【正文】 （ 2）根據(jù) X ( k )構(gòu)造信號 x ( n )的解析信號： Z(k) ={ ??(??) ??= 0 2??(??) ?? = 1,2,…,??2 ?10 ??= ??2 ,…,N (2?23) （ 3） 通過對解析信號的頻譜 Z ( k )進(jìn)行傅立葉反變換（ IFFT）得到實(shí)信號 x ( n )的解析信號 z ( n )。 . Hilbert 變換 絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場測量到的電壓、電流信號都是實(shí)信號，其頻譜分為正、負(fù)兩個(gè)頻帶，這兩個(gè)頻帶受系統(tǒng)頻率的波動會發(fā)生改變，造成電壓、電流信號之間的相位差計(jì)算隨初相角的改變而不同，從而給監(jiān)測結(jié)果帶來誤差。可采用增大采樣點(diǎn)數(shù)來抑制其波動幅度使誤差到可以接受的范圍內(nèi)，同時(shí)，也可以將連續(xù)采樣的數(shù)據(jù)計(jì)算而來的介質(zhì)損耗角值，最后求取平均值，來消除系統(tǒng)誤差。但是合理的選擇高位數(shù)的 AD 轉(zhuǎn)換器，可使得這種誤差降到最低。 改善柵欄效應(yīng)的一種辦法是在 x1(n)后面增補(bǔ)若干零值點(diǎn)，例如增補(bǔ) N2N1個(gè)零點(diǎn) ，將序列人為地改為 N2 點(diǎn)，由于 x1(n)的有效數(shù)據(jù)為 N1 個(gè)，所以 x(??jw)并沒有變化，增補(bǔ)零的效果實(shí)際上相當(dāng)于改變了采樣點(diǎn)的位置，使各采樣點(diǎn)之間的間隔更小，這樣 FFT 計(jì)算的頻譜峰值對應(yīng)的頻率就更加靠近信號的峰值頻率，從而提高了頻率檢測的精度 [21]。 當(dāng)傅立葉變換序列是工頻整 數(shù)倍的樣本序列時(shí)，頻譜分析得到的基波幅值和相位可以真實(shí)地反應(yīng)電網(wǎng)中的頻率和幅值。 . 頻譜泄漏和柵欄效應(yīng) 所謂頻譜泄漏 是指某一頻率的信號能量擴(kuò)散到相鄰頻率點(diǎn)的現(xiàn)象。 ` 故 ??i1與 ??u1分別為對電流、電壓有限采樣序列進(jìn)行 1024 點(diǎn) FFT 變換后的第9 9 個(gè)頻率點(diǎn)出的相角值。在線測量結(jié)果 也 會受到頻率泄漏和柵欄效應(yīng)的嚴(yán)重影響。 ??0???? = N/L 或??????0 =NL (2?15) 上式中， N、 L 分別表示為采樣點(diǎn)數(shù)和周期數(shù)， ??0、 ????分別表示為信號基波周期和采樣周期。所以，介質(zhì)損耗角正切 : tanδ = tan (90176。 . 諧波分析法測量 tanδ的基本原理 滿足狄里赫利條件的電力系統(tǒng)電壓 Ux、電流 Ix數(shù)據(jù) 可按 照 傅里葉級數(shù)分解為直流分量和各次諧波分量之和。 因?yàn)?P 值與試驗(yàn) 電壓、試品大小等因素有關(guān)，不同試品間難以比較； 而介質(zhì)損耗角正切 tanδ是僅取決于材料的特性、與材料尺寸無關(guān)的物理量，用它來描述電介質(zhì)的損耗特性非常方便，于是就改用介質(zhì)損耗角正切 tanδ作為表征解釋損耗程度的物理量； 其值越大，說明這種材料的介質(zhì)損耗越大 [17]。由圖 22 可以看出，由于電介質(zhì)中存在極化損耗和電導(dǎo)損耗，流過電介質(zhì)的總電流 I 不再是純粹的電容電流，而是包含有功分量和無功分量。 如果電容器 在 加上交流電壓后，其流過的電流不是 正好 超前 90176。而在交流電壓作用下，既有極化損耗又有電導(dǎo)損耗，就需要引入介質(zhì)損耗這一概念及相關(guān)新的物理量來描述電介質(zhì)的損耗特性 [17]。 . 結(jié)果驗(yàn)證 在 完成設(shè)計(jì)后，可以對實(shí)物進(jìn)行仿真分析，或者用 simulink 等相關(guān)軟件進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證檢測得到的 tanδ與理論值是否接近，來驗(yàn)證本設(shè)計(jì)所提出的方法是不是能滿足工程要求，實(shí)現(xiàn)電容器絕緣介質(zhì)的在線檢測。在程序的控制下，由微電流傳感器和電壓互感器測量到泄漏電流和現(xiàn)場電壓，通過一系列的數(shù) 據(jù)預(yù)處理后經(jīng)過 AD 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)? 電腦中。 4 . 信號的預(yù)處理的研究 實(shí)際運(yùn)行中的基波頻率不斷變動將影響介損測量結(jié)果，針對初相角差異和諧波干擾兩個(gè)引起誤差的因數(shù)，分別采取措施對采樣信號進(jìn)行預(yù)處理：利用解析濾波算法消除信號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中諧波帶來的影響。利用 Hilbert 變換構(gòu)造解析變換以消除信號中的負(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； 同時(shí)，采用加窗插值的修正算法 來修正頻率波動給相角測量造成的誤差。 . 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。 通過仿真 得知 準(zhǔn)同步傅里葉算法計(jì)算所得介損誤差的絕對值小于 0. 0002%,能滿足177。 通過仿真分析給出了這兩種算法在頻率波動、諧波變化、直流分量變化、采樣頻率變化、 A/D 量化位數(shù)變化、采樣點(diǎn)數(shù)變化、介損角真實(shí)值變化、白噪聲及脈沖噪聲變化時(shí)介損誤差的變化情況 [7]。 傅里葉分析法在介質(zhì)損耗 測量中應(yīng)用最為廣泛 ,但是 在非同步采樣下 ,卻 會產(chǎn)生頻譜泄露和柵欄效應(yīng)?！坝布椒ā币卜Q為直接測量法 ,主要有過零比較法和基于電橋平衡原理的介質(zhì)損耗角 測量方法等 ； “軟件方法”也稱為信號重建法 , 它是將放大、處理后的傳感器信號離散采樣 ,經(jīng)高速 A/D 變換成為數(shù)字量 ,然后通過數(shù)字信號處理技術(shù)處理后獲得測量結(jié)果； 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 ,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； 這些算 法必須滿足一個(gè)假設(shè) :即必須2 為同步采樣 ,即采樣頻率為信號基波頻率的整數(shù)倍 ,然而 ,由于頻率波動等因素使得同步采樣很難滿足 ,于是很多學(xué)者對這些算法進(jìn)行了改進(jìn) [32]。由于絕緣介質(zhì)損耗因數(shù) tanδ 對反映電力設(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) ,對介質(zhì)損耗 的監(jiān)測是電力設(shè)備絕緣監(jiān)測的主要方法， 雖然可根據(jù) tanδ測量結(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)量級一般為 10－ 3,對測量的精確性和穩(wěn)定性有很高的要求 ,并且由于在運(yùn)行現(xiàn)場受各種因素的影響 ,所測到的 tanδ 值總會有一定的誤差 ,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 [28]。 