本發(fā)明涉及輸變電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種特種變壓器不平衡狀態(tài)下的變比快速計算方法。

背景技術(shù)：

變壓器是輸變電系統(tǒng)中的重要的設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性至關(guān)重要，其中變壓器變比是體現(xiàn)變壓器是否運(yùn)行正常的重要指標(biāo)。在變壓器并聯(lián)運(yùn)行時，變比的差別會使變壓器自身產(chǎn)生環(huán)流，使變壓器過熱甚至造成燒毀，因此變壓器變比測試是一項(xiàng)重要內(nèi)容。但是隨著技術(shù)發(fā)展、變壓器種類增多，傳統(tǒng)變壓器變比測試儀功能單一檢測速度慢，給變壓器檢測工作帶來諸多不便。如：隨著直流電氣設(shè)備的增多，多脈整流變壓器的大量應(yīng)用，但傳統(tǒng)變壓器變比測試儀又無法檢測多脈整流變壓器的變比，因此許多廠家不具備對多脈整流變壓器的檢測手段。給變壓器的運(yùn)行帶來諸多隱患，造成輸出直流不穩(wěn)定，諧波含量大等因素。目前國內(nèi)一些廠家生產(chǎn)的多脈整流變壓器變比檢測儀采用三相電源平衡原理來檢測變比，此種方法基于三相電源完全平衡角度為標(biāo)準(zhǔn)的120度，但此條件基本無法達(dá)到，因此只能是近似做到，所以測出的變比及移相角均為近似值，而且三相電源達(dá)到平衡需要精細(xì)調(diào)節(jié)因此測試速度慢效率低，無法適應(yīng)用戶需求。

目前國內(nèi)變壓器變比測試儀分為普通變比測試儀，和特種變壓器變比測試儀(可以測z型變壓器和多脈整流變壓器、斯科特變壓器等)。均采用單片機(jī)作為cpu功能簡單運(yùn)算能力差。

普通變壓器變比測試儀原理采用內(nèi)置變壓器將市電變換出較低的電壓信號施加于變壓器一次的某一相，再根究設(shè)置的變壓器組別測量變壓器二次的電壓計算出此相的變比，然后再切換到另一相進(jìn)行測試，依次測試完三相。儀器特點(diǎn)功能簡單造價低，必須輸入變壓器組別(也可自動檢測普通變壓器的組別，但檢測速度較慢)，無法測試z型變壓器或多脈整流變壓器等特殊的變壓器。

特種變壓器變比測試儀采用內(nèi)置三相電源，在測試變壓器的過程中需要人為或自動調(diào)節(jié)內(nèi)置三相電源的輸出使其達(dá)到三相平衡(接近平衡)。然后測出變壓器二次電壓，直接用一次電壓除二次電壓得到變壓器變比。儀器特點(diǎn)是造價高可自動判斷變壓器組別，但測試過程慢，測試結(jié)果為近似值精度無法保證。

目前國內(nèi)變壓器變比測試儀還有很大的提升空間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種特種變壓器不平衡狀態(tài)下的變比快速計算方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，克服了三相電源不平衡造成的檢測誤差。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案如下。

一種特種變壓器不平衡狀態(tài)下的變比快速計算方法，包括以下步驟：

a、使用內(nèi)置三相電源輸出三相電壓信號施加在變壓器一次側(cè)；

b、求得一次側(cè)任意兩相電壓信號之間的傳遞函數(shù)；

c、對全部三個傳遞函數(shù)進(jìn)行頻域分解；

d、選擇位于相同特征頻率段的傳遞函數(shù)分量進(jìn)行特征向量提取，并對屬于不同傳遞函數(shù)的特征向量進(jìn)行合并；

e、使用特征向量組成特征矩陣，并求得特征矩陣的特征值；

f、在變壓器二次側(cè)采集電壓信號，按照步驟b～e求得變壓器二次側(cè)電壓信號特征矩陣特的征值；

g、使用一次側(cè)特征值組成的分布曲線與二次側(cè)特征值組成的分布曲線進(jìn)行對比，對二次側(cè)的電壓信號進(jìn)行修正，使用修正后的二次側(cè)電壓信號與一次側(cè)電壓信號計算得到變壓器變比。

