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九点变换改进FFT的介质损耗角测量算法研究

作　者: 张红瑛
导　师: 滕召胜
学　校: 湖南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 介质损耗角谐波分析频谱泄漏九点变换 FFT 电容型设备在线监测
分类号: TM934.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 68次
引　用: 2次
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内容摘要

随着电力系统的建设和发展,各种高电压、大型电容型绝缘设备的应用日益增多,电容型绝缘设备的安全运行对于电网的经济、稳定运行起着举足轻重的作用。介质损耗角的正切值是反映电容型设备绝缘老化程度的一项重要指标,传统的电容型绝缘设备状态检测需要在停电状态下进行,而停电检测存在实时性不足、故障反映不够灵敏和难以发现早期绝缘问题等缺点。因此,绝缘在线监测技术成为电容型设备检测的研究热点。容性设备介损角的测量在基于高电压、微电流、小信号、多重干扰的条件下进行,这些因素影响了介损角测量的准确度。因此,研究高精度介损角测量改进算法具有重要的理论价值和实际意义。本文首先介绍造成电容型设备绝缘老化变质的各种因素与介损角测量的等效电路,通过对比国内外文献中的各种基于硬件及软件算法实现介损角测量方法的优劣,深入分析了绝缘介损测量的原理和影响测量结果的各种因素。快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)易于嵌入式系统实现,是介损角在线测量的有效实现手段,因此文中介绍了FFT的时频计算的两种方式,以及时域基2FFT的运算规律和编程思想。其次,本文详细分析了离散傅里叶变换实际应用中存在的问题并提出了可行性解决方案。在非同步采样条件下,分析了频谱泄漏和栅栏效应对信号分析造成的影响。针对传统FFT算法的不足,本文提出了基于九点变换改进FFT的介损角测量方法,通过对九点变换改善了不同信号频谱间的相互泄漏,加强了有用频点的信息,继而通过插值运算求取电压和电流信号与介损角运算相关的参数。各种仿真实验结果表明,与加Hanning窗FFT算法和Blackman-Harris窗FFT算法相比,本文算法在获取较高精确度的同时,减小了测量误差,具有一定的优越性。然后,本文提出了基于九点变换改进FFT算法的介损角在线监测系统的设计思路,包括功能分析、芯片选型、硬件和软件设计框图等。其中,硬件设计部分采用AD7862实现信号采集,采用ADSP-BF533进行算法运算和数据处理。最后总结了本文的创新成果与不足,指出了后续工作方向。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 绝缘介质损耗  10-13
    1.1.1 绝缘介质损耗的种类  10-11
    1.1.2 介质损耗测量等效电路  11-12
    1.1.3 影响介质损耗状况的因素  12-13
  1.2 介质损耗测量技术的研究现状  13-16
    1.2.1 预防性试验  13-14
    1.2.2 在线监测技术  14-15
    1.2.3 国内外应用现状  15-16
  1.3 本文研究的背景及其意义  16-17
  1.4 本文研究的主要内容  17-18
第2章绝缘介质损耗测量原理  18-27
  2.1 数字化介损测量方法介绍  19-25
    2.1.1 过零点时差比较法  19-20
    2.1.2 正弦波拟合法  20-22
    2.1.3 相关函数分析法  22-23
    2.1.4 谐波分析法  23-25
    2.1.5 其他算法  25
  2.2 介损角测量的影响因素  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第3章九点变换改进FFT介损角测量算法  27-48
  3.1 傅里叶变换理论简介  27-31
    3.1.1 傅里叶级数  27-28
    3.1.2 信号离散化  28-29
    3.1.3 离散时间傅里叶变换  29
    3.1.4 离散傅里叶变换  29-31
  3.2 快速傅里叶变换  31-37
    3.2.1 按时域抽取的基2DIT-FFT算法  32-34
    3.2.2 基2DIT-FFT运算规律  34-36
    3.2.3 按频域抽取的基2FFT算法  36-37
  3.3 离散傅里叶变换用于谐波分析的误差分析  37-44
    3.3.1 DFT实际应用中存在的问题  37-40
    3.3.2 同步采样条件  40
    3.3.3 同步与非同步采样时谐波参数估算  40-43
    3.3.4 谐波间相互干扰影响  43-44
  3.4 九点变换改进FFT介损角测量算法  44-47
    3.4.1 九点变换系数推导过程  44-46
    3.4.2 基于九点变换的介损角计算公式  46-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章绝缘介损角测量仿真实验研究  48-58
  4.1 MATLAB 7.0简介  48
  4.2 算法流程  48-49
  4.3 信号构造  49-50
  4.4 电网频率波动的影响  50-52
  4.5 介损真值变动时的仿真分析  52-54
  4.6 电网谐波成份改变仿真实验  54
  4.7 采样频率变化对介损角测量的影响  54-56
  4.8 白噪声影响  56-57
  4.9 本章小结  57-58
第5章介损角检测应用设计  58-68
  5.1 介损角检测功能分析  58-59
  5.2 系统总体设计  59-60
  5.3 介损角测量终端硬件框图  60-61
  5.4 芯片选型分析  61-64
  5.5 介损角测量软件设计  64-66
  5.6 介损角检测抗干扰措施  66-67
  5.7 本章小节  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
致谢  75-76
附录A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文  76-77
附录B 攻读学位期间所获奖励与申请的专利  77

九点变换改进FFT的介质损耗角测量算法研究

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