一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于變電站二次設(shè)備電磁兼容【技術(shù)領(lǐng)域】的一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，具體是在不同電壓等級(jí)下的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作時(shí)，測(cè)錄GIS管道上的傳感器端口或者GIS匯控柜中智能組件端口的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)；對(duì)得到的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)按電磁兼容傳導(dǎo)干擾中共模電壓和差模電壓的公式計(jì)算得到共模干擾波形和差模干擾波形；并分別提取宏觀特征參數(shù)和微觀特征參數(shù)。本發(fā)明方法能夠可靠、準(zhǔn)確的得到騷擾波形的全部的宏觀特征參數(shù)和微觀特征參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波形的量化分析。
【專利說(shuō)明】一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變電站二次設(shè)備電磁兼容【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種變電站氣體絕緣開(kāi) 關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，具體說(shuō)是一種GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波 形特征的提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 氣體絕緣開(kāi)關(guān)設(shè)備（GIS)變電站具有占地面積小，密封性好，受環(huán)境影響小，運(yùn)行 可靠性高，檢修周期長(zhǎng)，維護(hù)工作量少，運(yùn)行費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)電網(wǎng)得到了廣泛應(yīng) 用。GIS中的隔離開(kāi)關(guān)操作時(shí)，產(chǎn)生波頭很陡的行波，這些行波在GIS內(nèi)發(fā)生多次折反射后， 形成特快速暫態(tài)過(guò)電壓。當(dāng)其到達(dá)套管時(shí)，瞬態(tài)電磁波一部分耦合到架空線上，沿架空線 進(jìn)行傳播，進(jìn)而對(duì)與GIS相連的變壓器、架空線路等電氣設(shè)備的絕緣形成直接損傷；另一部 分則耦合到外殼與地之間，形成GIS外殼瞬態(tài)地電位升高，進(jìn)而耦合到二次設(shè)備端口形成 電磁騷擾，對(duì)二次設(shè)備的安全可靠運(yùn)行造成威脅。
[0003] GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波形特征截然不同于雷電沖擊和短路故障 引起的電磁騷擾波形，對(duì)二次設(shè)備的威脅也較后兩者更大。而為了檢驗(yàn)二次設(shè)備抗這種騷 擾的能力而設(shè)立的電快速瞬態(tài)脈沖群電磁兼容測(cè)試，其用于檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)波形與實(shí)測(cè)的GIS 變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾波形有很多根本上的區(qū)別；而量化這些區(qū)別，就需要對(duì)大 量的實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取。目前，尚缺乏一種可靠的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電 磁騷擾的波形特征的提取方法，這正是本發(fā)明的意義所在。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是提供一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法其特 征在于，具體包含以下步驟：
[0005] 步驟1 :在不同電壓等級(jí)下的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作時(shí)，測(cè)錄GIS管道上的模擬傳感 器端口 A或者GIS的模擬匯控柜中智能組件端口 a的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)；
[0006] 步驟2 :對(duì)步驟1中得到的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)按電磁兼容傳導(dǎo)干擾中共模電壓和 差模電壓的公式計(jì)算得到共模干擾波形和差模干擾波形；
[0007] 步驟3 :對(duì)步驟2中得到的共模干擾波形和差模干擾波形分別提取宏觀特征參 數(shù)；
[0008] 步驟4 :對(duì)步驟2中得到的共模干擾波形和差模干擾波形分別提取微觀特征參數(shù)。
[0009] 所述步驟1中，測(cè)錄電磁騷擾波形的測(cè)量系統(tǒng)要有良好的電磁屏蔽效能保證測(cè)錄 數(shù)據(jù)的可靠有效。
