電力系統(tǒng)過電壓測(cè)量及分析

前言

1 電力系統(tǒng)過電壓機(jī)理

1.1 電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)概述

1.2 電力系統(tǒng)過電壓分類

2 過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器研究

2.1 套管末屏電壓傳感器

2.2 無間隙金屬氧化物避雷器電壓傳感器

2.3 輸電線路耦合電容電壓傳感器

2.4 變電站過電壓全波形光學(xué)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)

3 過電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集與傳輸分析系統(tǒng)

3.1 過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

3.2 過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3 過電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集裝置

3.4 過電壓信號(hào)傳輸系統(tǒng)

3.5 過電壓波形分析系統(tǒng)

3.6 過電壓波形遠(yuǎn)傳終端分析系統(tǒng)

3.7 過電壓在線測(cè)量案例分析

3.8 過電壓統(tǒng)計(jì)分析

4 雷電波入侵電力系統(tǒng)波過程研究及暫態(tài)響應(yīng)特性分析

4.1 雷電波入侵電力系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

4.2 復(fù)雜情況下的波過程

4.3 電力設(shè)備雷擊過電壓形成過程

4.4 變電站雷電入侵波仿真研究

4.5 變電站雷電入侵波的影響因素研究

4.6 變電站雷電入侵波的典型波形

4.7 雷擊過電壓在電網(wǎng)傳播過程中的響應(yīng)特性測(cè)量研究

4.8 雷電入侵波與變壓器的絕緣水平的關(guān)系特性

4.9 雷電定位測(cè)量系統(tǒng)

5 特高壓直流輸電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)典型試驗(yàn)及波形分析

5.1 特高壓直流輸電系統(tǒng)典型試驗(yàn)波形采集及分析

5.2 特高壓直流輸電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)典型試驗(yàn)

6 過電壓數(shù)字仿真計(jì)算

6.1 過電壓數(shù)字仿真計(jì)算軟件

6.2 操作過電壓計(jì)算

6.3 工頻過電壓計(jì)算

6.4 大氣過電壓計(jì)算

6.5 鐵磁諧振過電壓計(jì)算

6.6 特快速暫態(tài)過電壓計(jì)算

6.7 特高壓直流輸電系統(tǒng)的暫態(tài)計(jì)算

7 輸電線路過電壓實(shí)體動(dòng)模測(cè)量分析

7.1 輸電線路過電壓實(shí)體動(dòng)模概述

7.2 輸電線路雷電通道模型建模方法

7.3 輸電線路雷電通道模型軟件仿真驗(yàn)證

7.4 動(dòng)模實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)

8 電力系統(tǒng)過電壓模式識(shí)別及分析

8.1 暫態(tài)過電壓識(shí)別系統(tǒng)特征值選取

8.2 時(shí)域特征值提取

8.3 小波變換分析

8.4 奇異值分解理論

8.5 分類器特征值選擇

8.6 基于SVM的暫態(tài)過電壓識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

8.7 數(shù)據(jù)預(yù)處理

8.8 參數(shù)選擇及優(yōu)化

8.9 現(xiàn)場(chǎng)波形參數(shù)的提取及修正研究

參考文獻(xiàn)

索引 2100433B

開展電力系統(tǒng)過電壓測(cè)量及分析對(duì)保障電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。本書根據(jù)近年來采用的過電壓監(jiān)測(cè)新思維、新方法，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，特別是中國(guó)特高壓直流輸電工程調(diào)試和運(yùn)行期間的過電壓試驗(yàn)，運(yùn)用數(shù)字仿真、實(shí)體動(dòng)模等分析手段，對(duì)各種過電壓的形成機(jī)理和監(jiān)測(cè)分析方法進(jìn)行詳細(xì)闡述，并基于樹形結(jié)構(gòu)的特征量提取方法，詳細(xì)介紹了過電壓的Z 新傳感器及測(cè)試技術(shù)，以及過電壓波形模式識(shí)別技術(shù)。

全書共分八章，包括電力系統(tǒng)過電壓機(jī)理、過電壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器研究、過電壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集與傳輸分析系統(tǒng)、雷電波入侵電力系統(tǒng)波過程研究及暫態(tài)響應(yīng)特性分析、特高壓直流輸電系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)典型試驗(yàn)及波形分析、過電壓數(shù)字仿真計(jì)算、輸電線路過電壓實(shí)體動(dòng)模測(cè)量分析、電力系統(tǒng)過電壓模式識(shí)別及分析。

