申请/专利权人：武汉理工大学

申请日：2018-05-28

公开（公告）日：2023-09-22

公开（公告）号：CN108875147B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.09.22#授权;2018.12.18#实质审查的生效;2018.11.23#公开

摘要：本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种VFTO数学表达式拟合方法，在计算VFTO暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian函数的傅里叶表达式，对共有VFTO波形段进行了数据拟合，得到VFTO数学表达式；包括以下步骤：步骤1、选取VFTO单次脉冲初始时刻处的VFTO波形作为等效波形；步骤2、根据VFTO波形在初始时刻处的共同点，将VFTO波形等效为衰减振荡波；步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合，得到VFTO数学表达式。该方法得出典型VFTO波形拟合表达式，能够十分方便的运用于VFTO作为激励源的数值计算中。

主权项：1.一种VFTO数学表达式拟合方法，其特征是，在计算VFTO暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian函数的傅里叶表达式，对共有VFTO波形段进行了数据拟合，得到VFTO数学表达式；包括以下步骤：步骤1、选取VFTO单次脉冲初始时刻处的VFTO波形作为等效波形；步骤2、根据VFTO波形在初始时刻处的共同点，将VFTO波形等效为衰减振荡波；步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合，得到VFTO数学表达式；步骤1所述选取VFTO单次脉冲初始时刻处的VFTO波形为0-1时段的单次脉冲；步骤2所述衰减振荡波为工频电压分量上叠加高频衰减性波，VFTO波形拟合段的波形衰减时间为35ns；步骤3所述采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合包括以下步骤：1首先采用局部Gaussian函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合；2再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数。

