本發(fā)明涉及智能電網過電壓監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法及系統(tǒng)。

背景技術：

過電壓是電力系統(tǒng)在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高的現象，電力系統(tǒng)過電壓不僅關系到發(fā)電機、變壓器、輸電線路等電力設備絕緣強度的合理設計，而且直接影響到電力系統(tǒng)的安全運行。隨著電網的迅速建設與發(fā)展，電氣設備過電壓事故發(fā)生更為頻繁，給電網和工農業(yè)生產帶來了巨大的損失。實時監(jiān)測電網過電壓，實現電網運行狀態(tài)的獲取，便于進行事故分析及電氣設備絕緣配合。

過電壓在線監(jiān)測能實現實時記錄電力系統(tǒng)中發(fā)生的各種過電壓事故的數據，實現在過電壓發(fā)生時能完整準確地記錄下過電壓的實際變化過程，記錄保存過電壓的波形和各種參數，存儲事故發(fā)生前后過電壓的情況和發(fā)生過程中對電網電壓的影響，作為運行人員分析事故原因的依據。根據系統(tǒng)電壓等級不同，過電壓在線檢測系統(tǒng)使用相應電壓等級的高壓分壓器。高壓分壓器采集到過電壓信號后，信號傳送至數據采集單元，輸入的模擬電壓信號經過A/D轉換，變成計算機所能識別的數字信號，數據處理單元自動對過電壓數據進行處理，并以圖形形式直觀的顯示出來，為生產技術人員分析過電壓故障提供依據。

但是，目前的電網過電壓在線監(jiān)測裝置，主要功能集中于對各種過電壓波形的實時采集，存儲以及數據維護，不具備分析識別能力，不能及時對事故進行分析和防止。當出現過電壓事故時，往往需要人工來提取過電壓波形輸出數據，根據人工經驗，判斷出過電壓類型作為分析事故原因的重要參考。由于監(jiān)測到的過電壓數據眾多，靠人工對過電壓波形作出識別，是一項十分繁復而艱巨的任務，同時，由于人員判斷受主觀因素的影響，靠人工判斷過電壓類型，難以形成科學統(tǒng)一的判斷標準，容易導致誤判。

技術實現要素：

為克服相關技術中存在的問題，本發(fā)明提供一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法及系統(tǒng)。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

本發(fā)明提供一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法，所述方法包括：

通過D-dot雙層金屬球傳感器采集各個頻率段的電壓信號；

對所述電壓信號進行預處理；

通過有效值積分電路將所述電壓信號轉換為電壓有效值；

判斷所述電壓有效值是否大于第一預設閾值，若是，則判別所述電壓信號為雷電過電壓信號；

若否，則判斷所述電壓有效值是否大于第二預設閾值，若是，則判別所述電壓信號為雷電過電壓信號或操作過電壓信號；

若否，則判斷所述電壓有效值是否大于第三預設閾值，若是，則判別所述電壓信號為暫態(tài)過電壓信號或工頻過電壓信號；

若否，則判別所述電壓信號為正常電壓信號；

當所述電壓信號為過電壓信號時，對所述過電壓信號進行處理，并通過顯示器對所述過電壓信號進行實時顯示。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中，所述判別所述電壓信號為雷電過電壓信號或操作過電壓信號具體方法包括：

判斷所述電壓信號是否通過高通濾波器，若是，則判斷所述電壓有效值是否大于第一預設子閾值，若是，則判別所述電壓信號為雷電過電壓信號；

若所述電壓信號不能通過高通濾波器或所述電壓有效值小于第一預設子閾值，則判斷所述電壓信號是否通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器；

若所述電壓信號通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器，則判斷所述電壓有效值是否大于第二預設子閾值，若是，則判別所述電壓信號為操作過電壓；

若所述電壓信號不能通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器或所述電壓有效值小于第二預設子閾值，則判斷所述電壓有效值是否大于第三預設閾值；

