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1、(10)申请公布号 CN 104360192 A (43)申请公布日 2015.02.18 CN 104360192 A (21)申请号 201410645938.9 (22)申请日 2014.11.12 G01R 31/00(2006.01) (71)申请人 华北电力大学 地址 102206 北京市昌平区朱辛庄北农路 2 号 (72)发明人 刘骁繁 吴恒天 焦重庆 崔翔 (74)专利代理机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 11246 代理人 张文宝 (54) 发明名称 一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特 征提取方法 (57) 摘要 本发明公开了属于变电站二次设备电磁兼容 技术领域的。
2、一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰 波形特征提取方法, 具体是在不同电压等级下的 GIS变电站开关操作时, 测录GIS管道上的传感器 端口或者 GIS 汇控柜中智能组件端口的电磁骚扰 波形数据 ; 对得到的电磁骚扰波形数据按电磁兼 容传导干扰中共模电压和差模电压的公式计算得 到共模干扰波形和差模干扰波形 ; 并分别提取宏 观特征参数和微观特征参数。本发明方法能够可 靠、 准确的得到骚扰波形的全部的宏观特征参数 和微观特征参数, 以实现对 GIS 变电站开关操作 引起的电磁骚扰的波形的量化分析。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知。
3、识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104360192 A CN 104360192 A 1/2 页 2 1. 一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特征在于, 具体包含以 下步骤 : 步骤 1 : 在不同电压等级下的 GIS 变电站开关操作时, 测录 GIS 管道上的传感器端口或 者 GIS 汇控柜中智能组件端口的电磁骚扰波形数据 ; 步骤 2 : 对步骤 1 中得到的电磁骚扰波形数据按电磁兼容传导干扰中共模电压和差模 电压的公式计算得到共模干扰波形和差模干扰波形 ; 步骤 3 : 对步骤 2 中得到的共模干扰波形和。
4、差模干扰波形分别提取宏观特征参数 ; 步骤 4 : 对步骤 2 中得到的共模干扰波形和差模干扰波形分别提取微观特征参数。 2. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述步骤 1 中, 测录电磁骚扰波形的测量系统要有良好的电磁屏蔽效能保证测录 数据的可靠有效。 3. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述的步骤 2 中, 共模干扰波形和差模干扰波形要严格按照被测二端口和端口设 备接地端组成的三端口网络来等效得到。 4. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方。
5、法, 其特 征在于, 所述的步骤 3 中, 单个干扰波形的宏观特征参数包括 : 宏脉冲峰峰值 : 干扰波形最大值与最小值之差 ; 宏脉冲最大峰值 : 干扰波形中最大值与最小值相比绝对值较大的那个 ; 宏脉冲持续时间 : 从干扰波形中第一个微脉冲到最后一个微脉冲的时间 ; 微脉冲个数 : 干扰波形中全部微脉冲的个数 ; 微脉冲间隔时间 : 每两个微脉冲之间的时间差。 5. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述的步骤 3 中, 具体包含以下步骤 : 步骤 31 : 步骤 2 中得到共模干扰波形和差模干扰波形的数据为离散时间序列, 对其进 行。
6、全局搜索, 获得波形中的最大值 Max 和最小值 Min, 两者相减得宏脉冲峰峰值 Vpp ; 步骤 32 : 将步骤 31 中得到最大值 Max 和最小值 Min 取绝对值, 然后进行比较, 取更大 的值作为宏脉冲最大峰值 ; 步骤33 : 根据事先确定的幅值阀值Th1, 提取干扰波形中所有大于阀值Th1的微脉冲最 大峰值处的绝对时间 Twm, 一维数组 Twm 中数据的个数即为微脉冲个数 ; 步骤 34 : 将步骤 33 中得到的一维数组 Twm 从小到大进行排序, 然后计算相邻两点的时 间差, 得到一位数组 Td, 即为微脉冲间隔时间。 6. 根据权利要求 5 所述一种变电站气体绝缘开关。
