【正文】 ........................ 10 . 加 Hanning窗的 FIR 低通濾波器 ..................................... 12 . FIR 低通濾波器的 MATLAB 驗(yàn)證 ....................................... 15 . 改進(jìn)型諧波分析法算法 ................................................. 17 3. 介損 TANΔ在線檢測(cè)系統(tǒng)的硬件研究 .......................................... 19 . 介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) ........................................ 19 . 采集信號(hào)的傳感器設(shè)計(jì) ................................................. 19 . 電流傳感器的選擇 ................................................. 19 XI . 電壓傳感器的選擇 ................................................. 21 . 前置處理電路 ......................................................... 22 . AD7656 采樣電路 ...................................................... 23 . AD 芯片的精度需求分析 ............................................ 23 . AD7656 介紹及工作原理 ............................................ 23 4. 介損 TANΔ 在線檢測(cè)系統(tǒng)的軟件研究 .......................................... 25 . 介損 TANΔ 在線檢測(cè)軟件界面的總體介紹 ................................... 25 . 電力電容器測(cè)量系統(tǒng)仿真模型的搭建 ...................................... 26 . 介損 TANΔ 在線檢測(cè)軟件重要模塊的編寫 ................................... 27 . 希爾伯特變換的程序設(shè)計(jì) ........................................... 27 . FIR 數(shù)字低通濾波器的程序設(shè)計(jì) ...................................... 27 . 介損 tanδ的計(jì)算程序的程序設(shè)計(jì) .................................... 28 . 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析及畫圖分析模塊 ............................................ 28 5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 ........................................................... 29 . 實(shí)驗(yàn)方案 ............................................................. 29 . 當(dāng)頻率波動(dòng)、諧波含量均為零時(shí)計(jì)算介損值的誤差研究 ....................... 30 . 當(dāng)頻率波動(dòng)、含有諧波時(shí)計(jì)算介損值的誤差研究 ............................ 31 . 當(dāng)電路元件信息變化時(shí)計(jì)算介損值的誤差研究 .............................. 32 . 導(dǎo)入實(shí)際波形數(shù)據(jù)時(shí)的軟件運(yùn)行情況 ...................................... 33 6. 總結(jié) ..................................................................... 34 . 論文工作總結(jié) ......................................................... 34 . 有待提高的地方 ....................................................... 34 致謝 .......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。將模型模擬得到的波形數(shù)據(jù)利用本文提出的研究方法進(jìn)行計(jì)算與并與介質(zhì)損耗理論值相比較，并對(duì)實(shí)際模型得到的測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得到的介質(zhì)損耗 tanδ進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。因此，需要 對(duì) 電網(wǎng)電壓以及電流信號(hào) 進(jìn)行 同步采集 。實(shí)際測(cè)量 時(shí) 計(jì)算結(jié)果很容易因誤差而 被 湮沒。 48將多種模型參數(shù)的介損值進(jìn)行比較，進(jìn)一步分析了兩種算法的區(qū)別和優(yōu)越性，從而驗(yàn)證本文研制的基于改進(jìn)型全波傅立葉算法的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效 性。