所述第一預設子閾值和第二預設子閾值包含于所述第一預設閾值至第二預設閾值范圍內。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中，所述判斷所述電壓有效值是否大于第三預設閾值具體包括：

判斷所述電壓信號是否通過帶寬小于5kHz的低通濾波器，若是，則判斷所述電壓有效值是否大于第三預設子閾值，若是，則判別所述電壓信號為暫態(tài)過電壓信號；

若所述電壓有效值小于所述第三預設子閾值，則判斷所述電壓信號是否通過帶寬小于1kHz的低通濾波器；

若所述電壓信號通過帶寬小于1kHz的低通濾波器，則判斷所述電壓有效值是否大于第四預設子閾值，若是，則判別所述電壓信號為工頻過電壓信號；

若所述電壓信號不能通過帶寬小于1kHz的低通濾波器或所述電壓有效值小于所述第四預設子閾值，則判別所述電壓信號為正常電壓信號；

所述第三預設子閾值和第四預設子閾值包含于所述第二預設閾值至第三預設閾值范圍內。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中，所述對所述電壓信號進行預處理具體包括:將采集到的所述電壓信號進行放大和濾波。

本發(fā)明還提供一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括依次電連接的D-dot雙層金屬球傳感器、放大電路、信號處理器、過電壓自識別電路和處理器，其中：

所述D-dot雙層金屬球傳感器用于采集各個頻率段的電壓信號；

所述放大電路對所述電壓信號進行放大；

所述信號處理電路對放大后的電壓信號進行濾波；

所述過電壓自識別電路用于自動識別各類型過電壓信號；

所述處理器用于處理和儲存各類型所述過電壓信號；

所述處理器的輸出端設置無線發(fā)射裝置，所述無線發(fā)射裝置用于傳輸所述處理器輸出的信號；

所述系統(tǒng)還包括無線接收裝置，所述無線接收裝置用于接收所述無線發(fā)射裝置輸出的信號；

所述無線接收裝置設置在顯示器的輸入端，所述顯示器用于實時顯示所述過電壓信號。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中，所述D-dot雙層金屬球傳感器包括第一單極D-dot傳感器和第二單極D-dot傳感器，其中，

所述第一單極D-dot傳感器和第二單極D-dot傳感器上下對稱設置；

所述第一單極D-dot傳感器和第二單極D-dot傳感器均包括金屬半球本體，所述金屬半球本體的外表面設置外層電極，所述金屬半球本體的內表面設置內層電極，且所述外層電極和內層電極通過絕緣填充物連接。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中，所述過電壓自識別電路包括有效值積分電路和比較電路，所述有效值積分電路與比較電路電連接。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中，所述過電壓自識別電路還包括濾波電路，所述濾波電路包括高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器，所述高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器并聯(lián)連接。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中，所述處理器包括以STM32F103為核心的單片機。

優(yōu)選地，上述基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中，所述顯示器包括LabVIEW虛擬儀器顯示屏。

本發(fā)明提供的技術方案可以包括以下有益效果：

本發(fā)明提供一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法及系統(tǒng)，通過放置在高壓輸電線附近的D-dot雙層金屬球傳感器采集各個頻率段的電壓信號，經過放大電路的放大和信號處理電路的濾波，去除電壓信號中的干擾信號；電壓信號進入過電壓自識別電路，通過有效值積分電路和比較電路，自動識別過電壓信號和正常電壓信號，由于各類型過電壓信號存在交叉，為識別過電壓類型，通過濾波電路和比較電路，篩選和識別出雷電過電壓信號、操作過電壓信號、暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號等；對各類型過電壓信號進行分類處理后，使用處理器中相應的離線算法對相應的過電壓信號進行處理和儲存，最后通過顯示器對過電壓信號進行實時顯示，方便技術人員進行后續(xù)分析和統(tǒng)計。本發(fā)明提供的過電壓自適應識別系統(tǒng)屬于一種通用性的過電壓監(jiān)測系統(tǒng)，可以在線監(jiān)測過電壓信號，且可以自動識別各類型過電壓信號，大大減輕了技術人員的工作強度。

