1.本发明涉及
变压器阻抗测量技术领域，特别是一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法。
背景技术：
2.变压器是电力系统中电能转换的关键设备，在多电飞机、全电舰船、高速列车等前沿装备中也占据重要的地位。由于变压器铁心的非线性饱和特性，易造成电力系统的谐波污染。理想电网条件下，变压器在空载运行时，其
稳态励磁电流主要含有奇数次谐波电流，而当电网
电压存在背景谐波时，各谐波电压将会产生宽频带的电流耦合响应，稳态励磁电流将产生更严重的畸变，谐波特性更为复杂，从而进一步降低电能质量，甚至威胁电网运行安全。采用扫频阻抗法来分析变压器内在特性简单有效，在变压器投入运行前，通过测量其宽频带阻抗特性，可提前评估在非理想电网条件下变压器空载运行时的自身损耗以及稳态励磁电流的谐波特性。
3.扫频阻抗测量法通常是一次性注入单频率扰动来获取某一频率点变压器的端口阻抗特性，对于宽频带阻抗测量而言，其扫频时间长，测量速度慢。而基于宽频谐波扰动的宽频阻抗测量方法能够一次性实现多个频率点的阻抗测量，测量速度更快，测量过程更便捷。因此，宽频阻抗测量方法相较于扫频阻抗法较有优势。然而，由于变压器的非线性特性，宽频谐波扰动在空载变压器中的有效激励响应和频率耦合响应之间存在重叠干扰，给空载变压器宽频阻抗测量带来误差，影响阻抗测量的准确度。
技术实现要素：
4.本发明的目的是提供一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法，可大幅提升单相变压器宽频阻抗测量的准确度。
5.实现本发明目的的技术方案如下：
6.一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法，包括：
7.步骤1，向空载的单相变压器输入额定工频电压，采集输入端口的稳态电压v(t)和稳态励磁电流i
inr
(t)的时域波形；
8.步骤2，划分宽频阻抗测量频段：第j频段为(50
×
j-40)hz～50
×
j hz，j为正整数；
9.步骤3，测量单相变压器在每一个频段的阻抗；
10.3.1构造第j频段的多音调宽频电压扰动v
ref-j
，
[0011][0012]
其中，vm为第j频段内每一个频率的电压扰动峰值，n为第j频段的频率数量，i＝1,2,...,n；f0为第j频段的起始频率，δf为频率分辨率；
[0013]vref-j
的幅值小于所述单相变压器额定工频电压的2％；
[0014]
3.2向空载的单相变压器输入额定工频电压并串联注入v
ref-j
，采集输入端口的稳
态电压v(t)j和稳态励磁电流i
inr
(t)j的时域波形；
[0015]
3.3将v(t)j减去v(t)、i
inr
(t)j减去i
inr
(t)，分别得到输入端口的稳态电压和稳态励磁电流的时域变化量，再进行傅里叶分析，提取输入端口的稳态电压和稳态励磁电流的频域变换量，稳态电压的频域变换量和稳态励磁电流的频域变换量之商，即为单相变压器在第j频段的阻抗。
[0016]
本发明的有益效果在于，
[0017]
一、相较于不考虑频率耦合干扰效应的常规宽频阻抗测量法，阻抗测量准确度显著提升。
[0018]
二、相较于传统扫频阻抗测量法，测量精度一致，但测量时间显著减少。
附图说明
[0019]
图1是本发明的具体实施例示意图。
[0020]
图2是抗频率耦合干扰的分段宽频注入策略示意图。
[0021]
图3是160-200hz单相空载变压器阻抗特性曲线。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。
[0023]
一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法，如图1所示，待测对象为空载的单相变压器，扰动电压源由信号发生器和功率放大器组成，工频电压源由电网模拟器提供。由信号发生器和功率放大器组成的扰动电压源与工频电压源串联，为变压器提供“额定工频电压+小扰动电压”的电压源，并接入到单相空载变压器高/低压侧的端口1和2，通过数据采集装置检测稳态励磁电流i
inr
(t)和输入电压v(t)，并送入计算机中进行阻抗计算。主要步骤如下：
[0024]
步骤1：断开开关k1，通过电网模拟器设定工频电压源的幅值和相位，闭合开关k2，为单相空载变压器的输入端口提供工频电压。
[0025]
步骤2：通过数据采集装置检测无扰动时单相空载变压器的端口电压v(t)和稳态励磁电流i
inr