分開編譯程序代碼，最后進(jìn)行總體編寫，校驗(yàn)，讓整個(gè)系統(tǒng)滿足相關(guān)功能。 第二階段： 4 月 1 日 ~4 月 21 日，完成檢測(cè)系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì)。然后，選取多組不同的電阻電容值（理論介損值范圍 ~ 之內(nèi)），將多種模型參數(shù)的介損值進(jìn)行比較，進(jìn)一步分析了兩種算法的區(qū)別和優(yōu)越性，從而驗(yàn)證本文研制的基于改進(jìn)型全波傅立葉算法的絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的有效性。模塊化設(shè)計(jì)不但簡(jiǎn)化了代碼量，而且提高了程序的高效及可擴(kuò)展性。 電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為系統(tǒng)控制 主程序、中斷服務(wù)子程序、數(shù)據(jù)分析及診斷子程序以及圖形界面等幾大模塊內(nèi)容。 在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體框架的指導(dǎo)下，分別對(duì)系統(tǒng)的前置處理電路、 A/D 采樣電路、CAN 總 線通信模塊及電源模塊等硬件進(jìn)行設(shè)計(jì)并給出了電路圖。由于我沒有學(xué)過 DSP，但是我能熟練掌握單片機(jī)，因此自學(xué) DSP 應(yīng)該不成問題。這一章內(nèi)容設(shè)計(jì)《信號(hào)與系統(tǒng)》學(xué)科，其中有不少內(nèi)容是課題上沒有學(xué)過的，但是可以通過自學(xué)教材了解這章內(nèi)容。推導(dǎo)出介質(zhì)損耗角的計(jì)算公式，以及了解測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以及在測(cè)量過程中會(huì)遇到的情況。將傳統(tǒng)諧波分析法、基于 Hanning 窗插值的改進(jìn)型諧波分析法計(jì)算值與介損理論值相比較，分析兩種介損計(jì)算方法的性能，并對(duì)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜏y(cè)量得到的介損 tanδ 進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。利用 Hilbert 變換構(gòu)造解析變換以消除信號(hào)中的負(fù)頻率成分；設(shè)計(jì)加 Hanning 窗的 FIR 低通濾波器以濾除干擾信號(hào)；另外，采用加窗插值的全波傅立葉算法來修正頻率波動(dòng)給相角測(cè)量造成的誤差。 相關(guān)函數(shù)法 相關(guān)函數(shù)法可以較好地解決 FFT 在非整周期采樣時(shí)的頻譜泄露問題 ,但是對(duì)前置的帶通濾波器有較高的要求； 用拋物插值積分公式構(gòu)造插值函數(shù) [13]計(jì)算相關(guān)函數(shù) ,仿真證明了該方法可以減少離散積分的誤差。 高階正弦擬合法 文獻(xiàn) [11,12]介紹了高階正弦擬合法。還有一種采樣基波相位分離法 ,該方法原理也是基于傅里葉變化的 ,不同的是他根據(jù)獲得頻率僅計(jì)算基波分量 ,該方法根據(jù)獲得頻率進(jìn)行了整周期的積分 ,有效減少了非整周期采樣造成的誤差 ,計(jì)算所得介損具有很高的精確度 ,同時(shí)他具有對(duì)采樣時(shí)間長(zhǎng)度要求不高、原理簡(jiǎn)單、計(jì)算量小、實(shí)現(xiàn)容易 ,比常規(guī)的傅里葉算法準(zhǔn)確 [9]。很多學(xué)者對(duì)采樣加窗插值算法進(jìn)行了研究 ,加窗可以減輕頻譜的泄露 ,插值可以減輕柵欄效應(yīng) [3]。當(dāng)電網(wǎng)頻率漂移時(shí) ,即使在硬件上通過一定的頻率跟蹤措施 ,如鎖相環(huán)等 ,但仍不能實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的同步采樣。主要以諧波分析法為代表 ,他根據(jù) i、 u 的采樣數(shù)據(jù)重建正弦信號(hào) ,再由波形參數(shù)求得φ ,如傅里葉分析法、高階正弦擬合法和相關(guān)系數(shù)法等。 “硬件方法”也稱為直接測(cè)量法 ,主要有過零比較法和基于電橋平衡原理的介損測(cè)量方法等。由于絕緣介質(zhì)損耗因數(shù) tanδ 對(duì)反映電力設(shè)備早期的缺陷比較靈敏有效 ,電力行業(yè)制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)《 DL/T 5951996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》對(duì)不同種類的電力設(shè)備規(guī)定了 tanδ最大容許值 的 標(biāo)準(zhǔn) ,對(duì)介質(zhì)損耗的監(jiān)測(cè)是電力設(shè)備絕緣監(jiān)測(cè)的主要方法， 雖然可根據(jù) tanδ測(cè)量結(jié)果來分析判斷絕緣狀態(tài) ,但由于在正常時(shí) tanδ值比較小 ,其數(shù)量級(jí)一般為 10－ 3,對(duì)測(cè)量的精確性和穩(wěn)定性有很高的要求 ,并且由于在運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)受各種因素的影響 ,所測(cè)到的 tanδ 值總會(huì)有一定的誤差 ,如果不能處理好這些問題 ,將不能很好地實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣的在線監(jiān)測(cè) [15]。