應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本發(fā)明。

附圖說明

此處的附圖被并入說明書中并構成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領域普通技術人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種比較電路的結構示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中步驟S107的詳細流程示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中步驟S109的詳細流程示意圖；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)的結構示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)中D-dot雙層金屬球傳感器的結構示意圖；

圖1-圖6中，具體標號為：

1-D-dot雙層金屬球傳感器，11-第一單極D-dot傳感器，111-外層電極，112-內層電極，113-絕緣填充物，12-第二單極D-dot傳感器，2-放大電路，3-信號處理電路，4-過電壓自識別電路，5-處理器，6-顯示器，7-無線發(fā)射裝置，8-無線接收裝置。

具體實施方式

這里將詳細地對示例性實施例進行說明，其示例表示在附圖中。下面的描述涉及附圖時，除非另有表示，不同附圖中的相同數字表示相同或相似的要素。以下示例性實施例中所描述的實施方式并不代表與本發(fā)明相一致的所有實施方式。相反，它們僅是與如所附權利要求書中所詳述的、本發(fā)明的一些方面相一致的裝置和方法的例子。

過電壓是電力系統(tǒng)在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高的現象，根據不同條件分為外過電壓和內過電壓兩大類。其中，

外過電壓又稱雷電過電壓，是由大氣中的雷云對地面放電而引起的，又分為直擊雷電過電壓和感應雷電過電壓。直擊雷電過電壓是雷閃直接擊中電工設備導電部分時所出現的過電壓，直擊雷電過電壓幅值可達上百萬伏，會破壞電工設施絕緣，引起短路接地故障；感應雷電過電壓是雷閃擊中電工設備附近地面，在放電過程中由于空間電磁場的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電工設備上感應出的過電壓。

內過電壓是電力系統(tǒng)內部運行方式發(fā)生改變而引起的過電壓，包括操作過電壓、暫態(tài)過電壓和工頻過電壓。其中，操作過電壓是電力系統(tǒng)由于進行斷路器操作或發(fā)生突然短路而引起的過電壓，其持續(xù)的時間很短；暫態(tài)過電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經歷過渡過程以后重新達到某種暫時穩(wěn)定的情況下所出現的過電壓，其持續(xù)的時間較長，衰減過程較慢；工頻過電壓是由于斷路器的操作或系統(tǒng)故障，使電力系統(tǒng)的參數發(fā)生變化，導致電力系統(tǒng)內部能量的轉化或傳遞過程中產生的過電壓。

參見圖1，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法的流程圖。

如圖1所述，過電壓自適應識別方法包括如下步驟：

S101：通過D-dot雙層金屬球傳感器采集各個頻率段的電壓信號。

在本發(fā)明實施例中，D-dot雙層金屬球傳感器放置于高壓輸電線的附近，該傳感器通過測量電位移矢量的變化率來實現對電壓信號的測量，其輸出電壓信號正比于所在空間的電位移矢量對時間的一階微分量，因此，只要對測量到的傳感器信號在時域上進行積分，便可以還原得到與電場強度成正比的測量值。在考察其頻率響應時可以將傳感器等效為一階RC電路，因此只要調整其參數，其帶寬可以滿足從數赫茲至數十兆赫茲頻率的測量范圍，具有良好的高頻響應能力與非接觸式測量的特點。該傳感器采用雙層金屬球結構，其輸出電壓信號為雙層金屬球的懸浮電位之差，共模電壓通過差動結構被抵消，傳感器具備更高的絕緣強度。

S102：對所述電壓信號進行預處理。

具體地，D-dot雙層金屬球傳感器采集的電壓信號含有干擾信號，為提高電壓信號的精度，需要對采集的電壓信號進行預處理，去除干擾信號，為實現這一目的，采用雙級差分放大電路對電壓信號進行放大，信號處理電路對放大后的信號進行濾波，提高信號信噪比，去除干擾信號。