7、的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述的步骤 33 中, 具体包含以下步骤 : 步骤 331 : 将步骤 2 中得到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind 和 绝对时间 Twm1 ; 步骤 332 : 根据事先确定的距离阀值 Th2, 将步骤 331 中得到最大峰值处的位置 Ind 及 附近对称的 Th2 个点的波形数据置零 ; 步骤 333 : 将步骤 332 中处理后的干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind1 和绝对时间 Twm2 ; 权 利 要 求 书 CN 104360192 A 2 2/2 页 3 步骤 334 : 重复步骤 332 和。
8、步骤 333, 直到波形数据中没有比幅值阀值 Th1 大的峰值为 止。 7. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述的步骤 4 中, 干扰波形中微脉冲的微观特征参数包括 : 微脉冲持续时间 : 从脉冲波形上升开始到基本淹没在环境噪声中为止的时间 ; 微脉冲上升时间 : 微脉冲最大峰值处峰值从 10到 90的时间 ; 微脉冲主频分布 : 微脉冲幅频特性上主要频点的频率。 8. 根据权利要求 1 所述一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 其特 征在于, 所述的步骤 4 中, 具体包含以下步骤 : 步骤 41 : 将步骤 2 中得。
9、到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind, 将 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据提取到二维数组 Pulse 中, 并将 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据在原数组中置零 ; 步骤 42 : 重复步骤 41 直到将大于幅值阀值 Th1 的峰值处的微脉冲波形全部提取到二 维数组 Pulse 中, 二维数组 Pulse 每一行都是一组微脉冲波形数据 ; 步骤 43 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中的每一行数据利用小波变换进行降噪 处理, 得到新的二维数据 Pulse1 ; 步骤44 : 根据事先确定的变化率阀值Th3, 将步骤43中得到二维数。
10、组Pulse1中每一行 数据都计算其变化率, 将每行数据变化率第一个大于 Th3 绝对时间记为 Pstart, 每行最后 一个大于 Th3 的绝对时间记为 Pend, 微脉冲持续时间 Pd 就等于 Pstart 与 Pend 之差 ; 步骤 45 : 根据事先确定的幅值阀值 Th4, 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中绝对值 小于Th4的数据全部置零得到Pulse2, 然后提取二维数组Pulse2每一行中所有符合左右两 点不同时为零 0 的零点的位置形成二维数组 Zero ; 步骤 46 : 将步骤 45 中得到二维数组 Pulse2 进行全局搜索, 得到每一行的最大值的位 置 T。
11、max ; 将其与 Zero 中对应行的零点位置比较, 得到 Tm 之前距 Tm 最近的零点 Zm, 再取 Zero 中 Zm 之前 2 点处的 Zm-2, 在 Pulse2 中寻找 Zm-2 与 Zm 之间的最小值的位置 Tmin, 则 微脉冲上升时间近似等于 Tmax 与 Tmin 之差乘以 0.8 ; 步骤 47 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 的每一行进行傅里叶变换, 对得到的矩阵 取幅值得到微脉冲的幅频特性 Zfft, 在 Zfft 上取幅值较大的几个频点, 即得到微脉冲的主 频分布。 权 利 要 求 书 CN 104360192 A 3 1/5 页 4 一种变电站气。
12、体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法 技术领域 0001 本发明属于变电站二次设备电磁兼容技术领域, 特别涉及一种变电站气体绝缘开 关的电磁骚扰波形特征提取方法, 具体说是一种 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰的波 形特征的提取方法。 背景技术 0002 气体绝缘开关设备 (GIS) 变电站具有占地面积小, 密封性好, 受环境影响小, 运行 可靠性高, 检修周期长, 维护工作量少, 运行费用低等显著优点, 在我国电网得到了广泛应 用。 GIS中的隔离开关操作时, 产生波头很陡的行波, 这些行波在GIS内发生多次折反射后, 形成特快速暂态过电压。当其到达套管时 , 瞬态电磁波一部分耦合到架空。
