一种雷电过电压波形的评估方法及装置与流程

1.本发明涉及高电压试验技术领域，尤其涉及一种雷电过电压波形的评估方法及装置。


背景技术：

2.雷电过电压也即大气过电压作为一种自然现象，不受控制且幅值高，持续时间短，是一种影响电力设备稳定运行以及设备绝缘水平的重要威胁因素。雷电过电压除直击户外设备外，还会产生感应雷过电压。同时，户内设备或其他站内设备也可能因输电线路上落雷造成雷电波侵入而经受过电压。电力系统中的发、输、变、配设备均有可能受到雷电过电压的影响，进而造成供电中断或设备损坏。为确保电力设备的绝缘能力满足耐受雷电冲击的要求，在设备出厂或运行前需要对设备进行雷电冲击试验。
3.自然界的雷电波是一种非周期性脉冲，它的参数具有统计性。为模拟自然界的雷电冲击，国际电工委员会(iec)和国家标准(gb)等相关标准规定了标准雷电过电压的波形。其中，主要参数为波前时间tf和半峰值时间tt，以及幅值um。其中um的值与被试设备的电压等级相关，而标准雷电冲击试验电压波的波前时间tf为1.2μs
±
30％，半峰值时间tt为50μs
±
20％。
4.标准雷电过电压的产生主要是采用冲击电压发生器。在实际试验过程和生产实际中，雷电过电压的波前峰值附近可能存在过冲波，或在波前范围内存在振荡等不同于标准的波形。对于这种非标准化的波形，国际与国家标准要求将记录下的波形转换成试验电压波形，从试验电压波形曲线中确定基准曲线，从基准曲线中手动确定波前时间tf和半峰值时间tt，以及幅值um参数。该基准曲线可以由高压测试操作员以图形方式获得，该方法会受到人为因素的影响，不能准确公正地测量参数，并且难于数字化。也可以使用数字记录数据的信号处理技术，以数学的方式确定参数。
5.因此，为了确保电力设备的绝缘能力满足耐受雷电冲击的要求，解决目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题，亟需构建一种雷电过电压波形的评估方法。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种雷电过电压波形的评估方法及装置，解决了目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题。
7.第一方面，本发明提供了一种雷电过电压波形的评估方法，包括：
8.获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据；
9.基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程；
10.根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量；
11.基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模
型；
12.将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线。
13.可选地，基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程，包括：
14.对所述雷电冲击试验波形数据进行测量采样，得到采样样本；
15.基于所述采样样本，构建所述非线性方程组和所述代数方程。
16.可选地，根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量，包括：
17.对所述非线性方程组进行变换，得到线性方程组；
18.利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据；
19.将所述特征根数据输入到所述非线性方程组，得到第一向量。
20.可选地，利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据，包括：
21.利用最小二乘法，基于所述线性方程组进行计算，得到第二向量；
22.将所述第二向量输入到代数方程，得到特征根数据。
23.可选地，基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型，包括：
24.确定最高分量的第一向量为所述双指数模型的系数；
25.基于所述最高分量的第一向量和所述最高分量的第一向量对应的特征根数据，计算得到衰减系数和角频率；
26.基于所述最高分量的第一向量、所述衰减系数和所述角频率，构建所述双指数模型。
27.第二方面，本发明提供了一种雷电过电压波形的评估装置，包括：
28.获取模块，用于获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据；
29.构建模块，用于基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程；
30.计算模块，用于根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量；
31.建模模块，用于基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型；
32.评估模块，用于将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线。
33.可选地，所述构建模块包括：
34.采样子模块，用于对所述雷电冲击试验波形数据进行测量采样，得到采样样本；
35.构建子模块，用于基于所述采样样本，构建所述非线性方程组和所述代数方程。
36.可选地，所述计算模块包括：
37.变换子模块，用于对所述非线性方程组进行变换，得到线性方程组；
38.计算子模块，用于利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据；
39.输入子模块，用于将所述特征根数据输入到所述非线性方程组，得到第一向量。
40.可选地，所述计算子模块包括：
41.计算单元，用于利用最小二乘法，基于所述线性方程组进行计算，得到第二向量；
42.输入单元，用于将所述第二向量输入到代数方程，得到特征根数据。
43.可选地，所述建模模块包括：
44.确定子模块，用于确定最高分量的第一向量为所述双指数模型的系数；
45.频率子模块，用于基于所述最高分量的第一向量和所述最高分量的第一向量对应的特征根数据，计算得到衰减系数和角频率；
46.建模子模块，用于基于所述最高分量的第一向量、所述衰减系数和所述角频率，构建所述双指数模型。