S103：通過有效值積分電路將電壓信號轉換為電壓有效值。

具體地，通過有效值積分電路將模擬信號(電壓信號)轉換為數字信號(電壓有效值)，便于比較識別過電壓信號。

S104：判斷電壓有效值是否大于第一預設閾值。

具體地，過電壓是電力系統(tǒng)在特定條件下所出現的超過工作電壓的異常電壓升高現象，為識別過電壓信號，通過比較電路將電壓有效值與第一預設閾值進行比較。比較電路如圖2所示，設定電壓Usd可根據實際需要而改變相應的值，此處根據第一預設閾值設定Usd的值，若電壓有效值大于第一預設閾值，則執(zhí)行步驟S105；若電壓有效值小于第一預設閾值，則執(zhí)行步驟S106。

S105：判別電壓信號為雷電過電壓信號。

具體地，雷電過電壓的幅值一般為上百伏，甚至上百萬伏，相比其他類型的過電壓，雷電過電壓的電壓幅值較大，因此判別雷電過電壓信號時，根據經驗設定電壓臨界值(第一預設閾值)，若電壓有效值大于第一預設閾值，可以直接判定電壓信號為雷電過電壓信號。

S106：判斷電壓有效值是否大于第二預設閾值。

具體的，過電壓類型包括：雷電過電壓、操作過電壓、暫態(tài)過電壓和工頻過電壓，各類型的過電壓的電壓幅值各不相同，不過雷電過電壓的電壓幅值＞操作過電壓的電壓幅值＞暫態(tài)過電壓的電壓幅值＞工頻過電壓的電壓幅值＞正常電壓的電壓幅值，上述第一預設閾值大于第二預設閾值。通過比較電路將電壓有效值與第二預設閾值進行比較，對過電壓類型進行進一步識別。根據經驗設定第二預設閾值，若電壓有效值大于第二預設閾值，則執(zhí)行步驟S107；若電壓有效值小于第二預設閾值，則執(zhí)行步驟S108。

S107：判別電壓信號為雷電過電壓信號或操作過電壓信號。

具體地，一般情況下，操作過電壓的電壓幅值小于雷電過電壓的電壓幅值，但雷電過電壓包括直擊雷電過電壓和感應雷電過電壓，其中感應雷電過電壓是雷閃擊中電工設置附近地面，在放電過程中由于空間電磁場的急劇變化而使附近的電工設備上感應出過電壓的現象，感應過電壓的電壓幅值小于直擊雷電過電壓的電壓幅值，因此需要進一步通過濾波電路進一步識別。

如圖3所示，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中S107的詳細流程圖。

S1071：判斷電壓信號是否通過高通濾波器。

具體地，通過比較電壓幅值不好識別雷電過電壓和操作過電壓，因此比較兩者的頻率，其中，雷電過電壓的頻率為10kHz-20MHz，操作過電壓的頻率為50Hz-20kHz。高通濾波器是用來通過高頻信號，衰減或抑制低頻信號，高通濾波器包括RC電路和放大器，其中RC電路起著濾波的作用，濾掉不需要的信號，放大器可以提供一定的信號增益和緩沖的作用。若電壓信號通過高通濾波器，則執(zhí)行步驟S1072；若電壓信號不能通過高通濾波器，則執(zhí)行步驟S1074。

S1072：判斷電壓有效值是否大于第一預設子閾值。

具體地，因為雷電過電壓的頻率和操作過電壓的頻率有交叉，通過比較電路比較電壓有效值和第一預設子閾值，進一步識別雷電過電壓信號和操作過電壓信號。其中，第一預設子閾值位于第一預設閾值至第二預設閾值范圍內。根據經驗設定第一預設子閾值，若電壓有效值大于第一預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1073；若電壓有效值小于第一預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1074。

