氧化锌避雷器泄漏电流的全相位FFT时移相位差校正方法与流程

氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法
技术领域
1.本发明涉及氧化锌避雷器泄漏电流的测量技术领域，具体地涉及一种氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法。


背景技术：

2.氧化锌避雷器(zinc oxide arrester，zoa)作为电网保护装置在长期运行中由于设备老化、内部受潮等原因会出现保护性能下降问题，主要表现为泄漏电流阻性基波分量和阻性谐波分量的显著变化，因此可以运用谐波分析算法提取zoa泄漏电流基波和各次谐波参数，结合电网电压相位得出阻性分量，再依据阻性分量变化趋势判断该设备在电网中的运行情况。故zoa泄漏电流的检测关键在于谐波分析中基波和各次谐波幅值和相位参数的提取精度。
3.近年来，国内外研究人员主要通过快速傅里叶变换(fast fourier transform，fft)作为主要谐波分析手段，再利用数据加窗以及校正算法进一步提高参数提取精度。但是，常规的fft方法在时域通过矩形窗将时间采样序列截断为有限长度后，会不可避免地产生频谱泄漏。进一步地，而在频域抽样离散化的过程中，若计算所得频谱峰值点不能与实际频谱峰值点重合，则会出现栅栏效应。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的是提供一种氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法，该方法能够准确校正泄漏电流。
5.为了实现上述目的，本发明实施例提供一种氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法，包括：
6.以预设的采样频率对氧化锌避雷器的泄漏电流执行连续采样操作；
7.将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列；
8.对所述第一序列和所述第二序列分别执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作；
9.计算所述第一序列和所述第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
10.根据公式(1)计算修正后的泄漏电流频率，
[0011][0012]
其中，ω
*
为修正后的所述泄漏电流频率，k
*
为对f＝50,100,150,200,250,300,350朝负无穷大方向的取整的值，为所述第一序列和所述第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0013]
根据公式(2)计算修正后的泄漏电流幅值，
[0014][0015]
其中，a
*
为修正后的所述泄漏电流幅值，y1为所述第一序列加汉宁窗的双窗全相位
fft分析操作的结果；
[0016]
将所述第一序列或所述第二序列的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的相位作为修正后的泄漏电流的相位；
[0017]
根据修正后的泄漏电流频率、修正后的泄漏电流幅值以及修正后的泄漏电流的相位输出修正后的所述泄漏电流。
[0018]
可选地，所述采样频率为1600hz。
[0019]
可选地，所述双窗全相位fft分析操作的维度为128。
[0020]
可选地，所述连续采样操作包括：
[0021]
连续采样所述泄漏电流的3*128-1个点。
[0022]
可选地，将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列包括：
[0023]
将所述采样信号的前2*128-1个点划分为第一序列，将所述采样信号的第129至3*128-1的点划分为第二序列。
[0024]
另一方面，本发明还提供一种氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正系统，所述系统包括处理器，所述处理器被配置为：
[0025]
以预设的采样频率对氧化锌避雷器的泄漏电流执行连续采样操作；
[0026]
将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列；
[0027]
对所述第一序列和所述第二序列分别执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作；
[0028]
计算所述第一序列和所述第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0029]
根据公式(1)计算修正后的泄漏电流频率，
[0030][0031]
其中，ω
*
为修正后的所述泄漏电流频率，k
*
为对f＝50,100,150,200,250,300,350朝负无穷大方向的取整的值，为所述第一序列和所述第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0032]
根据公式(2)计算修正后的泄漏电流幅值，
[0033][0034]
其中，a
*
为修正后的所述泄漏电流幅值，y1为所述第一序列加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的结果；
[0035]
将所述第一序列或所述第二序列的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的相位作为修正后的泄漏电流的相位；
[0036]
根据修正后的泄漏电流频率、修正后的泄漏电流幅值以及修正后的泄漏电流的相位输出修正后的所述泄漏电流。
[0037]
可选地，所述采样频率为1600hz，所述双窗全相位fft分析操作的维度为128。
[0038]
可选地，所述连续采样操作包括：
[0039]
连续采样所述泄漏电流的3*128-1个点。
[0040]
可选地，将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列包括：
[0041]
将所述采样信号的前2*128-1个点划分为第一序列，将所述采样信号的第129至3*128-1的点划分为第二序列。
[0042]
再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，所述指令用于被机器读取以使得所述机器执行如上述任一所述的方法，
[0043]