全文数据：一种VFTO数学表达式拟合方法技术领域[0001]本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种VFT0数学表达式拟合方法。背景技术[0002]GIS变电站中的隔离开关操作是典型的电磁干扰源，会产生电磁干扰，对GIS绝缘和相关电子仪器造成破坏。GIS开关操作时，触头间隙会产生高频气体放电过程，SF6快速击穿，触头两端电压瞬间跌落ns，进而形成阶跃电压行波，并沿着隔离开关断口向两侧传播，同时会产生折、反射现象。GIS隔离开关操作速度慢5ms，因此在隔离开关操作过程中SF6气体会反复击穿一次完整的操作过程大约有多次次击穿现象）。每次击穿都会产生沿触头两侧传播的行波。在GIS整个操作过程中，这些因SF6击穿而产生的行波，在GIS内部经反复折、反射和多次叠加后最终形成特快速暂态过电压VFT0现象。[0003]VFT0典型的全过程波形如图1所示。己有研究表明，VFT0具有如下特性:①上升时间短，约为3ns〜20ns，电压上升率高，可达40MVs;②频率高，主要集中在0.5丽z〜150MHz范围内，最高可达300MHz;③典型幅值值为1.5〜2.0p.u•，最高可达2.5p.u.。[0004]高频VFT0不仅能破坏GIS内部的绝缘，还会有部分VFT0波耦合到GIS外面，危及与GIS连接的一次设备如变压器、架空线路或造成GIS外壳壳体电位升高，造成暂态地电位升（TransientgroundpotentialriseEnclosureVoltage,TGPR，该现象又称暂态壳体电位升高Transientenclosurevoltage,TEV〇[0005]目前，研究者主要从仿真计算和现场实测两个方面展开对VFTO暂态特性的研究。在VFT0仿真分析中主要是以建立不同气体放电模型、不同电路残余电荷量等方面对VFT0过电压的幅值、暂态频率、波陡度的影响；在VFT0现场实测中主要测量不同操作条件下，隔离开关引起的VFT0波形。目前针对特高压GIS测量回路，主要采用手孔式电压传感器对VFT0进行现场实测，且已有研究者VFT0进行了现场测试。总体而言，对于VFT0的研宄技术目前基本已趋成熟。由于VFT0波形过于复杂，就是单次的VFT0脉冲也含有大量的数据，导致目前还没有针对VFT0波形进行有效拟合的研宄。发明内容[0006]本发明的目的是提供一种GIS变电站开关操作引起快速暂态过电压VFT0的数学表达式的方法。[0007]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种VFT0数学表达式拟合方法，在计算VFT0暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian函数的傅里叶表达式，对共有VFT0波形段进行了数据拟合，得到VFT0数学表达式;包括以下步骤：[0008]步骤1、选取VFT0单次脉冲初始时刻处的VFIX波形作为等效波形；[0009]步骤2、根据VFTO波形在初始时刻处的共同点，将VFTO波形等效为衰减振荡波；[0010]步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合，得到VFT0数学表达式。[0011]在上述的VFT0数学表达式拟合方法中，步骤1所述选取VFT0单次脉冲初始时刻处的VFT0波形为0-1时段的单次脉冲。[0012]在上述的VFT0数学表达式拟合方法中，步骤2所述衰减振荡波为工频电压分量上叠加高频衰减性波,VFT0波形拟合段的波形衰减时间为35ns左右。[0013]在上述的VFT0数学表达式拟合方法中，步骤3所述采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合包括以下步骤：_[0014]1首先采用局部Gaussian函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合；[0015]2再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数。[0016]本发明的有益效果是:通过本发明的拟合方法得出典型VFT0波形拟合表达式，能够十分方便的运用于VFT0作为激励源的数值计算中。附图说明[0017]图1为本发明一个实施例VFT0数学表达式拟合方法流程图；[0018]图2a为本发明一个实施例中VFT0暂态全波，图2b为本发明一个实施例所选取VFT0全波中不同单次脉冲波段处局部放大暂态波形；[0019]图3为本发明一个实施例将VFT0单次脉冲波形不同时刻的局部放大波形；图3a为0.0195时刻波形，图3b为0.0139时刻波形，图3c为0.0115时刻波形，图3d为0.0090015时刻波形；[0020]图4为本发明一个实施例VFT0拟合波形的选取示意图；[0021]图4a为选取的VFT0拟合波形，图4⑹为VFT0暂态波形。具体实施方式[0022]下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。[0023]本实施例针对当前国内难以准确获得具有普遍规律的VFT0数学表达式，提出一种GIS变电站开关操作引起快速暂态过电压的数学表达式拟合方法。[0024]本实施例在精确计算VFT0暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian高斯函数的傅里叶表达式，对共有VFT0波形段进行了数据拟合，得到VFT0精确数学表达式的方法。一种VFT0数学表达式拟合方法，包括如下步骤：[0025]1、VFT0暂态波形规律的发现[0026]如图2a所示，为本实施例中VFT0暂态全波，是一次开关操作所产生的VFT0的整段波形，由图2a可看出VFT0波形为衰减震荡波;VFT0暂态全波是由一簇簇单次脉冲波形叠加而成。如图2b所示，为本实施例所选取VFT0暂态全波中不同单次脉冲波段处局部放大的暂态波形，由图2b可看出VFT0的局部放大波形具有一定的规律性;通过对大量VFT0单次脉冲波形局部放大处理发现，VFT0在“0-1”段时的暂态波形变化更具有一定规律性。因此，选取具有代表性的VFT0波段进行数值拟合，具有一定代表性。[00f]图3为本实施例在VFT0单次脉冲波形不同时刻的局部放大波形，是一次开关操作所产生的VFT0在不同时刻处的波形，从中选取一定周期的波形，用于对VFT0波形进行拟合；图3a为0.0195时刻波形，图3⑹为〇.0139时刻波形，图3c为0•0115时刻波形，图3d为0.0090015时刻波形。通过对比不同时刻的VF1X波形，发现单次脉冲中“〇-丨”段时的暂态波形，对GIS设备的冲击性强，重点分析此处的VFTO暂态特性具有较强的现实意义;且“0-1”段处VFT0波形的暂态特性基本相同，放大波形段变化趋势一致，说明在整个VFT0波形中具有一定代表性，研宄起来更能寻找到符合变化规律的表达式。[0028]对VFT0波形进行等效，主要依靠单次VFT0波形的共同点，综合上述考虑因素，选取单次脉冲“0-1”段处的VFT0波形进行分析。[0029]2、VFT0等效波形拟合过程[0030]在对“0-1”段处VFT0波形进行等效分析，主要依靠单次VFT0波形的共同点。根据VFT0“0-1”时刻的波形变化趋势，在此进行了分段。在每一段波形中可以发现，VFT0波形基本具有一定周期。鉴于所选VFT0波形段所含数据量大，无法进行有效的拟合，在此仅选取具有周期性波段的“0-1”进行数据拟合。在“0-1”段处的VFT0波形呈逐渐衰减趋势，波形拟合段的衰减时间在35ns左右。[0031]3、VFT0拟合函数的选取[0032]通过上述对VFT0波形的具体分析得到，虽然VFT0波形变化规律并不十分明显，但变化趋势较接近经典衰减性振荡波，故在此选择衰减波的特性对VFT0进行波形拟合。图4为本实施例VFT0拟合波形的选取示意图，将选取的波形与拟合波形进行对比，可看出波形拟合效果；图3a为选取的VFT0拟合波形，图3⑹为VFT0暂态波形。[0033]选用Gaussian函数对VFT0波形进行数学表达式拟合，是由于选取的拟合片段呈现不规则的来回往复波动，且对波形数据的提取，一般采用提取曲线离散数据。而Gaussian函数是傅里叶变化特性函数，其中傅里叶函数特点是优于对离散数据的分析，且积分十分方便。[0034]在Gaussian函型函数拟合模型过程中，首先用局部高斯函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合，再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式能更好的与拟合曲线吻合。[0035]如图1所示，本实施例的VFT0数学表达式拟合方法包括如下步骤：[0036]⑴VFT0拟合曲线的选取[0037]通过对VFT0单次脉冲波形的放大分析，发现“0-1”时刻的VFT0波形变化较峰值时刻更具有规律性，且VFT0“0-1”时刻波形陡度大，对GIS变电站中的敏感设备及绝缘部分的冲击性强，更值得研究。因此选取VFT0单次脉冲“0-1”时刻的放大波形作为等效波形。[0038]本实施例主要依靠单次VFT0波形的共同点，对VFT0波形进行等效，在初始时刻，VFT0波形基本由相同周期的波形组成，根据变化趋势，可将其分为两段，其中每一段都具有一定的周期。但考虑到VFT0波形成衰减趋势且波形变化规律并不明显，根据现有对操作过电压波形的分解筛选，可将波形等效为衰减振荡波，即工频电压分量上叠加高频衰减性波，VFT0波形拟合段的波形衰减时间为35ns左右。[0039]2VFT0等效波形拟合过程[0040]本次VFT0数学表达式拟合过程中选用Gaussian函数，主要基于以下几点：[0041]第一，选取的VFT0拟合片段，呈现出不规则的来回往复波动，其变化趋势规律并不十分明显，且对波形数据的提取，一般采用提取曲线离散数据。[0042]第二，Gaussian函数是傅里叶变化特性函数，其中傅里叶函数的特点是优于对离散数据的分析，且积分十分方便。[0043]第三，在Gaussian函型函数拟合模型中，采用的是首先用局部高斯函数对拟含_线中极值周围的数据进行拟合，再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数，使得拟合的表达式能更好的与拟合曲线吻合，进而加强拟合的准确性。[0044]应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。_5]虽然以上结合關謎了本发勸具体实施城，但是本慨普職术人员应麵，这些仅是举例说明，可以職些实施方式做出麵中变诚理和实质。本发明的麵仅由麵权利要求书限定。冃尚不友明的原

