基于分形插值的电力系统故障录波数据压缩与还原算法研究

针对电力系统故障信号波形在特定时间段内具有自相似性,提出一种基于分形插值的电力系统故障录波数据压缩与还原算法;对原始录波数据的分维数进行计算,并提取原始录波信号的大体轮廓后进行抽样得到插值点集合,将这两个特征信息作为故障信号的编码参数对故障信号进行压缩,基于分段分形插值原理还原电力系统故障录波数据;在该方法中,针对录波数据特点,对分形插值中的插值点选取方法进行改进,对分形插值理论中的分维数定理的应用条件做详细的论证;对10kV中性点不接地系统的单相接地故障波形进行仿真,结果表明:该方法能够提高故障录波数据的压缩倍数并且减小赋范均方误差、失真率低,能够有效地还原故障录波信号。     

高精度暂态录波故障指示器关键技术指标分析与验证

介绍了高精度暂态录波故障指示器的三个关键指标的设计方案,并进行了实验验证。得出以下结果：1)较高的电流采样精度。在0～100 A时,采集精度达到±1 A以内;100 A～600 A时,采集精度为±1%以内;2)较高的电场采集稳定性和电场采样精度。电场采集精度可稳定在±1%以内;3)较高的三相同步精度。三相同步误差值在30μs以内。三个指标的提升可提高各种接地故障判断的准确性,解决目前配网解决故障难判断的难题。     

准同步采样技术及其DSP实现方法

介绍了准同步采样技术及其在基于DSP的电力测量模块中的应用.硬件上采用16bitAD转换器+32bit高速DSP处理器的架构;软件上以电网电压有效值的计算为例给出了准同步采样算法的实现方法.最后设计了一个实验方法:对样机输入三种不同频率、相同有效值的正弦信号,分别通过普通算法和准同步采样算法进行处理.比较实验结果可以证明,应用准同步采样技术可以很好地修正电网频率小幅漂移引入的同步误差.     

基于麦克风阵列的声源定位算法研究

在基于时延估计的声源定位系统中,由于定位算法分为两个阶段:时延估计和定位,时延估计阶段的误差会在定位阶段被放大,导致声源定位的成功率和精度较低。从原始信号去噪,时延值插值和定位算法三方面入手,提高声源定位的精度。结合自行设计的四元十字麦克风阵列,给出一种新的时延值筛选算法,实现了一个室内声源定位系统。实验结果表明,在二维定位场景中,该系统对声源方位角的估计成功率超过70%,平均误差小于5°;该系统对声源距离估计的成功率和精度与声源方位角有关,当声源方位与X、Y轴的夹角不超过15°且声源距离不超过2.5 m时,声源距离估计的成功率能达到50%以上。     

无源相干脉冲雷达时间同步误差影响分析

在无源相干脉冲雷达系统中,由于直达波信号的起伏,难以实现对其脉冲重复频率实时且精确地估计,导致脉冲重复频率与采样时钟之间总是存在时间同步误差,很难满足脉冲间相参采样的条件.文中首先通过对无源相干脉冲雷达系统的中频采样过程进行建模,推导了脉冲间相对采样时刻的变化周期与时间同步误差的关系,然后定义了归一化干扰功率来分析时间同步误差对无源相干脉冲雷达系统相参处理输出的影响.在此基础上,推导了脉冲间相对采样时刻的差服从均匀分布和Gauss分布时的归一化干扰功率,并给出了相应的仿真结果.同时,推导了存在时间同步误差时Doppler频率估计的理论误差,并给出了相对采样时刻变化周期不同时Doppler频率估计的仿真实例,验证了理论分析的正确性.     

捷联惯导/北斗高精度组合导航方法研究

提出采用紧组合方式进行捷联惯导/北斗组合导航设计,首先对捷联惯导与北斗系统进行误差分析与建模,将捷联惯导系统误差、北斗等效时钟误差相应的距离(伪距误差)以及等效时钟频率误差相应的距离率(伪距率误差)作为组合导航系统状态;利用捷联惯导位置输出与北斗接收机星历输出构造获得等效伪距,将其与北斗接收机测量的伪距对应相减作为量测,推导建立对应的量测方程,采用卡尔曼滤波设计捷联惯导/北斗组合导航滤波算法;仿真结果表明,该组合导航方法的速度精度达到±0.05 m/s,位置精度达到±3.2 m,水平姿态精度达到±0.4′,航向精度达到±1.6′。     

分段插值同步算法在数字化变电站中的应用

提出一种分段插值同步算法来实现数字化变电站的过程层同步采样,以降低系统对硬件的要求,并提高系统的可靠性.针对插值同步算法进行了分段设计,根据数据的线性度情况分别采用一阶线性插值法或二次插值法;分析了各算法的最大采样值理论误差;提出了过程层采样插值同步的具体实现方法.最后通过现场插值同步精度试验验证了该算法具有较高的同步精度,符合IEC6044-8标准对0.2S级测量电子式互感器的要求.     

