电流互感器多频率同步信号的谱分析方法研究

摘要

电流互感器是电力系统继电保护和电能计量等领域中应用的关键单元，传统的电流互感器频率特性测试方法是在频带范围内，对电流互感器的频率响应函数进行多次测试，存在工作量大、测试周期长等缺点。因此，研究一种能快速、准确测试电流互感器频率特性的方法能具有重要的现实意义。
　　本文针对传统电流互感器频率特性检测方法的不足，研究一种多频率同步信号谱分析方法，即以多频率同步信号作为激励源，对电流互感器的输入、输出电流信号进行功率谱分析，估计电流互感器的频率响应函数(Frequency ResponseFunction，FRF)，从而实现快速测试电流互感器在频带范围内的频率特性。本文研究的主要内容包括以下几点:
　　首先，介绍了Walsh函数生成多频率同步信号的原理，分析多频率同步信号的时频特性;设计功率放大电路模块，并对功率放大模块的输出性能进行分析。
　　其次，介绍了加窗插值FFT算法的原理及其在频谱分析中的应用、窗函数的性能和在加窗插值FFT计算时窗函数的选择原则，通过仿真表明，加二阶Hanning自卷积窗的插值FFT算法对多频率信号进行频谱计算时，准确度较高。
　　再次，研究了电流互感器谱分析方法，提出基于Hn均值估计的Hn-ave频率响应函数估计方法。分析了Hn-ave频率响应函数估计中的自相关函数计算误差，提出了移位自相关法计算信号的自相关函数，避免波形衰减。仿真结果表明，与Hn估计相比，在含有噪声的情况下，Hn-ave算法的准确性度高。
　　最后，搭建实验平台，对两款微型电流互感器的输入、输出电流进行数据采集，通过Matlab对采样数据进行计算分析，对比本文所提出方法与传统方法的计算结果，表明本文所提出算法具有较高的准确度，具有一定的现实应用意义。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 频率响应函数研究现状

1．2．2 电流互感器频率特性测试的研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 多频率信号激励源设计

2．1 Walsh函数多频率同步信号原理分析

2．1．1 Walsh函数

2．1．2 Walsh函数多频率同步信号频谱分析

2．2 基于Walsh函数的多频率同步信号激励源设计

2．2．1 多频率同步信号生成方法

2．2．2 功率放大电路设计

2．3 本章小结

第3章 加窗插值FFT频谱分析方法

3．1 窗函数在FFT算法中的应用

3．1．1 频谱泄漏与栅栏效应

3．1．2 常用窗函数介绍

3．1．3 窗函数的选用原则

3．2 三谱线插值FFT多频率信号分析方法

3．3 仿真分析

3．4 本章小结

第4章 基于多频率同步信号的电流互感器测试方法

4．1 频率响应函数

4．1．1 利用傅里叶变换计算频晌函数的原理

4．1．2 频率响应函数估计方法

4．1．3 Hn-ave估计方法

4．2 基于相关函数的功率谱计算方法

4．2．1 确定信号的相关函数

4．2．2 相关函数计算

4．2．3 相关函数的功率谱计算

4．3 电流互感器谱估计方法

4．3．1 电流互感器原理

4．3．2 电流互感器频率响应函数与变比的关系

4．3．3 电流互感器的谱估计实现方法

4．4 仿真计算

4．5 本章小结

第5章 测量实验及结果分析

5．1 测量实验平台

5．2 采样调理电路设计

5．2．1 输入电流采样调理电路设计

5．2．2 输出电流采样调理电路设计

5．3 仿真计算结果分析

5．4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文

附录B 攻读学位期间获得的奖励

附录