音頻測(cè)量一般包括信號(hào)電壓、頻率、信噪比、諧波失真等基本參數(shù)。大部分音頻參數(shù)都可以由這幾種基本參數(shù)組合而成。音頻分析可以分為時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析等幾類。由于信號(hào)的諧波失真對(duì)于音頻測(cè)量比較重要，因此將其單獨(dú)歸類為失真分析。以下分別介紹各種音頻參數(shù)測(cè)量和音頻分析。

音頻分析儀基本參數(shù)測(cè)量

音頻測(cè)量中需要測(cè)量的基本參數(shù)主要有電壓、頻率、信噪比。電壓測(cè)試可以分為均方根電壓(RMS)、平均電壓和峰值電壓等幾種。

頻率是音頻測(cè)量中最基本的參數(shù)之一。通常利用高頻精密時(shí)鐘作為基準(zhǔn)來測(cè)量信號(hào)的頻率。測(cè)量頻率時(shí)，在一個(gè)限定的時(shí)間內(nèi)的輸入信號(hào)和基準(zhǔn)時(shí)鐘同時(shí)計(jì)數(shù)，然后將兩者的計(jì)數(shù)值比較后乘以基準(zhǔn)時(shí)鐘的頻率就得到信號(hào)頻率。隨著微處理芯片的運(yùn)算速度的提高，信號(hào)的頻率也可以利用快速傅立葉變換通過軟件計(jì)算得到。

信噪比是音頻設(shè)備的基本性能指標(biāo)，是信號(hào)的有效電壓與噪聲電壓的比值。信噪比的計(jì)算公式為：

2-1

在實(shí)際測(cè)量中，為方便起見，通常用帶有噪聲的信號(hào)總電壓代替信號(hào)電壓計(jì)算信噪比。

音頻分析儀時(shí)域分析

時(shí)域分析通常是將某種測(cè)試信號(hào)輸入待測(cè)音頻設(shè)備，觀察設(shè)備輸出信號(hào)的時(shí)域波形來評(píng)定設(shè)備的相關(guān)性能。最常用的時(shí)域分析測(cè)試信號(hào)有正弦信號(hào)、方波信號(hào)、階躍信號(hào)及單音突變信號(hào)等。例如將正弦信號(hào)輸入設(shè)備，觀察輸出信號(hào)時(shí)域波形失真就是一種時(shí)域分析方法。

方波分析具有良好的突變性及周期性，通過觀察設(shè)備對(duì)方波信號(hào)的輸出信號(hào)波形能夠很好的檢測(cè)設(shè)備的各項(xiàng)性能，因此方波信號(hào)成為最常用的時(shí)域分析信號(hào)。

階躍信號(hào)分析比較簡(jiǎn)單，主要用來檢測(cè)音頻設(shè)備對(duì)于信號(hào)突變的響應(yīng)靈敏度。階躍信號(hào)分析的參數(shù)通常兩個(gè)，就是階躍響應(yīng)信號(hào)的上升時(shí)間和脈沖寬度。上升時(shí)間越小，設(shè)備對(duì)于信號(hào)突變的響應(yīng)越靈敏，瞬態(tài)特性越好;脈寬越小，設(shè)備的阻尼特性越好，系統(tǒng)越穩(wěn)定。

正弦信號(hào)在某個(gè)時(shí)刻峰值突然升高，形成突變，就是單音突變信號(hào)。由于單音突變信號(hào)的能量集中在一個(gè)很窄的頻率范圍，因此常用單音突變信號(hào)檢測(cè)音頻設(shè)備在某個(gè)特定頻率的響應(yīng)情況。單音突變信號(hào)的主要用途是快速判定某些音頻設(shè)備，例如揚(yáng)聲器的阻尼特性等。

音頻分析儀頻域分析

頻域分析是音頻分析的重要內(nèi)容，頻域分析的主要依據(jù)是頻率響應(yīng)特性曲線圖。前面提到的正弦檢測(cè)、脈沖檢測(cè)及最大長(zhǎng)度序列信號(hào)檢測(cè)都能夠得到設(shè)備的頻率響應(yīng)。頻率響應(yīng)曲線圖反映了音頻設(shè)備在整個(gè)音頻范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)的分布情況。一般來說曲線峰值處的頻率成分，回放聲壓大、聲壓強(qiáng)；曲線谷底處頻率成分聲壓小、聲音弱。若波峰和波谷起伏太大，則會(huì)造成較嚴(yán)重的頻率失真。