作為優(yōu)選，步驟c中，進(jìn)行頻域分解的公式如下，

其中，a0為初始狀態(tài)，fi為正弦分量增益函數(shù)，gi為余弦分量增益函數(shù)，ωi為頻域分解后的各個頻率點(diǎn)。

作為優(yōu)選，

其中，h(x)為電壓信號在ωi頻點(diǎn)上的平均幅值。

作為優(yōu)選，a0為三相電壓不平衡偏差量的幅值。

作為優(yōu)選，步驟d中，將不同傳遞函數(shù)分量之間的重合點(diǎn)進(jìn)行記錄，按照重合點(diǎn)上各傳遞函數(shù)分量的導(dǎo)數(shù)處于的正負(fù)狀態(tài)的數(shù)量將重合點(diǎn)進(jìn)行分類，提取正向?qū)?shù)數(shù)量大于負(fù)向?qū)?shù)數(shù)量的重合點(diǎn)作為傳遞函數(shù)分量的基礎(chǔ)點(diǎn)，使用基礎(chǔ)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得出特征向量。

作為優(yōu)選，特征向量的合并方法為，

以任意一個傳遞函數(shù)為基準(zhǔn)傳遞函數(shù)，使用另外的傳遞函數(shù)和基準(zhǔn)傳遞函數(shù)之間的映射關(guān)系對其相對應(yīng)的特征向量進(jìn)行修正，然后與基準(zhǔn)傳遞函數(shù)的特征向量相加。

作為優(yōu)選，步驟g中，使用一次側(cè)特征值分布曲線與二次側(cè)特征值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側(cè)電壓信號的幅值進(jìn)行線性修正，修正系數(shù)與a0成正比；使用一次側(cè)特征值分布曲線與二次側(cè)特征值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側(cè)電壓信號的相位差對二次側(cè)電壓信號的相位進(jìn)行線性修正，修正系數(shù)為1。

采用上述技術(shù)方案所帶來的有益效果在于：本發(fā)明去除了普通算法由于三相電源不平衡帶來的誤差，無需傳統(tǒng)三相變比輸出三相電壓需要調(diào)節(jié)平衡的過程，從而使測試速度從30-60秒提高到了2-3秒，精度從近似值變成了精確值，對變壓器變比測試帶來了巨大進(jìn)步。

具體實(shí)施方式

一種特種變壓器不平衡狀態(tài)下的變比快速計算方法，包括以下步驟：

a、使用內(nèi)置三相電源輸出三相電壓信號施加在變壓器一次側(cè)；

b、求得一次側(cè)任意兩相電壓信號之間的傳遞函數(shù)；

c、對全部三個傳遞函數(shù)進(jìn)行頻域分解；

d、選擇位于相同特征頻率段的傳遞函數(shù)分量進(jìn)行特征向量提取，并對屬于不同傳遞函數(shù)的特征向量進(jìn)行合并；

e、使用特征向量組成特征矩陣，并求得特征矩陣的特征值；

f、在變壓器二次側(cè)采集電壓信號，按照步驟b～e求得變壓器二次側(cè)電壓信號特征矩陣特的征值；

g、使用一次側(cè)特征值組成的分布曲線與二次側(cè)特征值組成的分布曲線進(jìn)行對比，對二次側(cè)的電壓信號進(jìn)行修正，使用修正后的二次側(cè)電壓信號與一次側(cè)電壓信號計算得到變壓器變比。