13、线上 , 沿架空线 进行传播,进而对与GIS相连的变压器、 架空线路等电气设备的绝缘形成直接损伤 ; 另一部 分则耦合到外壳与地之间 , 形成 GIS 外壳瞬态地电位升高, 进而耦合到二次设备端口形成 电磁骚扰, 对二次设备的安全可靠运行造成威胁。 0003 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰的波形特征截然不同于雷电冲击和短路故障 引起的电磁骚扰波形, 对二次设备的威胁也较后两者更大。而为了检验二次设备抗这种骚 扰的能力而设立的电快速瞬态脉冲群电磁兼容测试, 其用于检验的标准波形与实测的 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰波形有很多根本上的区别 ; 而量化这些区别, 就需要对大 量的实测波。
14、形数据进行特征提取。目前, 尚缺乏一种可靠的 GIS 变电站开关操作引起的电 磁骚扰的波形特征的提取方法, 这正是本发明的意义所在。 发明内容 0004 本发明目的是提供一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法其特 征在于, 具体包含以下步骤 : 0005 步骤 1 : 在不同电压等级下的 GIS 变电站开关操作时, 测录 GIS 管道上的模拟传感 器端口 A 或者 GIS 的模拟汇控柜中智能组件端口 a 的电磁骚扰波形数据 ; 0006 步骤 2 : 对步骤 1 中得到的电磁骚扰波形数据按电磁兼容传导干扰中共模电压和 差模电压的公式计算得到共模干扰波形和差模干扰波形 ; 0007 步。
15、骤 3 : 对步骤 2 中得到的共模干扰波形和差模干扰波形分别提取宏观特征参 数 ; 0008 步骤 4 : 对步骤 2 中得到的共模干扰波形和差模干扰波形分别提取微观特征参数。 0009 所述步骤 1 中, 测录电磁骚扰波形的测量系统要有良好的电磁屏蔽效能保证测录 数据的可靠有效。 0010 所述的步骤 2 中, 共模干扰波形和差模干扰波形要严格按照被测二端口和端口设 备接地端组成的三端口网络来等效得到。 0011 所述的步骤 3 中, 单个干扰波形的宏观特征参数包括 : 0012 宏脉冲峰峰值 : 干扰波形最大值与最小值之差 ; 说 明 书 CN 104360192 A 4 2/5 页 5。
16、 0013 宏脉冲最大峰值 : 干扰波形中最大值与最小值相比绝对值较大的那个 ; 0014 宏脉冲持续时间 : 从干扰波形中第一个微脉冲到最后一个微脉冲的时间 ; 0015 微脉冲个数 : 干扰波形中全部微脉冲的个数 ; 0016 微脉冲间隔时间 : 每两个微脉冲之间的时间差。 0017 所述的步骤 3 中, 具体包含以下步骤 : 0018 步骤 31 : 步骤 2 中得到共模干扰波形和差模干扰波形的数据为离散时间序列, 对 其进行全局搜索, 获得波形中的最大值 Max 和最小值 Min, 两者相减得宏脉冲峰峰值 Vpp ; 0019 步骤 32 : 将步骤 31 中得到最大值 Max 和最小。
17、值 Min 取绝对值, 然后进行比较, 取 更大的值作为宏脉冲最大峰值 ; 0020 步骤33 : 根据事先确定的幅值阀值Th1, 提取干扰波形中所有大于阀值Th1的微脉 冲最大峰值处的绝对时间 Twm, 一维数组 Twm 中数据的个数即为微脉冲个数 ; 0021 步骤 34 : 将步骤 33 中得到的一维数组 Twm 从小到大进行排序, 然后计算相邻两点 的时间差, 得到一位数组 Td, 即为微脉冲间隔时间。 0022 所述的步骤 33 中, 具体包含以下步骤 : 0023 步骤 331 : 将步骤 2 中得到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind 和绝对时间 Twm1 ;。
18、 0024 步骤 332 : 根据事先确定的距离阀值 Th2, 将步骤 331 中得到最大峰值处的位置 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据置零 ; 0025 步骤 333 : 将步骤 332 中处理后的干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的 位置 Ind1 和绝对时间 Twm2 ; 0026 步骤 334 : 重复步骤 332 和步骤 333, 直到波形数据中没有比幅值阀值 Th1 大的峰 值为止。 0027 所述的步骤 4 中, 干扰波形中微脉冲的微观特征参数包括 : 0028 微脉冲持续时间 : 从脉冲波形上升开始到基本淹没在环境噪声中为止的时间 ; 0029 微脉冲上升时。
19、间 : 微脉冲最大峰值处峰值从 10到 90的时间 ; 0030 微脉冲主频分布 : 微脉冲幅频特性上主要频点的频率。 0031 所述的步骤 4 中, 具体包含以下步骤 : 0032 步骤 41 : 将步骤 2 中得到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind, 将 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据提取到二维数组 Pulse 中, 并将 Ind 及附近 对称的 Th2 个点的波形数据在原数组中置零 ; 0033 步骤 42 : 重复步骤 41 直到将大于幅值阀值 Th1 的峰值处的微脉冲波形全部提取 到二维数组 Pulse 中, 二维数组 Pulse 每一行都是一组微。