S1073：判別電壓信號為雷電過電壓信號。

具體地，信號能通過下限頻率為1MHz的高通濾波器，且電壓有效值大于第一預設子閾值，則判定電壓信號為雷電過電壓信號。

S1074：判斷電壓信號是否通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器。

具體地，帶通濾波器的作用是只允許在某一個通頻帶范圍內的信號通過，而比通頻帶下限頻率低和比上限頻率高的信號均加以衰減或抑制。將帶通濾波器的頻率設置為5kHz至100kHz，可以將低于5kHz和高于100kHz的信號過濾掉，而部分操作過電壓信號和雷電過電壓信號可以通過。若電壓信號通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器，則執(zhí)行步驟S1075；若電壓信號不能通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器，則執(zhí)行步驟S108。

S1075：判斷電壓有效值是否大于第二預設子閾值。

具體地，通過帶寬為5kHz至100kHz帶通濾波器的過電壓信號包括操作過電壓信號和雷電過電壓信號，通過比較電路對電壓有效值與第二預設子閾值進行比較，進一步識別過電壓類型，其中，第二預設子閾值小于第一預設子閾值，且位于第一預設閾值至第二預設閾值范圍內。根據經驗設定第二預設子閾值，若電壓有效值大于第二預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1076；若電壓有效值小于第二預設子閾值，則執(zhí)行步驟S108。

S1076：判別電壓信號為操作過電壓信號。

具體地，信號能通過帶寬為5kHz至100kHz的帶通濾波器，說明電壓信號可能為雷電過電壓信號或操作過電壓信號，但電壓有效值大于第二預設子閾值且小于第一預設子閾值，由此判定電壓信號為操作過電壓信號。

S108：判斷電壓有效值是否大于第三預設閾值。

具體地，通過第一預設閾值和第二預設閾值識別雷電過電壓信號和操作過電壓信號，而暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號的電壓幅值和頻率均小于操作過電壓信號的電壓幅值和頻率，因此設置第三預設閾值，用于進一步識別暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號。根據經驗設定第三預設閾值，若電壓有效值大于第三預設閾值，則執(zhí)行步驟S1091；若電壓有效值小于第三預設閾值，則執(zhí)行步驟S110。

如圖4所示，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法中S109的詳細流程圖。

S1091：判斷電壓信號是否通過帶寬小于5kHz的低通濾波器。

具體地，低通濾波器是用來通過低頻信號，衰減或抑制高頻信號。低通濾波器的截止頻率設置為5kHz，即小于5kHz的信號可以通過，而高于5kHz的信號不能通過，從而去掉高頻的雷電過電壓信號和操作過電壓信號。若電壓信號通過帶寬小于5kHz的低通濾波器，則執(zhí)行步驟S1092；若電壓信號不能通過帶寬小于5kHz的低通濾波器，則執(zhí)行步驟S1094。

S1092：判斷電壓有效值是否大于第三預設子閾值。

具體地，工頻過電壓的頻率為50Hz-2kHz，暫態(tài)過電壓的頻率為50Hz-3kHz，這樣工作過電壓信號和暫態(tài)過電壓信號均能通過帶寬小于5kHz的低通濾波器，因此不能區(qū)分識別暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號。通過比較電路比較電壓有效值與第三預設子閾值，進一步識別兩種過電壓。第三預設子閾值小于第二預設子閾值，且位于第二預設閾值至第三預設閾值范圍內。根據經驗設定第三預設子閾值，若電壓有效值大于第三預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1093；若電壓有效值小于第三預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1094。

S1093：判別電壓信號為暫態(tài)過電壓信號。

具體地，信號能通過上限頻率為5kHz的低通濾波器，說明第電壓信號可能為暫態(tài)過電壓信號或工頻過電壓信號，但電壓有效值大于第三預設子閾值，由于暫態(tài)過電壓信號的電壓幅值大于工頻過電壓信號的電壓幅值，因此判定電壓信號為暫態(tài)過電壓信號。