权利要求：1.一种VFTO数学表达式拟合方法，其特征是，在计算VFTO暂态波形及分析其共有规律的基础上，运用Gaussian函数的傅里叶表达式，对共有VFT0波形段进行了数据拟合，得到VFTO数学表达式;包括以下步骤：步骤1、选取VFTO单次脉冲初始时刻处的VFTO波形作为等效波形；步骤2、根据VFTO波形在初始时刻处的共同点，将VFTO波形等效为衰减振荡波；步骤3、采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合，得到VFTO数学表达式。2.如权利要求1所述的VFTO数学表达式拟合方法，其特征是，步骤1所述选取VFTO单次脉冲初始时刻处的VFTO波形为0-1时段的单次脉冲。3.如权利要求1所述的VFTO数学表达式拟合方法，其特征是，步骤2所述衰减振荡波为工频电压分量上叠加高频衰减性波，VFIX波形拟合段的波形衰减时间为35ns左右。4.如权利要求1所述的VFTO数学表达式拟合方法，其特征是，步骤3所述采用Gaussian函数对步骤2所述衰减振荡波进行拟合包括以下步骤：1首先采用局部Gaussian函数对拟合曲线中极值周围的数据进行拟合；2再将拟合得到的相连局部函数连接起来，构成全局的拟合函数。

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