20、脉冲波形数据 ; 0034 步骤 43 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中的每一行数据利用小波变换进行 降噪处理, 得到新的二维数据 Pulse1 ; 0035 步骤44 : 根据事先确定的变化率阀值Th3, 将步骤43中得到二维数组Pulse1中每 一行数据都计算其变化率, 将每行数据变化率第一个大于 Th3 绝对时间记为 Pstart, 每行 最后一个大于 Th3 的绝对时间记为 Pend, 微脉冲持续时间 Pd 就等于 Pstart 与 Pend 之差 ; 0036 步骤 45 : 根据事先确定的幅值阀值 Th4, 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中绝 对值小。
21、于Th4的数据全部置零得到Pulse2, 然后提取二维数组Pulse2每一行中所有符合左 说 明 书 CN 104360192 A 5 3/5 页 6 右两点不同时为零 0 的零点的位置形成二维数组 Zero ; 0037 步骤 46 : 将步骤 45 中得到二维数组 Pulse2 进行全局搜索, 得到每一行的最大值 的位置 Tmax。将其与 Zero 中对应行的零点位置比较, 得到 Tm 之前距 Tm 最近的零点 Zm, 再 取 Zero 中 Zm 之前 2 点处的 Zm-2, 在 Pulse2 中寻找 Zm-2 与 Zm 之间的最小值的位置 Tmin, 则微脉冲上升时间近似等于 Tmax 。
22、与 Tmin 之差乘以 0.8 ; 0038 步骤 47 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 的每一行进行傅里叶变换, 对得到的 矩阵取幅值得到微脉冲的幅频特性 Zfft, 在 Zfft 上取幅值较大的几个频点, 即得到微脉冲 的主频分布。 0039 本发明的有益效果是本提取方法能够可靠、 准确的得到骚扰波形的全部的宏观特 征参数和微观特征参数, 以实现对 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰的波形的量化分 析。 附图说明 0040 图 1 为被测系统示意图。 0041 图 2 为 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰的波形特征提取流程图。 0042 图 3 为测试设备示意图。 0。
23、043 图 4 为微观特征参数提取方法流程图。 0044 图 5 为典型干扰波形, (a) 典型共模干扰波形 ; (b) 典型差模干扰波形。 0045 图 6 为典型微脉冲主频分布。 具体实施方式 0046 本发明提供一种变电站气体绝缘开关的电磁骚扰波形特征提取方法, 以下根据图 1 6, 具体说明本发明的较佳实施例。 0047 根据图 1 所示的测试系统示意图和图 2 所示的 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚 扰的波形特征提取流程图。所述 GIS 变电站开关操作引起的电磁骚扰的波形特征的提取方 法具体包含以下步骤 : 0048 步骤 1 : 在不同电压等级下的 GIS 变电站开关操作时, 。
24、测录 GIS 管道上的模拟传感 器端口 A 或者 GIS 汇控柜中智能组件端口 a 的电磁骚扰波形数据 ; 测录电磁骚扰波形的测 量系统要有良好的电磁屏蔽效能保证测录数据的可靠有效。 0049 步骤 2 : 对上述步骤 1 中得到的电磁骚扰波形数据按电磁兼容传导干扰中共模电 压和差模电压的公式计算得到如下面式 (1) 所示的共模干扰波形 Uc 和如下面式 (2) 所示 的差模干扰波形 Ud ; 共模干扰波形和差模干扰波形要严格按照被测端口和端口设备接地 端组成的三端口网络来等效得到 ( 如图 3 所示 )。 0050 0051 0052 步骤 3 : 提取宏观特征参数。对上述步骤 2 中得到的。
25、共模干扰波形和差模干扰波 形 【如图 5(a) 典型共模干扰波形 ; 图 5(b) 典型差模干扰波形】 分别提取宏观特征参数, 具 体包括 : 说 明 书 CN 104360192 A 6 4/5 页 7 0053 宏脉冲峰峰值 : 干扰波形最大值与最小值之差 ; 0054 宏脉冲最大峰值 : 干扰波形中最大值与最小值相比绝对值较大的那个 ; 0055 宏脉冲持续时间 : 从干扰波形中第一个微脉冲到最后一个微脉冲的时间 ; 0056 微脉冲个数 : 干扰波形中全部微脉冲的个数 ; 0057 微脉冲间隔时间 : 每两个微脉冲之间的时间差。 0058 步骤 3 : 提取宏观特征参数, 对上述步骤 。