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) [ 論 文 ] 題 目 ： 電容器介質(zhì)損耗測(cè)量技術(shù)研究 Title The technology research of measurement in Capacitor dielectric loss 院 系 ： 電氣與電子工程學(xué)院 專 業(yè) ： 電氣工程及其自動(dòng)化 姓 名 ： 指導(dǎo)教師 ： 20xx 年 5 月 24 日I 開題報(bào)告 一 背景 電力系統(tǒng)高壓電力設(shè)備 ,若按照 絕緣結(jié)構(gòu)來 進(jìn)行 分類 ,電容型設(shè)備占很大部分 ,還包括電流傳感器、套管、耦合電容器、電容式電壓互感器等 ,其中 容性設(shè)備在變電站中占 40% ~50%,他們的安全運(yùn)行 情況將直接影響電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ,隨著電壓等級(jí)和設(shè)備容量的增大 ,設(shè)備故障的檢修時(shí)間越來越長(zhǎng) ,費(fèi)用也越來越高 ,嚴(yán)重影響了電網(wǎng)供電的可靠性 [16]。 隨著電力系統(tǒng)向超高壓、大容量的方向發(fā)展，由電氣設(shè)備故障引發(fā)的電力系統(tǒng)事故所造成的危害也越發(fā)嚴(yán)重，因此開展對(duì)電容型設(shè)備這種重要的輸變電設(shè)備的絕緣在 線監(jiān)測(cè)與故障診斷任務(wù)對(duì)于全面實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義； 而介質(zhì)損耗因數(shù) 角 tanδ 是反映 電容型設(shè)備絕緣條件 的重要參數(shù)， 可以 通過對(duì) tanδ 的測(cè)量來 及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備中的劣化變質(zhì)、絕緣受潮 及局部缺陷等問題，從而保 證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行，因此實(shí)現(xiàn)介質(zhì)損耗 的在線監(jiān)測(cè)具有重要的意義。 過零比較法 過零比較法是根據(jù)電壓、電流信號(hào)過零點(diǎn)的時(shí)間差或電壓、電流歸一化后過零點(diǎn)II 附近兩信號(hào)幅值差獲得信號(hào)的相角差 ,該算法原理簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn) ,但是精確度較低 ,容易受諧波、噪聲、頻率波動(dòng)和電壓變化等的影響 ,多用于介損測(cè)量?jī)x [1]。這些算法必須滿足一個(gè)假設(shè) :即必須為同步采樣 ,即采樣頻率為信號(hào)基波頻率的整數(shù)倍 ,然而 ,由于頻率波動(dòng)等因素使得同步采樣很難滿足 ,于是很多學(xué)者對(duì)這些算法進(jìn)行了改進(jìn)。由于存在非同步采樣 ,計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差 ,嚴(yán)重時(shí) ,無法滿足 tanδ的測(cè)量要求。加窗插值算法有很多種 ,其中應(yīng)用最廣的是加 Hanning 窗插值諧波分析法 [4]和加 BlackmanHarris 窗插值諧波分析法 [5],前者的優(yōu)點(diǎn)是可以較大程度減輕頻譜泄露和柵欄效應(yīng) ,并且增加的計(jì)算量較小、編程實(shí)現(xiàn)比較容易 ,后者用 4項(xiàng)的 BlackmanHarris 窗 ,他的旁瓣衰減為 92db,諧波間的干擾可有效衰減掉 ,介損精確度得 到大幅度的提高 ,但該算法要求解 6~7 階的一元方程 ,計(jì)算和編程實(shí)現(xiàn)比較困難 [6]。頻譜泄露對(duì)消算法格局相距 1/4 個(gè)周波的信號(hào)頻譜消除基波負(fù)頻分量和 3 次諧波存在的頻譜泄露 ,能很大程度減輕非同步導(dǎo)致的誤差計(jì)算 ,具有很好的應(yīng)用前景 [10]。該方法是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘高階擬合。 針對(duì)相關(guān)函數(shù)法在非整周期采樣時(shí)產(chǎn)生較大誤差的問題 ,提出根據(jù)同向過零獲得整周期信號(hào)、采樣線性插值修正積分區(qū)間的方法 ,減少了非周期采樣帶來的介損測(cè)量誤差 ； 正是上述本質(zhì)性的困難 ,造成現(xiàn)有數(shù)字化算法從理論上難以克服電壓諧波、電網(wǎng)頻率波動(dòng)、非同步采樣與非整周期采樣等因素的綜合影響 ,因此有待于研究基于其他原理的新型數(shù)字化算法 [14]。 最終需要實(shí)現(xiàn)能高精度在線檢測(cè)出電容器介質(zhì)損耗 tanδ的檢測(cè)系統(tǒng) 研究路線和技術(shù)方案 設(shè)計(jì)以 TMS320F2812 型 DSP 為數(shù)據(jù)處理、邏輯控制核心的硬件電路，主要包括：微電流傳感器、電壓傳感器、前置處理電路、 AD7656 采樣電路、供電電IV 源等模塊。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該系統(tǒng)在測(cè)量介損 tanδ 時(shí)具有較高的穩(wěn)定性和精確度。 實(shí)際運(yùn)行中的基波頻率不斷變動(dòng)將影響介損測(cè)量結(jié)果，針對(duì)初相角差異和諧波干擾兩個(gè)引起誤差的因數(shù)，分別采取 措施對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理：利用解析濾波算法消除信號(hào)初相角不同造成的計(jì)算誤差，設(shè)計(jì) FIR 數(shù)字低通濾波器以消除信號(hào)中諧波帶來的影響。在設(shè)計(jì)的過程中可能會(huì)用到 MATLAB 等相關(guān)軟件。本章還涉及到了電流傳感器和電壓傳感器的選擇，這個(gè)可以根據(jù)工程實(shí)例作類似選擇解決。 V 然而要想實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量介損值，并通過絕緣診斷策略準(zhǔn)確地評(píng)估設(shè)備