500 kV变电站二次综合自动化设备故障录波测距系统

为及时检测识别变电站二次综合自动化设备故障位置，保证电网正常运行，设计一种500 k V变电站二次综合自动化设备故障录波测距系统。将系统划分成数据采集、数据管理与分析2个单元，利用故障录波器、电平变换隔离器、总线母板等设备搭建系统硬件；系统软件包含数据管理、文件续传、波形分析、保护动作评价、故障录波测距5个模块，在故障录波测距模块引入最小二乘法，同步处理电路两端录波数据，使用电压、电流计算故障点电压序分量，消除故障点电流值与过渡电阻干扰，输出故障录波测距结果。实验分析表明，该系统故障录波测距精度高，且系统没有过多占用CPU利用率，吞吐量大，应答延时小，具备极强实用性。     

电力智能传感器中的信号处理研究

探讨了误差最小均方(LMS)法在电力智能传感器的电压分量中的运用。提出并分析和比较了获取电力智能传感器中电压有效值和初始相位角的几种方法,指出误差LMS法因降低了对电路性能的要求而能有效地简化系统、降低成本。仿真实验表明:直接根据定义分析电力参数,需要很高的采样频率与信噪比,而利用误差LMS法在获取电压有效值时采样频率可降低3倍,在求解初始相位角时对信号中干扰幅值的要求从小于信号幅值的5%可放宽到信号幅值的15%。     

多采样频率的配网接地故障检测与定位

现有文献的故障监测与定位小波算法都是在录波采样频率相同的前提下进行的,配电网小电流接地故障实时检测,与变电站接地故障检测的环境完全不同：配网故障监测装置,采用不同标准采样频率(3600Hz、4800Hz)上送实时故障录波数据到配网中心,更有采用4096Hz的采样频率上送故障录波数据,在配网中心需要把不同采样频率的录波数据进行分析计算,提取故障特征、检测故障,确定故障首尾端,实现故障检测与定位。本文给出了小波能量特征的定义、不同采样频率能量特征的折算、基于能量特征的配电网接地故障监测与定位算法。多种采样频率下配网接地故障检测与定位,通过小波变换提取故障能量特征、将不同采样频率故障录波信号,折算到最低采样频率下的能量特征,然后根据能量特征来判别故障类型、确定故障首尾端。多采样频率的小波能量特征折算算法,对于类似的小波变换的使用场合,也有借鉴意义。     

基于模糊控制的高精度时钟同步系统

电网输配线故障定位对电网故障排除及供电保障有至关重要的作用。位于输配电线路两端的行波故障定位设备的同步误差决定了故障定位的基本精度。沿用GPS作为时钟同步基准，以FPGA+VCO替代传统方法的MCU+固定频率晶振构建高精度时钟同步系统，提高了系统同步精度并消除了晶振老化、器件温漂等带来的长期稳定性问题；通过模糊控制提高了系统同步速度。构建的系统同步精度优于±25 ns，同步速度（系统从接收到同步源（GPS秒脉冲）至系统时钟调整锁相完成所需时间）少于90 s。     

基于Bootstrap采样粒子滤波的WirelessHART时间同步算法﹡

针对无线HART传感器网络时间同步精度较低、能耗过大等问题,提出了一种基于Bootstrap采样的粒子滤波时间同步算法。在未知网络延迟分布的情况下,为了减少观测次数,对发送端和接收端的时间戳观测值进行Bootstrap采样,采用混合粒子滤波算法,获得精确的时钟偏移,从而不仅降低了无线HART传感网络时间同步误差,而且使能耗减小。最后,实验表明,对于无线HART网状分层网络,当观测量达到10以上时,粒子滤波算法获得的时间偏差的均方误差约是最大似然估计算法的50%,而基于Bootstrap采样的粒子滤波算法获得的时间偏差的均方误差约是最大似然估计算法的35%,仿真的结果验证了该方法的可行性和有效性。     

一种改进的Gardner定时同步算法

针对定时同步算法捕获时间长、稳定性差和误码率高等问题,提出一种改进的Gardner定时同步算法。分析不同插值滤波器对定时同步的影响,并选用分段抛物线插值滤波器。对QPSK调制信号进行开环和闭环分析。仿真结果表明,与现有算法相比,改进的定时同步算法捕获时间缩短0．005S,进入同步后的均方误差减小,当信噪比大于8dB时,误码率明显降低。     