通过上述技术方案，本发明提供的氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法、系统及计算机可读存储介质，通过将采集到的泄漏电流进行截断，针对截断后的电流信号分别进行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作，最后结合加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作得到的相位来对频率和幅值进行修正。相较于现有技术而言，本发明提供的方法减小了窗谱函数和栅栏效应对应相位分析的影响，实现了小信号参数的精准估计。
[0044]
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0045]
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
[0046]
图1是根据本发明的一个实施方式的氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法的流程图；
[0047]
图2是根据本发明的一个实施方式的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的预处理流程图；
[0048]
图3是根据本发明的一个实施方式的双窗全相位fft分析操作的流程示意图。
具体实施方式
[0049]
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
[0050]
在本发明实施方式中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
[0051]
另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0052]
如图1所示是根据本发明的一个实施方式的氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法的流程图。在该图1中，该方法可以包括：
[0053]
在步骤s10中，以预设的采样频率对氧化锌避雷器的泄漏电流执行连续采样操作；
[0054]
在步骤s11中，将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列；
[0055]
在步骤s12中，对第一序列和第二序列分别执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作；
[0056]
在步骤s13中，计算第一序列和第二序列的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0057]
在步骤s14中，根据公式(1)计算修正后的泄漏电流频率，
[0058]
(1)1600/128为频率分辨率，常规的是其中，ω
*
为修正后的泄漏电流频率，k
*
为对f＝50,100,150,200,250,300,350朝负无穷大方向的取整的值，为第一序列和第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0059]
在步骤s15中，根据公式(2)计算修正后的泄漏电流幅值，
[0060][0061]
其中，a
*
为修正后的泄漏电流幅值，y1为加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的幅值；
[0062]
在步骤s16中，选择第一序列/第二序列的相位为修正后的泄漏电流的相位；
[0063]
在步骤s17中，根据修正后的泄漏电流频率、修正后的泄漏电流幅值以及修正后的泄漏电流的相位输出修正后的泄漏电流。
[0064]
在该如图1所示的方法中，步骤s10可以用于获取泄漏电流的采样信号。至于该预设的采样频率的具体数值，则可以是本领域人员所知的多个。在该实施方式中，该采用频率可以是1600hz。步骤s11可以用于将采样信号划分为两个序列，从而通过对两个序列的分析计算来完成整个采样信号的修正。
[0065]
在本发明提供的方法，由于该分析计算的方法采用的是加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作，为了避免在后续计算中出现整周模糊的情况，在划分时，需要在两个序列的时序之间设置一个延迟。至于该延迟的具体数值，则需要根据加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的维度来确定。在本发明的一个示例中，该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的维度可以为4，那么该延迟也可以为4，该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的预处理流程图则可以是如图2所示，而双窗全相位fft分析操作的流程示意图则可以是如图3所示。在本发明的一个优选示例中，以该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的维度为128为例，该延迟则需要设置为128。具体地，该步骤s11则可以为将采样信号的前2*128-1个点划分为第一序列，将采样信号的第129至3*128-1的点作为第二序列。而为了使得该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作能够顺利执行，步骤s10的连续采样操作则需要连续采样泄漏电流的3*128-1个点。
[0066]
通过步骤s11对采样信号的划分，在执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作时，相较于传统的fft方法而言，其具备更低的频谱泄漏。并且，由于泄漏电流的误差主要是由于频率误差所导致。在执行步骤s12中的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作时，因频率误差引起的相位误差会相互抵消(相位不变性质)，所以在加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的结果(第一序列和第二序列的相位、幅值以及频率)中，得到的第一序列的相位、第二序列的相位是准确的。也因此，可以针对得到相位来对频率和幅值进行修正。
[0067]
基于步骤s12中得到的准确的第一序列和第二序列的相位，步骤s13、步骤s14则可以进一步用于针对该得到的相位来对泄漏电流频率进行修正，而步骤s15则用于针对该得到的相位来对泄漏电流幅值进行修正，由于加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作得到的相位是准确的，因此步骤s16可以直接采用第一序列的相位或第二序列的相位来对泄漏电流
相位进行修正，最终完成对泄漏电流的频率、幅值以及相位的修正，从而基于修正后的频率、幅值以及相位对该氧化锌避雷器的运行状况进行评估。
