遞函數；
c、對全部三個傳遞函數進行頻域分解；
d、選擇位於相同特徵頻率段的傳遞函數分量進行特徵向量提取，並對屬於不同傳遞函數的特徵向量進行合併；
e、使用特徵向量組成特徵矩陣，並求得特徵矩陣的特徵值；
f、在變壓器二次側採集電壓信號，按照步驟b～e求得變壓器二次側電壓信號特徵矩陣特的徵值；
g、使用一次側特徵值組成的分布曲線與二次側特徵值組成的分布曲線進行對比，對二次側的電壓信號進行修正，使用修正後的二次側電壓信號與一次側電壓信號計算得到變壓器變比。
作為優選，步驟c中，進行頻域分解的公式如下，
其中，a0為初始狀態，fi為正弦分量增益函數，gi為餘弦分量增益函數，ωi為頻域分解後的各個頻率點。
作為優選，
其中，h(x)為電壓信號在ωi頻點上的平均幅值。
作為優選，a0為三相電壓不平衡偏差量的幅值。
作為優選，步驟d中，將不同傳遞函數分量之間的重合點進行記錄，按照重合點上各傳遞函數分量的導數處於的正負狀態的數量將重合點進行分類，提取正嚮導數數量大於負嚮導數數量的重合點作為傳遞函數分量的基礎點，使用基礎點進行線性擬合，得出特徵向量。
作為優選，特徵向量的合併方法為，
以任意一個傳遞函數為基準傳遞函數，使用另外的傳遞函數和基準傳遞函數之間的映射關係對其相對應的特徵向量進行修正，然後與基準傳遞函數的特徵向量相加。
作為優選，步驟g中，使用一次側特徵值分布曲線與二次側特徵值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側電壓信號的幅值進行線性修正，修正係數與a0成正比；使用一次側特徵值分布曲線與二次側特徵值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側電壓信號的相位差對二次側電壓信號的相位進行線性修正，修正係數為1。
採用上述技術方案所帶來的有益效果在於：本發明去除了普通算法由於三相電源不平衡帶來的誤差，無需傳統三相變比輸出三相電壓需要調節平衡的過程，從而使測試速度從30-60秒提高到了2-3秒，精度從近似值變成了精確值，對變壓器變比測試帶來了巨大進步。
具體實施方式
一種特種變壓器不平衡狀態下的變比快速計算方法，包括以下步驟：
a、使用內置三相電源輸出三相電壓信號施加在變壓器一次側；
b、求得一次側任意兩相電壓信號之間的傳遞函數；
c、對全部三個傳遞函數進行頻域分解；
d、選擇位於相同特徵頻率段的傳遞函數分量進行特徵向量提取，並對屬於不同傳遞函數的特徵向量進行合併；
e、使用特徵向量組成特徵矩陣，並求得特徵矩陣的特徵值；
f、在變壓器二次側採集電壓信號，按照步驟b～e求得變壓器二次側電壓信號特徵矩陣特的徵值；
g、使用一次側特徵值組成的分布曲線與二次側特徵值組成的分布曲線進行對比，對二次側的電壓信號進行修正，使用修正後的二次側電壓信號與一次側電壓信號計算得到變壓器變比。
步驟c中，進行頻域分解的公式如下，
其中，a0為初始狀態，fi為正弦分量增益函數，gi為餘弦分量增益函數，ωi為頻域分解後的各個頻率點。
其中，h(x)為電壓信號在ωi頻點上的平均幅值。
a0為三相電壓不平衡偏差量的幅值。
步驟d中，將不同傳遞函數分量之間的重合點進行記錄，按照重合點上各傳遞函數分量的導數處於的正負狀態的數量將重合點進行分類，提取正嚮導數數量大於負嚮導數數量的重合點作為傳遞函數分量的基礎點，使用基礎點進行線性擬合，得出特徵向量。
特徵向量的合併方法為，
以任意一個傳遞函數為基準傳遞函數，使用另外的傳遞函數和基準傳遞函數之間的映射關係對其相對應的特徵向量進行修正，然後與基準傳遞函數的特徵向量相加。
步驟g中，使用一次側特徵值分布曲線與二次側特徵值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側電壓信號的幅值進行線性修正，修正係數與a0成正比；使用一次側特徵值分布曲線與二次側特徵值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側電壓信號的相位差對二次側電壓信號的相位進行線性修正，修正係數為1。
另外，步驟d中，將正嚮導數數量小於等於負嚮導數數量的重合點進行線性擬合，形成對比向量，使用對比向量與合併後的特徵向量進行對比，求得對比向量與特徵向量的相似度，若相似度低於設定閾值，則對特徵向量的擬合過程進行修正。
在三相電源上注入周期性的檢測信號，檢測信號包括交替出現的矩形波和齒形波，在二次側通過對檢測信號的檢測，根據二次側檢測信號的畸變情況，對二次側採集的電壓信號進行修正，從而進一步降低二次側的採集誤差。
本發明採用現今流行的arm晶片為硬體基礎嵌入式作業系統為平臺，內置文件系統兼容dbf資料庫，儀器支持sd卡和優盤導出資料庫，可應用計算機excel表格瀏覽編輯等操作。儀器界面採用emwin人機對話操作，與計算機操作界面相同使操作人員容易上手操作和接受。儀器採用內置三相逆變電源，可模擬三相120度輸出，兩相60度輸出或90度(逆斯科特)也可單相輸出，理論上可測試所有種類的變壓器。電源輸出失真度小精度高，並可支持(10hz_2khz)變頻輸出，三相同時測量無需輸入組別，儀器可分析組別與變比測量同時完成。儀器採用8路16位同步採樣ad轉換器，可同時採集高壓、低壓側數據，運算速度快。可同時測量一二次電壓、角度、向量關係等多種參數，儀器還可監測逆變電源的輸出波形、諧波含量及失真度。儀器軟體算法先進可模擬各種變壓器輸出，並分析計算出變壓器組別及變比。
本發明的特種變壓器變比測試儀與常規變比測試儀的區別對比：
本發明與常規變比測試儀的配置對比：
本發明與常規變比測試儀的功能對比：
上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出，不作為對其技術方案本身的單一限制條件。