面向结构健康监测的改进FTSP算法设计

针对无线传感器网络桥梁结构健康监测同步精度低的问题,采用迭代加权最小二乘法估计及补偿时钟漂移,设计了一种基于帧首定界符(SFD)硬件捕获机制的改进泛洪时间同步算法(FTSP),并与经典FTSP算法进行对比研究。根据桥梁结构,选用线性链状网络拓扑结构,在CC2530硬件平台上测得单跳网络平均同步误差为3. 148μs,3跳网络平均同步误差为9. 167μs。试验结果表明,改进FTSP算法有效地解决了发送延迟、访问延迟、接收延迟,以及异常数据对时间同步精度及稳定性影响的问题,是一种满足桥梁结构健康监测应用的高精度、高稳定性时间同步算法。     

高速跳频网络中时间同步的研究与实现

针对无线通信网络中各通信节点间守时存在较大的误差,提出了一种基于传感器网络时间同步协议TPSN双向时间同步算法,设计了一种小型化、模块化的高精度时统系统,可用于跳频同步和TDMA组网体制下的时隙同步。首先选取主机,仅当10 s内未收到校时呼叫的节点设置为主机;其次发送及应答,规定主机1 s内仅对一个从机请求作出应答;最后通过记录校时主从节点的发送时刻,扣除或补偿逻辑处理延迟、射频传输延迟、校时两端的频差等,计算节点间的同步误差。在不同条件下进行了仿真实验,节点间的同步误差可以精确到30 ns左右,表明该方案时间同步精度高、误差较小,可满足该无线通信网络中各节点间协同探测、协同攻击和协同干扰等战术目标的需要。     

An uncertainty-based approach to discrete-time fault estimation observer design for nonuniformly sampled systems

This paper considers the fault estimation problem of nonuniformly sampled system in which sensor sampling is performed at aperiodic interval. After being discretized at sampling instant, the nonuniformly sampled system is modeled as an equivalent polytopic system with norm bounded uncertainties. A discrete-time time-varying fault estimation observer with multiple design freedom is then constructed, and a sufficient condition given in linear matrix inequality (LMI) is provided to obtain the constant filter gain and ensure not only the asymptotic stability of fault estimation error but also the robustness of uncertainties. Compared with the existing observer designed based on continuous-time delay approach, the proposed one has a better estimation accuracy and less conservatism and is easy for digital implementation. A numerical simulation and a quadruple-tank benchmark are used to demonstrate the effectiveness and superiority of the proposed method.     

LoRa物理层同步及解调性能研究

针对现有的基于FFT的同步算法误差较大的问题,提出了一种优化的LoRa物理层前导码同步方法。首先,根据Chirp信号的时频转换特性,分别采用差分算法和插值算法对前导信号的归一化的小数频偏和小数时延进行估计,在此基础上采用基于FFT同步的联合估计算法对整数频偏和整数时延进行估计;之后,从理论上分析残余的同步误差对LoRa信号解调性能的影响。仿真结果表明,所提出的同步方案可以在相应信噪比极限下满足解调性能要求。     

矿井透地通信系统中的定时同步研究

对矿井透地通信系统中的定时同步问题进行了研究。首先以大地信道为对象构建了简单的弹性波介质模型,计算得到该模型的多径延时为20 ms;其次在Matlab环境中仿真并对比分析了非数据辅助定时定时同步方法和数据辅助定时同步方法在透地通信系统定时同步应用中的性能,得出非数据辅助定时同步方法对透地通信系统的信号功率要求较高、数据辅助定时同步方法具有较高可靠性且更适合透地通信系统的结论;最后对采用数据辅助定时同步方法,当OFDM信号的循环前缀长度分别为最大时延的0.5倍、2倍、4倍,信噪比为0~18 dB的透地通信系统解码误码率进行了仿真研究,结果表明,当OFDM信号的循环前缀长度大于最大时延的2倍、信噪比大于16 dB时,透地通信系统的解码误码率可达10-5数量级,从而验证了数据辅助定时同步方法应用于透地通信系统同步解码时的可靠性。     

高精度无线同步技术及其在石油勘探中的应用

介绍了一种基于无线数据传输技术实现远程高精度时间同步的方法。通讯电台选用25W模拟电台,数据编码为曼彻斯特编码。借助于高速复杂可编程逻辑器件(CPLD)技术和特殊的通讯协议,解决了地震法石油勘探技术中数据采集系统要求高精度时间同步的难题。详细介绍了通讯协议、CPLD内实现编码、解码的原理及达到编/解双方时间同步误差小于±20μs的实现方法。     

一种迟滞时间差型磁通门检测方法

针对现有的迟滞时间差型磁通门传感器检测方法的不足,提出了一种对磁通门数字信号进行曲线拟合,检测峰值点对应的时间来计算迟滞时间差的方法。利用实验室自制的迟滞时间差型磁通门传感器对本文提出的方法进行测试,结果显示传感器在±10×104nT范围内线性度误差为±0.0026%,灵敏度为8.5nS/nT,多次测量子样标准差不大于0.05。实验结果表明,该方法能够减小现有检测方法产生的非线性误差和重复性误差,避免因阈值选取不当而造成的测量错误,具有很好的工程应用前景。