[0068]
另一方面，本发明还提供一种氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正系统，该系统可以包括处理器，该处理器可以被配置为执行该如图1所示出的方法。具体地，在该图1中，该方法可以包括：
[0069]
在步骤s10中，以预设的采样频率对氧化锌避雷器的泄漏电流执行连续采样操作；
[0070]
在步骤s11中，将连续采样操作的采样信号分割为第一序列和第二序列；
[0071]
在步骤s12中，对第一序列和第二序列分别执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作；
[0072]
在步骤s13中，计算第一序列和第二序列的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0073]
在步骤s14中，根据公式(1)计算修正后的泄漏电流频率，
[0074]
(1)1600/128为频率分辨率，常规的是其中，ω
*
为修正后的泄漏电流频率，k
*
为对f＝50,100,150,200,250,300,350朝负无穷大方向的取整的值，为第一序列和第二序列的双窗全相位fft分析操作的相位的差；
[0075]
在步骤s15中，根据公式(2)计算修正后的泄漏电流幅值，
[0076][0077]
其中，a
*
为修正后的泄漏电流幅值，y1为加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的幅值；
[0078]
在步骤s16中，选择第一序列/第二序列的相位为修正后的泄漏电流的相位；
[0079]
在步骤s17中，根据修正后的泄漏电流频率、修正后的泄漏电流幅值以及修正后的泄漏电流的相位输出修正后的泄漏电流。
[0080]
在该如图1所示的方法中，步骤s10可以用于获取泄漏电流的采样信号。至于该预设的采样频率的具体数值，则可以是本领域人员所知的多个。在该实施方式中，该采用频率可以是1600hz。步骤s11可以用于将采样信号划分为两个序列，从而通过对两个序列的分析计算来完成整个采样信号的修正。
[0081]
在本发明提供的方法，由于该分析计算的方法采用的是加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作，为了避免在后续计算中出现整周模糊的情况，在划分时，需要在两个序列的时序之间设置一个延迟。至于该延迟的具体数值，则需要根据加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的维度来确定。以该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的维度为128为例，该延迟则需要设置为128。具体地，该步骤s11则可以为将采样信号的前2*128-1个点划分为第一序列，将采样信号的第129至3*128-1的点作为第二序列。而为了使得该加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作能够顺利执行，步骤s10的连续采样操作则需要连续采样泄漏电流的3*128-1个点。
[0082]
通过步骤s11对采样信号的划分，在执行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作时，相较于传统的fft方法而言，其具备更低的频谱泄漏。并且，由于泄漏电流的误差主要是由
于频率误差所导致。在执行步骤s12中的加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作时，因频率误差引起的相位误差会相互抵消(相位不变性质)，所以在加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作的结果(第一序列和第二序列的相位、幅值以及频率)中，得到的第一序列的相位、第二序列的相位是准确的。也因此，可以针对得到相位来对频率和幅值进行修正。
[0083]
基于步骤s12中得到的准确的第一序列和第二序列的相位，步骤s13、步骤s14则可以进一步用于针对该得到的相位来对泄漏电流频率进行修正，而步骤s15则用于针对该得到的相位来对泄漏电流幅值进行修正，由于加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作得到的相位是准确的，因此步骤s16可以直接采用第一序列的相位或第二序列的相位来对泄漏电流相位进行修正，最终完成对泄漏电流的频率、幅值以及相位的修正，从而基于修正后的频率、幅值以及相位对该氧化锌避雷器的运行状况进行评估。
[0084]
再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以存储有指令，该指令可以用于被机器读取以使得机器执行如上述任一所述的方法。
[0085]
通过上述技术方案，本发明提供的氧化锌避雷器泄漏电流的全相位fft时移相位差校正方法、系统及计算机可读存储介质，通过将采集到的泄漏电流进行截断，针对截断后的电流信号分别进行加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作，最后结合加汉宁窗的双窗全相位fft分析操作得到的相位来对频率和幅值进行修正。相较于现有技术而言，本发明提供的方法减小了窗谱函数和栅栏效应对应相位分析的影响，实现了小信号参数的精准估计。
[0086]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0087]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0088]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0089]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0090]
在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
[0091]
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/
或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
[0092]
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
[0093]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0094]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。