26、2 中得到的共模干扰波形和差模干扰波形 分别提取宏观特征参数, 具体包括下列步骤 : 0059 步骤 31 : 步骤 2 中得到共模干扰波形和差模干扰波形的数据为离散时间序列, 对 其进行全局搜索, 获得波形中的最大值 Max 和最小值 Min, 两者相减得宏脉冲峰峰值 Vpp ; 0060 步骤 32 : 将步骤 31 中得到最大值 Max 和最小值 Min 取绝对值, 然后进行比较, 取 更大的值作为宏脉冲最大峰值 ; 0061 步骤33 : 根据事先确定的幅值阀值Th1, 提取干扰波形中所有大于阀值Th1的微脉 冲最大峰值处的绝对时间 Twm, 一维数组 Twm 中数据的个数即为微脉冲个。
27、数 ; , 具体包括下 列步骤 : 0062 步骤 331 : 将步骤 2 中得到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind 和绝对时间 Twm1 ; 0063 步骤 332 : 根据事先确定的距离阀值 Th2, 将步骤 331 中得到最大峰值处的位置 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据置零 ; 0064 步骤 333 : 将步骤 332 中处理后的干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的 位置 Ind1 和绝对时间 Twm2 ; 0065 步骤 334 : 重复步骤 332 和步骤 333, 直到波形数据中没有比幅值阀值 Th1 大的峰 值为止。 0066 步骤 。
28、34 : 将步骤 33 中得到的一维数组 Twm 从小到大进行排序, 然后计算相邻两点 的时间差, 得到一位数组 Td, 即为微脉冲间隔时间。 0067 步骤 4 : 提取微观特征参数。对上述步骤 2 中得到的共模干扰波形和差模干扰波 形分别提取微观特征参数 ; 具体包括 : 0068 微脉冲持续时间 : 从脉冲波形上升开始到基本淹没在环境噪声中为止的时间 ; 0069 微脉冲上升时间 : 微脉冲最大峰值处峰值从 10到 90的时间 ; 0070 微脉冲主频分布 : 微脉冲幅频特性上主要频点的频率。 0071 按照图 4 所示的微观特征参数提取方法流程图提取微观特征参数 : 对上述步骤 2 中。
29、得到的共模干扰波形和差模干扰波形分别提取微观特征参数, 具体包括下列步骤 : 0072 步骤 41 : 将步骤 2 中得到干扰波形数据进行全局搜索, 得到最大峰值处的位置 Ind, 将 Ind 及附近对称的 Th2 个点的波形数据提取到二维数组 Pulse 中, 并将 Ind 及附近 对称的 Th2 个点的波形数据在原数组中置零 ; 0073 步骤 42 : 重复步骤 41 直到将大于幅值阀值 Th1 的峰值处的微脉冲波形全部提取 到二维数组 Pulse 中, 二维数组 Pulse 每一行都是一组微脉冲波形数据 ; 0074 步骤 43 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中的每一。
30、行数据利用小波变换进行 降噪处理, 得到新的二维数据 Pulse1 ; 0075 步骤44 : 根据事先确定的变化率阀值Th3, 将步骤43中得到二维数组Pulse1中每 说 明 书 CN 104360192 A 7 5/5 页 8 一行数据都计算其变化率, 将每行数据变化率第一个大于 Th3 绝对时间记为 Pstart, 每行 最后一个大于 Th3 的绝对时间记为 Pend, 微脉冲持续时间 Pd 就等于 Pstart 与 Pend 之差 ; 0076 步骤 45 : 根据事先确定的幅值阀值 Th4, 将步骤 42 中得到的二维数组 Pulse 中绝 对值小于Th4的数据全部置零得到Puls。
31、e2, 然后提取二维数组Pulse2每一行中所有符合左 右两点不同时为零条件的零点的位置形成二维数组 Zero ; 0077 步骤 46 : 将步骤 45 中得到二维数组 Pulse2 进行全局搜索, 得到每一行的最大值 的位置 Tmax。将其与 Zero 中对应行的零点位置比较, 得到 Tm 之前距 Tm 最近的零点 Zm, 再 取 Zero 中 Zm 之前 2 点处的 Zm-2, 在 Pulse2 中寻找 Zm-2 与 Zm 之间的最小值的位置 Tmin, 则微脉冲上升时间近似等于 Tmax 与 Tmin 之差乘以 0.8 ; 0078 步骤 47 : 将步骤 42 中得到的二维数组 Pu。
32、lse 的每一行进行傅里叶变换, 对得到的 矩阵取幅值得到微脉冲的幅频特性 Zfft, 在 Zfft 上取幅值较大的几个频点, 即得到微脉冲 的主频 :0.75MHz、 1.125MHz、 17MHz、 38.25MHz 分布 ( 如图 6 所示 )。 说 明 书 CN 104360192 A 8 1/4 页 9 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 104360192 A 9 2/4 页 10 图 4 说 明 书 附 图 CN 104360192 A 10 3/4 页 11 图 5 说 明 书 附 图 CN 104360192 A 11 4/4 页 12 图 6 说 明 书 附 图 CN 104360192 A 12 。