步驟c中，進(jìn)行頻域分解的公式如下，

其中，a0為初始狀態(tài)，fi為正弦分量增益函數(shù)，gi為余弦分量增益函數(shù)，ωi為頻域分解后的各個頻率點(diǎn)。

其中，h(x)為電壓信號在ωi頻點(diǎn)上的平均幅值。

a0為三相電壓不平衡偏差量的幅值。

步驟d中，將不同傳遞函數(shù)分量之間的重合點(diǎn)進(jìn)行記錄，按照重合點(diǎn)上各傳遞函數(shù)分量的導(dǎo)數(shù)處于的正負(fù)狀態(tài)的數(shù)量將重合點(diǎn)進(jìn)行分類，提取正向?qū)?shù)數(shù)量大于負(fù)向?qū)?shù)數(shù)量的重合點(diǎn)作為傳遞函數(shù)分量的基礎(chǔ)點(diǎn)，使用基礎(chǔ)點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，得出特征向量。

特征向量的合并方法為，

以任意一個傳遞函數(shù)為基準(zhǔn)傳遞函數(shù)，使用另外的傳遞函數(shù)和基準(zhǔn)傳遞函數(shù)之間的映射關(guān)系對其相對應(yīng)的特征向量進(jìn)行修正，然后與基準(zhǔn)傳遞函數(shù)的特征向量相加。

步驟g中，使用一次側(cè)特征值分布曲線與二次側(cè)特征值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側(cè)電壓信號的幅值進(jìn)行線性修正，修正系數(shù)與a0成正比；使用一次側(cè)特征值分布曲線與二次側(cè)特征值分布曲線的幅值偏差量的平方對二次側(cè)電壓信號的相位差對二次側(cè)電壓信號的相位進(jìn)行線性修正，修正系數(shù)為1。

另外，步驟d中，將正向?qū)?shù)數(shù)量小于等于負(fù)向?qū)?shù)數(shù)量的重合點(diǎn)進(jìn)行線性擬合，形成對比向量，使用對比向量與合并后的特征向量進(jìn)行對比，求得對比向量與特征向量的相似度，若相似度低于設(shè)定閾值，則對特征向量的擬合過程進(jìn)行修正。

在三相電源上注入周期性的檢測信號，檢測信號包括交替出現(xiàn)的矩形波和齒形波，在二次側(cè)通過對檢測信號的檢測，根據(jù)二次側(cè)檢測信號的畸變情況，對二次側(cè)采集的電壓信號進(jìn)行修正，從而進(jìn)一步降低二次側(cè)的采集誤差。

本發(fā)明采用現(xiàn)今流行的arm芯片為硬件基礎(chǔ)嵌入式操作系統(tǒng)為平臺，內(nèi)置文件系統(tǒng)兼容dbf數(shù)據(jù)庫，儀器支持sd卡和優(yōu)盤導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫，可應(yīng)用計算機(jī)excel表格瀏覽編輯等操作。儀器界面采用emwin人機(jī)對話操作，與計算機(jī)操作界面相同使操作人員容易上手操作和接受。儀器采用內(nèi)置三相逆變電源，可模擬三相120度輸出，兩相60度輸出或90度(逆斯科特)也可單相輸出，理論上可測試所有種類的變壓器。電源輸出失真度小精度高，并可支持(10hz_2khz)變頻輸出，三相同時測量無需輸入組別，儀器可分析組別與變比測量同時完成。儀器采用8路16位同步采樣ad轉(zhuǎn)換器，可同時采集高壓、低壓側(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)算速度快。可同時測量一二次電壓、角度、向量關(guān)系等多種參數(shù)，儀器還可監(jiān)測逆變電源的輸出波形、諧波含量及失真度。儀器軟件算法先進(jìn)可模擬各種變壓器輸出，并分析計算出變壓器組別及變比。

本發(fā)明的特種變壓器變比測試儀與常規(guī)變比測試儀的區(qū)別對比：

本發(fā)明與常規(guī)變比測試儀的配置對比：

本發(fā)明與常規(guī)變比測試儀的功能對比：

上述描述僅作為本發(fā)明可實(shí)施的技術(shù)方案提出，不作為對其技術(shù)方案本身的單一限制條件。