In addition, fullwave Fourier algorithm with window interpolation is used to correct phase Angle measuring error caused by the frequency fluctuation. Finally, the device model is set up in Matlab/Simulink environment to verify the developed system can effectively and reliably online monitor the tan delta of dielectric loss. When the waveform data simulated in this model calculated with the proposed research method in this paper and pared with the theoretical value of dielectric loss, and the actual model of measurement data to calculate the dielectric loss tan delta for online monitoring, the experimental results show that the system in the measurement of tan delta has high stability and accuracy. Key words: Capacitive equipment online insulation monitoring dielectric loss factor modified harmonic analysis algorithm X 目錄 開題報(bào)告 ...................................................................... I 背景 .......................................................................... I 國內(nèi)外現(xiàn)狀 .................................................................... I 研究路線 .................................................................... III 工作進(jìn)度安排 .................................................................. V 參考文獻(xiàn) ..................................................................... VI 摘要 ....................................................................... VIII ABSTRACT ..................................................................... IX 目錄 .......................................................................... X 1. 緒論 ...................................................................... 1 . 選題背景及研究意義 .................................................... 1 . 電容型設(shè)備絕緣在線監(jiān)測技術(shù)的研究現(xiàn)狀 ................................... 1 . 過零比較法 ........................................................ 2 . 傅里葉分析法 ...................................................... 2 . 高階正弦擬合法 .................................................... 3 . 相關(guān)函數(shù)法 ........................................................ 3 . 本文的主要工作 ........................................................ 3 . 介損 tanδ 在線監(jiān)測方法的研究 ...................................... 3 . 信號的預(yù)處理的研究 ................................................ 4 . 檢測系統(tǒng)的總體硬件設(shè)計(jì) ............................................ 4 . 檢測系統(tǒng)的總體軟件設(shè)計(jì) ............................................ 4 . 結(jié)果驗(yàn)證 .......................................................... 4 2. 介損 TANΔ 在線監(jiān)測方法的研究 .............................................. 5 . 電力電容器中的介質(zhì)損耗 TANΔ ............................................ 5 . 諧波分析法測量 TANΔ 的基本原理 .......................................... 7 . 實(shí)際電網(wǎng)中的干擾因素 .................................................. 9 . 諧波的影響 ........................................................ 9 . 頻譜泄漏和柵欄效應(yīng) ................................................ 9 . 其他干擾因素 ..................................................... 10 . 信號預(yù)處理 ........................................................... 10 . Hilbert 變換 .............................