[0010] 所述的步驟2中，共模干擾波形和差模干擾波形要嚴(yán)格按照被測(cè)二端口和端口設(shè) 備接地端組成的三端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效得到。
[0011] 所述的步驟3中，單個(gè)干擾波形的宏觀特征參數(shù)包括：
[0012] 宏脈沖峰峰值：干擾波形最大值與最小值之差；
[0013] 宏脈沖最大峰值：干擾波形中最大值與最小值相比絕對(duì)值較大的那個(gè)；
[0014] 宏脈沖持續(xù)時(shí)間：從干擾波形中第一個(gè)微脈沖到最后一個(gè)微脈沖的時(shí)間；
[0015] 微脈沖個(gè)數(shù)：干擾波形中全部微脈沖的個(gè)數(shù)；
[0016] 微脈沖間隔時(shí)間：每?jī)蓚€(gè)微脈沖之間的時(shí)間差。
[0017] 所述的步驟3中，具體包含以下步驟：
[0018] 步驟31 :步驟2中得到共模干擾波形和差模干擾波形的數(shù)據(jù)為離散時(shí)間序列，對(duì) 其進(jìn)行全局搜索，獲得波形中的最大值Max和最小值Min，兩者相減得宏脈沖峰峰值Vpp ;
[0019] 步驟32 :將步驟31中得到最大值Max和最小值Min取絕對(duì)值，然后進(jìn)行比較，取 更大的值作為宏脈沖最大峰值；
[0020] 步驟33 :根據(jù)事先確定的幅值閥值Thl，提取干擾波形中所有大于閥值Thl的微脈 沖最大峰值處的絕對(duì)時(shí)間Twm，一維數(shù)組Twm中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)即為微脈沖個(gè)數(shù)；
[0021] 步驟34 :將步驟33中得到的一維數(shù)組Twm從小到大進(jìn)行排序，然后計(jì)算相鄰兩點(diǎn) 的時(shí)間差，得到一位數(shù)組Td，即為微脈沖間隔時(shí)間。
[0022] 所述的步驟33中，具體包含以下步驟：
[0023] 步驟331 :將步驟2中得到干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的位置 Ind和絕對(duì)時(shí)間Twml ;
[0024] 步驟332 :根據(jù)事先確定的距離閥值Th2,將步驟331中得到最大峰值處的位置 Ind及附近對(duì)稱的Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)置零；
[0025] 步驟333 :將步驟332中處理后的干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的 位置Indl和絕對(duì)時(shí)間Twm2 ;
[0026] 步驟334 :重復(fù)步驟332和步驟333,直到波形數(shù)據(jù)中沒(méi)有比幅值閥值Thl大的峰 值為止。
[0027] 所述的步驟4中，干擾波形中微脈沖的微觀特征參數(shù)包括：
[0028] 微脈沖持續(xù)時(shí)間：從脈沖波形上升開(kāi)始到基本淹沒(méi)在環(huán)境噪聲中為止的時(shí)間；
[0029] 微脈沖上升時(shí)間：微脈沖最大峰值處峰值從10%到90%的時(shí)間；
[0030] 微脈沖主頻分布：微脈沖幅頻特性上主要頻點(diǎn)的頻率。
[0031] 所述的步驟4中，具體包含以下步驟：
[0032] 步驟41 :將步驟2中得到干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的位置 Ind，將Ind及附近對(duì)稱的Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)提取到二維數(shù)組Pulse中，并將Ind及附近 對(duì)稱的Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)在原數(shù)組中置零；
[0033] 步驟42 :重復(fù)步驟41直到將大于幅值閥值Thl的峰值處的微脈沖波形全部提取 到二維數(shù)組Pulse中，二維數(shù)組Pulse每一行都是一組微脈沖波形數(shù)據(jù)；
[0034] 步驟43 :將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse中的每一行數(shù)據(jù)利用小波變換進(jìn)行 降噪處理，得到新的二維數(shù)據(jù)Pulsel ;
[0035] 步驟44 :根據(jù)事先確定的變化率閥值Th3,將步驟43中得到二維數(shù)組Pulsel中每 一行數(shù)據(jù)都計(jì)算其變化率，將每行數(shù)據(jù)變化率第一個(gè)大于Th3絕對(duì)時(shí)間記為Pstart，每行 最后一個(gè)大于Th3的絕對(duì)時(shí)間記為Pend，微脈沖持續(xù)時(shí)間Pd就等于Pstart與Pend之差；
[0036] 步驟45 :根據(jù)事先確定的幅值閥值Th4,將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse中絕 對(duì)值小于Th4的數(shù)據(jù)全部置零得到Pulse2,然后提取二維數(shù)組Pulse2每一行中所有符合左 右兩點(diǎn)不同時(shí)為零O的零點(diǎn)的位置形成二維數(shù)組Zero ;
[0037] 步驟46 :將步驟45中得到二維數(shù)組Pulse2進(jìn)行全局搜索，得到每一行的最大值 的位置Tmax。將其與Zero中對(duì)應(yīng)行的零點(diǎn)位置比較，得到Tm之前距Tm最近的零點(diǎn)Zm，再 取Zero中Zm之前2點(diǎn)處的Zm-2,在Pulse2中尋找Zm-2與Zm之間的最小值的位置Tmin， 則微脈沖上升時(shí)間近似等于Tmax與Tmin之差乘以0. 8 ;