47.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明提供了一种雷电过电压波形的评估方法，通过获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据，基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程，根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量，基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型，将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线，通过一种雷电过电压波形的评估方法，解决了目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题，有效地确定非标准雷电过电压试验波的参数，同时避免了人工确定参数过程中的误差。
附图说明
48.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
49.图1为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法实施例一的流程步骤图；
50.图2为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法实施例二的流程步骤图；
51.图3为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法中通过信号处理前后的雷电过电压波形的曲线示意图；
52.图4为本发明的一种雷电过电压波形的评估装置实施例的结构框图。
具体实施方式
53.本发明实施例提供了一种雷电过电压波形的评估方法及装置，用于解决目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题。
54.为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
55.实施例一，请参阅图1，图1为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法实施例一的流程步骤图，包括：
56.步骤s101，获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据；
57.步骤s102，基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程；
58.步骤s103，根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量；
59.步骤s104，基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型；
60.步骤s105，将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线。
61.在本发明实施例所提供的一种雷电过电压波形的评估方法，通过获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据，基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程，根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量，基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型，将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线，通过一种雷电过电压波形的评估方法，解决了目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题，有效地确定非标准雷电过电压试验波的参数，同时避免了人工确定参数过程中的误差。
62.实施例二，请参阅图2，图2为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法的流程步骤图，包括：
63.步骤s201，获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据；
64.在本发明实施例中，获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据。
65.在具体实现中，获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据，构建其表达式为指数分量模型。
66.构建的指数分量模型具体为:
[0067][0068]
其中，x(k)为第k个采样样本，k的取值范围为0～n-1，n为采样点数，对应的采样结果为x(k)，共有n个采样点数，b为n维系数向量，其中果为x(k)，共有n个采样点数，b为n维系数向量，其中
[0069]
步骤s202，对所述雷电冲击试验波形数据进行测量采样，得到采样样本；
[0070]
在本发明实施例中，通过分压器，对所述雷电冲击试验波形数据进行测量采样，得到采样样本，样本数为n。
[0071]
步骤s203，基于所述采样样本，构建非线性方程组和代数方程；
[0072]
在本发明实施例中，基于所述采样样本，列写包括关于第一向量b和特征根z的n个
方程的方程组，构建特征根z满足包含第二向量a的代数方程。
[0073]
在具体实现中，所述非线性方程组具体为：
[0074][0075]
所述代数方程具体为：
[0076]
a1zn+a2z
n-1
+
…
+anz＝0；
[0077]
其中，b为n维系数向量，a1～an为中间系数。
[0078]
步骤s204，对所述非线性方程组进行变换，得到线性方程组；
[0079]
在本发明实施例中，变换所述非线性方程组为线性方程组。
[0080]
在具体实现中，所述线性方程组具体为：
[0081]
xk＝a1x(k-1)+a2x(k-2)+...+anx(k-n)；
[0082]
其中，xk为第k个采样样本，a1～an为中间系数，k的取值范围为0～n-1，n为采样点数。
[0083]
重复变换非线性方程组n-n次，k＝n～n-1，形成一个n-n元线性方程组。
[0084]
步骤s205，利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据；
[0085]
在一个可选实施例中，利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据，包括：
[0086]
利用最小二乘法，基于所述线性方程组进行计算，得到第二向量；
[0087]
将所述第二向量输入到代数方程，得到特征根数据。
[0088]
在本发明实施例中，利用最小二乘法，基于所述线性方程组进行计算，得到第二向量，将所述第二向量输入到代数方程，得到特征根数据。
[0089]
在具体实现中，上述步骤的线性方程组可通过最小二乘法求得a1～an的解，该解为n阶第二向量a。
[0090]
将求解得到的第二向量a带入a1zn+a2z
n-1