(t)。
[0026]
步骤3：分析单相空载变压器的频率耦合规律，即频率为f
p
的电压扰动除了激励单相空载变压器产生频率为f
p
的电流响应分量(有效响应)外，同时也将产生|f
p
±
kf1|的频率耦合电流响应分量，k为偶数，f1为基波频率。为避免宽频电压扰动注入时频率耦合电流响应分量对有效响应的干扰，本发明制定了如图2所示的抗频率耦合干扰的分段宽频电压扰动注入策略。第一频段10～50hz，第二频段60～100hz，第三频段110～150hz，第四频段160～200hz，
……
，第j频段(50
×
j-40)～50
×
j。
[0027]
步骤4：从第一频段开始，构造多音调宽频参考信号，如下式所示；
[0028][0029]
其中vm为每个频率的电压扰动峰值，n为每一频段的频率数量，i＝1,2,...,n；f0为起始频率，δf为频率分辨率。
[0030]
多音调宽频参考信号，由信号发生器输出至功率放大器进行放大，然后闭合开关k1，断开开关k2，将多音调宽频电压扰动串联注入到单相空载变压器的电气回路中，激励其产生宽频带扰动响应。需要注意的是，扰动电压时域波形的幅值应尽可能小，最好在工频电压幅值的2％以下。
[0031]
步骤5：通过数据采集装置检测第一频段多音调宽频电压扰动串联注入后单相空载变压器的端口电压v(t)和稳态励磁电流i
inr
(t)。
[0032]
步骤6：电压扰动注入后的端口电压和稳态励磁电流分别减去扰动注入前的端口电压和稳态励磁电流，得到端口电压和励磁电流的时域变化量，再进行傅里叶分析，从而提取第一频段的端口电压和励磁电流的频域变换量，两者的商即为第一频段的阻抗特性。
[0033]
步骤7：然后再循环步骤4～6，依次注入第二频段、第三频段
……
的宽频电压扰动，分别提取对应频段的宽频阻抗特性。
[0034]
通过上述步骤，即可完成抗频率耦合干扰的单相空载变压器宽频带阻抗测量，其所测结果比忽略频率耦合干扰效应的测量结果更加准确。相较于扫频阻抗测量法，测量精度保持一致，测量速度显著提升。
[0035]
以160～250hz单相空载变压器阻抗测量为例，测量结果对比如图3所示。其中实线是由扫频法测得的阻抗参考值，实心点为不考虑频率耦合干扰的宽频阻抗测量值，空心点为考虑频率耦合干扰的宽频阻抗测量值(即本发明的方法，其中频率分辨率δf设为10hz)。可以发现，不考虑频率耦合的宽频阻抗测量值与参考值之间存在明显误差，而考虑频率耦合干扰的宽频阻抗测量值与参考值保持一致。因此，抗频率耦合干扰的分段宽频电压扰动注入策略是有效的。本发明的方法能一次性测得多个频率点的阻抗特性，其测量时间仅为同一测量频率分辨率下扫频阻抗测量法的五分之一，极大地提高了测量速度，同时又可以避免变压器频率耦合现象对宽频阻抗测量的影响，保证测量精度。
技术特征：
1.一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法，其特征在于，包括：步骤1，向空载的单相变压器输入额定工频电压，采集输入端口的稳态电压v(t)和稳态励磁电流i
inr
(t)的时域波形；步骤2，划分宽频阻抗测量频段：第j频段为(50
×
j-40)hz～50
×
j hz，j为正整数；步骤3，测量单相变压器在每一个频段的阻抗；3.1构造第j频段的多音调宽频电压扰动v
ref-j
，其中，v
m
为第j频段内每一个频率的电压扰动峰值，n为第j频段的频率数量，i＝1,2,...,n；f0为第j频段的起始频率，δf为频率分辨率；v
ref-j
的幅值小于所述单相变压器额定工频电压的2％；3.2向空载的单相变压器输入额定工频电压并串联注入v
ref-j
，采集输入端口的稳态电压v(t)
j
和稳态励磁电流i
inr
(t)
j
的时域波形；3.3将v(t)
j
减去v(t)、i
inr
(t)
j
减去i
inr
(t)，分别得到输入端口的稳态电压和稳态励磁电流的时域变化量，再进行傅里叶分析，提取输入端口的稳态电压和稳态励磁电流的频域变换量，稳态电压的频域变换量和稳态励磁电流的频域变换量之商，即为单相变压器在第j频段的阻抗。
技术总结
本发明公开了一种抗频率耦合干扰的单相变压器宽频阻抗测量方法，包括步骤：向空载的单相变压器输入额定工频电压，采集输入端口的稳态电压和稳态励磁电流的时域波形；划分宽频阻抗测量频段：第j频段为(50
技术研发人员：
胡海涛 肖冬华 宋依桐 杨向阳
受保护的技术使用者：
西南交通大学
技术研发日：
2022.11.22
技术公布日：
2023/3/3