音頻分析儀時(shí)頻分析

時(shí)頻特性描述了音頻設(shè)備在時(shí)間軸上隨著時(shí)間的變化其頻域特性的變化情況。時(shí)頻特性不僅在頻率的變化過程中描述了音頻設(shè)備的響應(yīng)狀態(tài)，而且還在時(shí)間的變化過程中描述了音頻設(shè)備的響應(yīng)狀態(tài)，也就是從三維的角度全面地描述了音頻設(shè)備的響應(yīng)特性。對(duì)于放音設(shè)備而言，主觀聽感的評(píng)述，如低音是否干凈，背景是否無損，層次是否分明，音場(chǎng)的深淺等均與音頻設(shè)備的時(shí)頻特性均有密切關(guān)系。音頻設(shè)備的時(shí)頻特性是客觀評(píng)價(jià)音頻設(shè)備性能優(yōu)劣的一個(gè)很重要的方面。

音頻分析儀失真分析

音頻設(shè)備的失真包括諧波失真、互調(diào)失真、相位失真及瞬態(tài)失真等幾類。音頻測(cè)量中最重要的是諧波失真，諧波失真，簡(jiǎn)單地說就是聲音信號(hào)經(jīng)音頻設(shè)備重放后多出來的額外的諧波成分。從聽眾的角度看，不同的發(fā)聲物體所發(fā)出的聲音是由不同的基波和諧波構(gòu)成的，聽眾可以根據(jù)聲音的特性分辨出發(fā)聲的物體。如果功率放大器將某種樂器所發(fā)出的樂音(樂音由基波和諧波組成)放大，經(jīng)揚(yáng)聲器放音后，對(duì)基波和各次諧波的波形形狀、幅值和相位均能無失真的重現(xiàn)出來，則可以認(rèn)為是高質(zhì)量的放音；否則，揚(yáng)聲器所放出的聲音聽起來煩躁、別扭，則諧波失真已經(jīng)達(dá)到無法忍受，甚至使人無法分辨發(fā)聲樂器的種類。因此，諧波失真是音頻設(shè)備的重要性能指標(biāo)。

諧波失真的測(cè)量方法有兩種，一種是以正弦信號(hào)輸入待測(cè)設(shè)備，然后分析設(shè)備響應(yīng)信號(hào)的頻率成分，可以得到諧波失真。另一種更簡(jiǎn)單的測(cè)量方法是首先利用帶阻濾波器濾除響應(yīng)信號(hào)中的基頻成分，然后直接測(cè)量剩余信號(hào)的電壓，將其與原響應(yīng)信號(hào)作比較，就可以得到諧波失真。顯然第二種方法得到的諧波失真是THD N，由于采用了信號(hào)的總電壓值代替了基頻分量電壓值，因此得到的諧波失真比實(shí)際值偏小，且實(shí)際的諧波失真越大，誤差越大。

在實(shí)際的音頻測(cè)量時(shí)，通常在一定的頻率范圍內(nèi)選取若干個(gè)頻率點(diǎn)，分別測(cè)量出各點(diǎn)的諧波失真，然后將各諧波失真數(shù)值以頻率為橫坐標(biāo)連成一條曲線，稱為諧波失真曲線。

內(nèi)容提要

本書由電力系統(tǒng)過電壓的分析與計(jì)算及計(jì)算電力系統(tǒng)過電壓的計(jì)

算機(jī)輔助設(shè)備兩大部分組成。第一部分包括第一～第六章，主要介紹

輸電線路的大氣過電壓和操作過電壓的分析與計(jì)算、高壓變電站的絕

緣配合等。對(duì)ZnO無間隙避雷器和氣體絕緣變電站（GIS）作了系統(tǒng)、

全面的介紹是本書的一大特色。第二部分包括第七章，主要介紹了電

子模擬計(jì)算機(jī)、暫態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析、直流仿真器及數(shù)字電子計(jì)算機(jī)等計(jì)算

過電壓的輔助設(shè)備，這是電力系統(tǒng)過電壓的實(shí)驗(yàn)研究方法中的重要內(nèi)

容，安排這部分內(nèi)容，使本書獨(dú)具特色。

本書是電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)的選修課教材，也是該專業(yè)碩士

研究生的教材，還可作為高等學(xué)校教師、工程技術(shù)人員及研究人員的

參考用書。