S1094：判斷電壓信號是否通過帶寬小于1kHz的低通濾波器。

具體地，低通濾波器是用來通過低頻信號，衰減或抑制高頻信號。低通濾波器的截止頻率設置為1kHz，即小于1kHz的信號可以通過，而高于1kHz的信號不能通過，從而去掉較高頻的暫態(tài)過電壓信號。若電壓信號通過帶寬小于1kHz的低通濾波器，則執(zhí)行步驟S1095；若電壓信號不能通過帶寬小于1kHz的低通濾波器，則執(zhí)行步驟S110。

S1095：判斷電壓有效值是否大于第四預設子閾值。

具體地，信號頻率小于1kHz的電壓信號包括工頻過電壓、暫態(tài)過電壓和正常電壓，因此通過比較電路對電壓有效值和第四預設子閾值進行比較，進一步識別電壓類型。第四預設子閾值小于第三預設子閾值，且位于第二預設閾值至第三預設閾值范圍內。根據經驗設定第四預設子閾值，若電壓有效值大于第四預設子閾值，則執(zhí)行步驟S1096；若電壓有效值小于第四預設子閾值，則執(zhí)行步驟S110。

S1096：判別電壓信號為工頻過電壓信號。

具體地，信號頻率小于1kHz，且電壓幅值大于第四預設子閾值，則判定電壓信號為工頻過電壓信號。

S110：判別電壓信號為正常電壓信號。

具體地，信號頻率小于1kHz，且電壓幅值小于第四預設子閾值，則判定電壓信號為正常電壓信號，無過電壓現象。

S120：當電壓信號為過電壓信號時，對過電壓信號進行處理，并通過顯示器對過電壓信號進行實時顯示。

具體地，當電壓信號為過電壓信號時，過電壓信號傳輸至處理器中，處理器用相應的離線算法對相應的過電壓進行計算，并進行儲存；處理后的信號通過無線裝置，將采集到的過電壓信號發(fā)送到PC端，通過顯示器對過電壓信號的波形及大小進行實時顯示，便于技術人員進行分析和統(tǒng)計。

本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別方法包括上述步驟，D-dot雙層金屬球傳感器實現了非接觸測量，用于采集高壓輸電線的電壓信號；過電壓自識別電路通過有效值積分電路、比較電路和濾波電路自動識別過電壓類型，降低了人工識別過電壓信號易受到主觀因素的影響，且大大減少了工作人員的工作量；識別出過電壓信號后，對過電壓信號進行處理和儲存，并通過顯示器以圖形形式直觀的顯示出來，為技術人員的后續(xù)分析和處理提供依據。

基于上述的過電壓自適應識別方法，本發(fā)明實施例還提供了一種基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)。

參見圖5，該圖示出了本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)的基本結構。

該過電壓自適應識別系統(tǒng)包括D-dot雙層金屬球傳感器1、放大電路2、信號處理電路3、過電壓自識別電路4、處理器5和顯示器6，其中,

D-dot雙層金屬球傳感器1的輸出端電連接放大器2的輸入端，放大器2的輸出端電連接信號信號處理電路3的輸入端，信號處理電路3的輸出端電連接過電壓自識別電路4的輸入端，過電壓自識別電路4的輸出端電連接處理器5的輸入端，處理器5的輸出端設置無線發(fā)射裝置7，顯示器6的輸入端設置無線接收裝置8，無線接收裝置8與無線發(fā)射裝置7通訊連接。

D-dot雙層金屬球傳感器依靠電場耦合方式對高壓輸電線電位進行測量，是基于高壓輸電線周圍電場值與輸電線自身電位成正比的原理，通過在待測輸電線周圍產生的電場中引入傳感器獲得與電場值對時間微分量成正比的電壓信號。傳感器與輸電線之間并無直接的電氣連接，只是通過測量輸電線周圍的電場強度對輸電線電位進行間接測量，這個過程中間并無直接的能量傳遞。由于沒有繞組與鐵芯結構，在避免了波形畸變的同時，能夠憑借輸電線與傳感器之間的線性介質獲得較大的測量動態(tài)范圍，而且其結構簡單，非接觸測量的特性使其能夠減少絕緣結構，較低的輸出電壓范圍也為傳感器的小型化與數字化提供了實現的條件。

