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隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，大量的高壓電力設(shè)備投入運(yùn)行，其運(yùn)行狀態(tài)直接影響電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。作為高壓電力設(shè)備，特別是電容型設(shè)備的重要參數(shù)，介質(zhì)損耗角（簡稱介損角）最直接地反映了電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)。通過高壓電容型設(shè)備介損角的準(zhǔn)確測量，可監(jiān)測設(shè)備的絕緣狀態(tài)，了解絕緣設(shè)備在物理和化學(xué)方面的狀態(tài)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于設(shè)備絕緣問題帶來的潛在危險(xiǎn)，從而避免危險(xiǎn)事故的發(fā)生。

現(xiàn)有介損角檢測方法主要包含兩類：

①硬件實(shí)現(xiàn)方法，主要包括瓦特計(jì)法、電橋平衡法、過零點(diǎn)時(shí)差比較法和過零點(diǎn)電壓比較法[等，該類方法較為繁瑣，效率不高，很難滿足介損角自動(dòng)檢測要求；

②軟件實(shí)現(xiàn)方法，主要包括相關(guān)函數(shù)法、正弦波參數(shù)法、諧波分析法及其他軟件計(jì)算方法，諧波分析法基于傅里葉變換，是目前介損角測量較常采用的方法。但由于非同步采樣的存在，基于快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform, FFT）的諧波分析法存在頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)，導(dǎo)致相位計(jì)算存在較大誤差，從而影響介損角測量準(zhǔn)確度[20]。

為此，研究者提出了基于Kaiser窗、Nuttall窗、三角自卷積窗、Rife-Vincent窗、Blackman-Harris窗等多種加窗插值FFT算法的介損角測量方法，在一定程度上提高了介損角測量的準(zhǔn)確度。

然而基于加窗插值FFT的介損角測量方法中，窗函數(shù)的性能容易受到窗函數(shù)的選擇以及窗函數(shù)主瓣寬度和旁瓣電平的影響。另一方面，對(duì)于嵌入式系統(tǒng)而言，插值擬合算法的計(jì)算量偏大，很難直接在測量設(shè)備中求解擬合系數(shù)，通常先在上位機(jī)中求解擬合系數(shù)，再將系數(shù)導(dǎo)入測量設(shè)備中進(jìn)行測量，使用過程比較繁雜、缺乏靈活性。

為克服加窗插值FFT算法測量介損角的不足，實(shí)現(xiàn)在較強(qiáng)噪聲環(huán)境下介損角的準(zhǔn)確測量，本文提出一種基于序列重構(gòu)的高精度介損角測量方法。

首先通過對(duì)原始采樣序列進(jìn)行簡單移頻濾波實(shí)現(xiàn)基波實(shí)際頻率的準(zhǔn)確估計(jì)；再通過三次樣條插值結(jié)合得到的實(shí)際頻率和原始采樣序列實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)周期的實(shí)際等效電壓、電流序列的重構(gòu)；最后通過對(duì)重構(gòu)后的電壓、電流采樣序列使用FFT分別求取兩者的初相角，實(shí)現(xiàn)介損角的準(zhǔn)確測量。

相對(duì)于諧波分析法，本文算法由于不需要進(jìn)行頻率方程求解及加窗插值擬合計(jì)算，因此計(jì)算復(fù)雜度較低，同時(shí)算法能有效抑制非同步采樣情況下頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)造成的測量準(zhǔn)確度低的問題。最后通過仿真和實(shí)際測試，證明了本文提出的算法在準(zhǔn)確度、實(shí)時(shí)性、精度和抗噪聲干擾等方面具有優(yōu)異的性能。

圖9 硬件測試平臺(tái)

結(jié)論

本文提出一種基于時(shí)域采樣序列重構(gòu)的高精度介損角測量方法，給出了算法實(shí)現(xiàn)流程與詳細(xì)的測量模型推導(dǎo)過程。與目前廣泛使用的加窗插值FFT介損角測量方法相比，所提出的方法不用進(jìn)行加窗處理和譜線插值運(yùn)算，算法實(shí)現(xiàn)簡單，提高了介損角的測量速度。

在基波實(shí)際頻率、介損角真值、采樣頻率、ADC量化位數(shù)改變及白噪聲干擾等條件下進(jìn)行了仿真和實(shí)際測試，介損角測量結(jié)果表明，本文提出的算法具有測量精度高、實(shí)現(xiàn)簡單、抗噪性能好等優(yōu)點(diǎn)。