+
…
+anz＝0中，求解得到特征根z1～zn。
[0091]
步骤s206，将所述特征根数据输入到所述非线性方程组，得到第一向量；
[0092]
在本发明实施例中，将所述特征根数据输入到所述非线性方程组，得到第一向量。
[0093]
在具体实现中，将求解得到的特征根z1～zn。带入前面步骤得到的非线性方程组，求解n阶第一向量b分别为b1～bn。
[0094]
步骤s207，确定最高分量的第一向量为双指数模型的系数；
[0095]
在本发明实施例中，取第一向量b的最高分量作为双指数模型的系数。
[0096]
步骤s208，基于所述最高分量的第一向量和所述最高分量的第一向量对应的特征根数据，计算得到衰减系数和角频率；
[0097]
在本发明实施例中，通过所述最高分量的第一向量b与其对应的特征根z进行计算，得到衰减系数和角频率。
[0098]
步骤s209，基于所述最高分量的第一向量、所述衰减系数和所述角频率，构建所述双指数模型；
[0099]
在本发明实施例中，根据基于所述最高分量的第一向量、所述衰减系数和所述角频率，构建双指数模型。
[0100]
在具体实现中，取第一向量b1和第一向量b2，以及与其对应的特征根z1和特征根z2，构建双指数模型。
[0101]
得到双指数模型具体为:
[0102][0103]
其中，xk为第k个采样样本，a1～an为中间系数，k的取值范围为0～n-1，n为采样点数，b为n维系数向量，λi＝log(zi/δt)＝αi±
jωi。
[0104]
请参阅图3，图3为本发明的一种雷电过电压波形的评估方法中通过信号处理前后的雷电过电压波形的曲线示意图；其中，双指数模型即为含有振荡或者过冲的雷电冲击试验波形处理后得到的基准曲线表达式，该基准曲线的波前时间tf和半峰值时间t
t
，以及幅值um即可作为实际的雷电冲击试验波形的参数。
[0105]
步骤s210，将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线；
[0106]
在本发明实施例中，将待测的含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据输入到所述双指数模型，得到处理后的含有振荡或者过冲的雷电冲击试验波形的基准曲线表达式。
[0107]
在本发明实施例所提供的一种雷电过电压波形的评估方法，通过获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据，基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程，根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量，基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型，将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线，通过一种雷电过电压波形的评估方法，解决了目前存在的现有的方法会受到人为因素的影响而不能准确公正地测量参数的技术问题，有效地确定非标准雷电过电压试验波的参数，同时避免了人工确定参数过程中的误差。
[0108]
请参阅图4，图4为本发明的一种雷电过电压波形的评估装置实施例的结构框图，包括：
[0109]
获取模块401，用于获取含有振荡或过冲的雷电冲击试验波形数据，以及待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据；
[0110]
构建模块402，用于基于所述雷电冲击试验波形数据，构建非线性方程组和代数方程；
[0111]
计算模块403，用于根据所述非线性方程组和所述代数方程，结合最小二乘法，计算得到第一向量；
[0112]
计算模块404，用于基于所述第一向量的最高分量和所述最高分量对应的特征根数据，构建双指数模型；
[0113]
评估模块405，用于将待测的含有振荡或过冲的雷电过电压波形数据输入到所述
双指数模型，得到评估的雷电过电压波形基准曲线。
[0114]
在一个可选实施例中，所述构建模块402包括：
[0115]
采样子模块，用于对所述雷电冲击试验波形数据进行测量采样，得到采样样本；
[0116]
构建子模块，用于基于所述采样样本，构建所述非线性方程组和所述代数方程。
[0117]
在一个可选实施例中，所述计算模块403包括：
[0118]
变换子模块，用于对所述非线性方程组进行变换，得到线性方程组；
[0119]
计算子模块，用于利用最小二乘法，基于所述线性方程组和所述代数方程，计算得到特征根数据；
[0120]
输入子模块，用于将所述特征根数据输入到所述非线性方程组，得到第一向量。
[0121]
在一个可选实施例中，所述计算子模块包括：
[0122]
计算单元，用于利用最小二乘法，基于所述线性方程组进行计算，得到第二向量；
[0123]
输入单元，用于将所述第二向量输入到代数方程，得到特征根数据。
[0124]
在一个可选实施例中，所述建模模块404包括：
[0125]
确定子模块，用于确定最高分量的第一向量为所述双指数模型的系数；
[0126]
频率子模块，用于基于所述最高分量的第一向量和所述最高分量的第一向量对应的特征根数据，计算得到衰减系数和角频率；
[0127]
建模子模块，用于基于所述最高分量的第一向量、所述衰减系数和所述角频率，构建所述双指数模型。
[0128]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0129]
在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，本发明所揭露的方法及装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0130]
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0131]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0132]
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取可读存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个可读存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的可读存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，
read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0133]
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。