如圖6所示，D-dot雙層金屬球傳感器1包括第一單極D-dot傳感器11和第二單極D-dot傳感器12，第一單極D-dot傳感器11和第二單極D-dot傳感器12結構相同，且上下對稱設置，第一單極D-dot傳感器11和第二單極D-dot傳感器12測量同一電場不同位置的電壓，分別輸出電壓U₁和U₂。第一單極D-dot傳感器11和第二單極D-dot傳感器12均包括金屬半球本體，金屬半球本體的外表面設置外層電極111，金屬半球本體的內表面設置內層電極112，外層電極111和內層電極112測量同一電場不同位置的電位，差分輸出電位差值。

優(yōu)選的，外層電極111和內層電極112采用金屬球結構，其原因在于，球形結構與被測輸電線周圍電場等位面近似，可以使電極上電荷分布均勻，減小傳感器邊界與內部的局部電場強度最大值，有效降低傳感器發(fā)生絕緣擊穿的可能性。并且，在這種情況下，電場強度矢量方向統(tǒng)一指向徑向方向，不會發(fā)生電場線的彎曲，可以在最大程度上降低邊緣效應，達到弱化由于傳感器介入造成的原電場畸變的目的。

優(yōu)選的，外層電極111和內層電極112通過絕緣填充物113連接，絕緣填充物113采用雙氧樹脂，絕緣填充物對整個D-dot雙層金屬球傳感器內部結構起支撐作用，同時也起調節(jié)傳感器周圍電場的作用，使強電場集中在具有很高臨界電場強度的絕緣填充物支架內，從而減小了外部電場的影響，最終達到了提高整個傳感器絕緣能力的目的，同時也降低了傳感器的輸出功率，使其能夠滿足二次測量裝置小功率驅動的要求。

為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，D-dot雙層金屬球傳感器1采集的電壓信號經過放大電路2的放大。為放大D-dot雙層金屬球傳感器1的差分輸出電壓U₁和U₂，放大電路2采用兩級差分放大電路，經過第一級差分放大電路，輸出電壓U₀₁、U₀₂分別為：

U₀₁＝k₁·U₁

U₀₂＝k₁·U₂

其中，k₁——第一級差分電路差模放大倍數。

經過第二級差分放大電路，輸出電壓U₀為：

U₀＝k₂·(U₀₁-U₀₂)

其中，k₂——第二級差分電路差模放大倍數。

一般兩級差分放大電路中，k為整體差分放大倍數，統(tǒng)一為k＝k₁·k₂，k₁、k₂取值范圍為3-20之間。單級差分放大電路的共模抑制比為差模放大倍數和共模放大倍數之比的絕對值，兩級差分放大電路的共模抑制比則為單級差分放大電路共模抑制比的平方，因此，放大電路2的共模抑制比為單級差分放大電路的平方，大致為10¹⁶-10²⁰數量級，差模信號放大能力也為單級差分放大電路的乘積，大致為9-400倍左右。D-dot雙層金屬球傳感器1采集的電壓信號通過放大電路2的處理，大大提高了共模抑制能力，提高了信號信噪比，去除了部分干擾信號，具有較好的過電壓檢測能力。

為進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，信號處理電路3可以過濾干擾信號，進一步提高信號信噪比，避免干擾信號影響采集的電壓信號，進而影響測量數據的準確性。

過電壓自識別電路4對預處理后的電壓信號進行自動識別，自動識別雷電過電壓信號、操作過電壓信號、暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號，過電壓自識別電路4包括有效值積分電路、比較電路和濾波電路，其中：