[0038] 步驟47 :將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse的每一行進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)得到的 矩陣取幅值得到微脈沖的幅頻特性Zfft，在Zfft上取幅值較大的幾個(gè)頻點(diǎn)，即得到微脈沖 的主頻分布。
[0039] 本發(fā)明的有益效果是本提取方法能夠可靠、準(zhǔn)確的得到騷擾波形的全部的宏觀特 征參數(shù)和微觀特征參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波形的量化分 析。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為被測(cè)系統(tǒng)示意圖。
[0041] 圖2為GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波形特征提取流程圖。
[0042] 圖3為測(cè)試設(shè)備示意圖。
[0043] 圖4為微觀特征參數(shù)提取方法流程圖。
[0044] 圖5為典型干擾波形，（a)典型共模干擾波形；(b)典型差模干擾波形。
[0045] 圖6為典型微脈沖主頻分布。

【具體實(shí)施方式】
[0046] 本發(fā)明提供一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，以下根據(jù)圖 1?6,具體說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
[0047] 根據(jù)圖1所示的測(cè)試系統(tǒng)示意圖和圖2所示的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷 擾的波形特征提取流程圖。所述GIS變電站開(kāi)關(guān)操作引起的電磁騷擾的波形特征的提取方 法具體包含以下步驟：
[0048] 步驟1 :在不同電壓等級(jí)下的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作時(shí)，測(cè)錄GIS管道上的模擬傳感 器端口 A或者GIS匯控柜中智能組件端口 a的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)；測(cè)錄電磁騷擾波形的測(cè) 量系統(tǒng)要有良好的電磁屏蔽效能保證測(cè)錄數(shù)據(jù)的可靠有效。
[0049] 步驟2 :對(duì)上述步驟1中得到的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)按電磁兼容傳導(dǎo)干擾中共模電 壓和差模電壓的公式計(jì)算得到如下面式（1)所示的共模干擾波形Uc和如下面式（2)所示 的差模干擾波形Ud ;共模干擾波形和差模干擾波形要嚴(yán)格按照被測(cè)端口和端口設(shè)備接地 端組成的三端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效得到（如圖3所示）。

【權(quán)利要求】
1. 一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特征在于，具體包含以 下步驟： 步驟1 :在不同電壓等級(jí)下的GIS變電站開(kāi)關(guān)操作時(shí)，測(cè)錄GIS管道上的傳感器端口或 者GIS匯控柜中智能組件端口的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)； 步驟2 :對(duì)步驟1中得到的電磁騷擾波形數(shù)據(jù)按電磁兼容傳導(dǎo)干擾中共模電壓和差模 電壓的公式計(jì)算得到共模干擾波形和差模干擾波形； 步驟3 :對(duì)步驟2中得到的共模干擾波形和差模干擾波形分別提取宏觀特征參數(shù)； 步驟4 :對(duì)步驟2中得到的共模干擾波形和差模干擾波形分別提取微觀特征參數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述步驟1中，測(cè)錄電磁騷擾波形的測(cè)量系統(tǒng)要有良好的電磁屏蔽效能保證測(cè)錄 數(shù)據(jù)的可靠有效。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟2中，共模干擾波形和差模干擾波形要嚴(yán)格按照被測(cè)二端口和端口設(shè) 備接地端組成的三端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟3中，單個(gè)干擾波形的宏觀特征參數(shù)包括： 宏脈沖峰峰值：干擾波形最大值與最小值之差； 宏脈沖最大峰值：干擾波形中最大值與最小值相比絕對(duì)值較大的那個(gè)； 宏脈沖持續(xù)時(shí)間：從干擾波形中第一個(gè)微脈沖到最后一個(gè)微脈沖的時(shí)間； 微脈沖個(gè)數(shù)：干擾波形中全部微脈沖的個(gè)數(shù)； 微脈沖間隔時(shí)間：每?jī)蓚€(gè)微脈沖之間的時(shí)間差。