[发明专利]基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测系统及方法

权利要求书

1.一种基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测系统,其特征在于：包括依次连接的现场数据采集单元，主控室信号处理单元，远程监控单元；

所述现场数据采集单元包括用于获取容性设备的电流互感器、隔离变压器、信号调理电路、A/D采样单元、主控CPU单元、数据传输单元以及供电单元；电流互感器、隔离变压器分别与信号调理电路连接，信号调理电路与A/D采样单元连接，主控CPU单元分别与A/D采样单元、数据传输单元、供电单元连接；现场容性设备电流信号的获取选用0.1级的开合式电流互感器，通过直接套接到现场容性设备根部利用电磁感应获取容性设备的实时运行电流数据，容性设备的实时电压信号通过直接测量PT二次侧输出端获得，将二次侧电压信号送入高压隔离变压器输入端，再将高压隔离变压器的输出电压信号连同电流互感器测得的电流信号，送入到具有相同硬件参数的信号调理电路上进行滤波放大，之后共同接入并行同步A/D采样单元中，主控CPU单元负责现场电流、电压信号的卡尔曼频率跟踪，进而控制A/D实现信号的整周期采样和数据转发，数据传输单元负责将现场信号由高压侧传至低压侧主控室，供电单元采用工业级高压隔离PT为所述容性设备现场数据采集单元提供电能；

所述主控室信号处理单元包括工控机以及与工控机连接的GPRS报警单元；

所述远程监控单元是由局控制中心各单位的PC机构成，通过Web服务器与工控机连接，实现对变电站工控机的远程数据访问。

2.根据权利要求1所述的基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测系统，其特征在于：所述A/D采样单元采用并行A/D采样芯片AD7656进行现场数据的实时采集，所述主控CPU单元选择ARM进行卡尔曼频率跟踪及数据转发。

3.根据权利要求1所述的基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测系统，其特征在于：所述数据传输单元选用光纤作为传输介质，现场数据采集单元与主控室信号处理单元中的工控机通过光纤连接。

4.根据权利要求1所述的基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测系统，其特征在于：所述GPRS报警单元利用RS232接口与工控机进行连接，根据工控机数据处理结果控制其远程报警与否。

5.一种利用权利要求1所述的系统实现的基于卡尔曼频率跟踪的容性设备介损在线监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：现场数据采集单元利用基于卡尔曼滤波的基波频率跟踪算法，对A/D采样芯片进行反馈控制，实现现场电流、电压信号的整周期同步并行采样；

步骤2：将现场数据采集单元实时采集到的电流I，电压U数据利用光纤交换机集中后通过光纤传输至工控机，由工控机进行加窗FFT算法，实时计算现场容性设备的介质损耗角；

步骤3：根据工控机实时测量的介质损耗角，进行现场容性设备的故障判断，一旦判断其超出报警阈值，则工控机进行声光报警提示且GPRS短信群发报警，同时工控机增加一条故障记录，以方便局监测中心的PC机通过Web网络实时查询。

6.根据权利要求5所述的基于高压电容性设备介质损耗角在线监测的方法，其特征在于:所述步骤1中，现场数据采集单元中采用的基于卡尔曼的基波频率跟踪算法是利用一种频率自反馈数据采集方法，该方法利用无迹变换Unscented transformation的频率跟踪方法对电力系统的瞬时频率进行动态跟踪，根据输入信号准确跟踪到当前电网频率和幅值，进而调整采样频率，使其始终满足是当前电网频率的2^N倍，N为大于1的整数，实现现场电流，电压信号的整周期采样，之后无迹卡尔曼滤波器UKF利用无迹变换Unscented transformation的频率跟踪方法计算出非线性最优估计的高斯近似解；

频率自反馈数据采集方法的具体实现步骤如下：

1）构建包含信号相位、角速度和幅值的状态变量；

2）根据相位、角速度和幅值的变化规律建立离散型状态转移方程；

3）根据观测量的选择建立离散型观测方程；

4）初始化状态变量、状态转移方程及观测方程；

5）利用UKF算法，结合当前时刻的观测值计算得到当前时刻状态变量的估计值；

6）利用得到的状态变量估计值计算出当前时刻的频率值；

7）将得到的频率估计值进行2^N倍频后反馈给A/D采样芯片，作为其下一时刻的采样频率；

8）若跟踪过程未结束，则返回5）继续执行；若结束，则停止跟踪。