有效值積分電路與比較電路串聯(lián)連接，有效值積分電路將模擬信號(預處理后的電壓信號)轉換為數字信號(電壓有效值)，通過比較電路將電壓有效值與預設閾值進行比較，區(qū)分過電壓類型。但是雷電過電壓信號、操作過電壓信號、暫態(tài)過電壓信號和工頻過電壓信號的電壓幅值之間有交叉，只依靠電壓有效值不能將其進行區(qū)分，因此通過濾波電路和比較電路進行頻率比較，濾波電路和比較電路串聯(lián)連接，且濾波電路包括高通濾波器、帶通濾波器和低通濾波器，通過頻率進一步識別過電壓類型。

識別出過電壓信號后，將過電壓信號傳輸至處理器5，處理器5使用相應的離線算法對相應的過電壓進行計算，并將過電壓信號和處理后的數據進行儲存。優(yōu)選的，處理器5采用以STM32F103為核心的單片機，采用ARM內核的STM32F103處理器是32位單片機，采用Cortex-M3內核，指令周期短，速度快，具有優(yōu)先級搶占中斷控制器，1M采樣速率AD模式，GPI0創(chuàng)新速率可設定等功能，適用于工業(yè)控制與一些對速度性能要求比較高的場合，而且STM32F103也具備低功耗的特點。

為方便觀察過電壓信號的波形和頻率，將處理器5處理后的信號通過無線裝置發(fā)送到PC端，通過顯示器6對過電壓信號以圖形形式直觀的顯示出來。為方便信號傳輸，處理器5的輸出端設置無線發(fā)射裝置7，無線發(fā)射裝置7用于傳輸處理器5輸出的信號；為方便接收信號，顯示器6的輸入端設置無線接收裝置8，無線接收裝置8用于接收無線發(fā)射裝置7輸出的信號，接收信號后通過顯示器6進行顯示。無線發(fā)射裝置7和無線接收裝置8均采用無線GPRS數字化傳輸，可以保證信號的實時性。優(yōu)選的，顯示器6采用LabVIEW虛擬儀器顯示屏，LabVIEW虛擬儀器可以將信號進行進一步的分析和顯示，例如顯示信號的波形和頻率等。

本發(fā)明實施例提供的基于D-dot原理的過電壓自適應識別系統(tǒng)包括D-dot雙層金屬球傳感器1、放大電路2、信號處理電路3、過電壓自識別電路4、處理器5和顯示器6，其中，D-dot雙層金屬球傳感器1用于采集高壓輸電線的電壓信號，放大電路2對采集的電壓信號進行放大處理，提高信號的信噪比，信號處理電路3過濾干擾信號，提高抗干擾能力，過電壓自識別電路4通過有效值積分電路、比較電路和濾波電路，自動識別過電壓類型，并將過電壓信號傳輸至處理器5，處理器5對過電壓信號進行處理和儲存，并將處理后的數據通過無線裝置傳輸至顯示器6，顯示器6對過電壓信號以圖形形式直觀的顯示出來，方便技術人員進行分析和統(tǒng)計。本發(fā)明實施例提供的過電壓自適應識別系統(tǒng)能夠對過電壓類型進行自動篩選，且該系統(tǒng)結構簡單，體積小，安裝方便，適合大面積布點監(jiān)測，可以大大提高采集信號的準確性。

本領域技術人員在考慮說明書及實踐這里發(fā)明的公開后，將容易想到本發(fā)明的其它實施方案。本申請旨在涵蓋本發(fā)明的任何變型、用途或者適應性變化，這些變型、用途或者適應性變化遵循本發(fā)明的一般性原理并包括本發(fā)明未公開的本技術領域中的公知常識或慣用技術手段。說明書和實施例僅被視為示例性的，本發(fā)明的真正范圍和精神由下面的權利要求指出。

應當理解的是，本發(fā)明并不局限于上面已經描述并在附圖中示出的精確結構，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本發(fā)明的范圍僅由所附的權利要求來限制。