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟3中，具體包含以下步驟： 步驟31 :步驟2中得到共模干擾波形和差模干擾波形的數(shù)據(jù)為離散時(shí)間序列，對(duì)其進(jìn) 行全局搜索，獲得波形中的最大值Max和最小值Min，兩者相減得宏脈沖峰峰值Vpp ; 步驟32 :將步驟31中得到最大值Max和最小值Min取絕對(duì)值，然后進(jìn)行比較，取更大 的值作為宏脈沖最大峰值； 步驟33 :根據(jù)事先確定的幅值閥值Thl，提取干擾波形中所有大于閥值Thl的微脈沖最 大峰值處的絕對(duì)時(shí)間Twm，一維數(shù)組Twm中數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)即為微脈沖個(gè)數(shù)； 步驟34 :將步驟33中得到的一維數(shù)組Twm從小到大進(jìn)行排序，然后計(jì)算相鄰兩點(diǎn)的時(shí) 間差，得到一位數(shù)組Td，即為微脈沖間隔時(shí)間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟33中，具體包含以下步驟： 步驟331 :將步驟2中得到干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的位置Ind和 絕對(duì)時(shí)間Twml ; 步驟332 :根據(jù)事先確定的距離閥值Th2,將步驟331中得到最大峰值處的位置Ind及 附近對(duì)稱的Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)置零； 步驟333 :將步驟332中處理后的干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的位置 Indl和絕對(duì)時(shí)間Twm2 ; 步驟334 :重復(fù)步驟332和步驟333,直到波形數(shù)據(jù)中沒(méi)有比幅值閥值Thl大的峰值為 止。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟4中，干擾波形中微脈沖的微觀特征參數(shù)包括： 微脈沖持續(xù)時(shí)間：從脈沖波形上升開(kāi)始到基本淹沒(méi)在環(huán)境噪聲中為止的時(shí)間； 微脈沖上升時(shí)間：微脈沖最大峰值處峰值從10%到90%的時(shí)間； 微脈沖主頻分布：微脈沖幅頻特性上主要頻點(diǎn)的頻率。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種變電站氣體絕緣開(kāi)關(guān)的電磁騷擾波形特征提取方法，其特 征在于，所述的步驟4中，具體包含以下步驟： 步驟41 :將步驟2中得到干擾波形數(shù)據(jù)進(jìn)行全局搜索，得到最大峰值處的位置Ind，將 Ind及附近對(duì)稱的Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)提取到二維數(shù)組Pulse中，并將Ind及附近對(duì)稱的 Th2個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)在原數(shù)組中置零； 步驟42 :重復(fù)步驟41直到將大于幅值閥值Thl的峰值處的微脈沖波形全部提取到二 維數(shù)組Pulse中，二維數(shù)組Pulse每一行都是一組微脈沖波形數(shù)據(jù)； 步驟43 :將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse中的每一行數(shù)據(jù)利用小波變換進(jìn)行降噪 處理，得到新的二維數(shù)據(jù)Pulsel ; 步驟44 :根據(jù)事先確定的變化率閥值Th3,將步驟43中得到二維數(shù)組Pulsel中每一行 數(shù)據(jù)都計(jì)算其變化率，將每行數(shù)據(jù)變化率第一個(gè)大于Th3絕對(duì)時(shí)間記為Pstart，每行最后 一個(gè)大于Th3的絕對(duì)時(shí)間記為Pend,微脈沖持續(xù)時(shí)間Pd就等于Pstart與Pend之差； 步驟45 :根據(jù)事先確定的幅值閥值Th4,將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse中絕對(duì)值 小于Th4的數(shù)據(jù)全部置零得到Pulse2,然后提取二維數(shù)組Pulse2每一行中所有符合左右兩 點(diǎn)不同時(shí)為零〇的零點(diǎn)的位置形成二維數(shù)組Zero ; 步驟46 :將步驟45中得到二維數(shù)組Pulse2進(jìn)行全局搜索，得到每一行的最大值的位 置Tmax ;將其與Zero中對(duì)應(yīng)行的零點(diǎn)位置比較，得到Tm之前距Tm最近的零點(diǎn)Zm，再取 Zero中Zm之前2點(diǎn)處的Zm-2,在Pulse2中尋找Zm-2與Zm之間的最小值的位置Tmin，則 微脈沖上升時(shí)間近似等于Tmax與Tmin之差乘以0. 8 ; 步驟47 :將步驟42中得到的二維數(shù)組Pulse的每一行進(jìn)行傅里葉變換，對(duì)得到的矩陣 取幅值得到微脈沖的幅頻特性Zfft，在Zfft上取幅值較大的幾個(gè)頻點(diǎn)，即得到微脈沖的主 頻分布。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK104360192SQ201410645938
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】劉驍繁, 吳恒天, 焦重慶, 崔翔 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)