一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法及装置，通过采用切比雪夫多项式作为分析基函数，使用测量数据直接实现多项式系数的计算，无需迭代数值运算，增强了计算结果的可靠性，不同于非线性指数的描述方法，该方案利用多阶系数构建谱线，有效扩展了曲线特征的描述能力，明显降低了小电流区间的解析表征误差。

A characteristic analysis method and device for small current area of metal oxide voltage limiter

【技术实现步骤摘要】
一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法及装置
本申请涉及高电压金属氧化物限压器领域，具体涉及一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法，同时涉及一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析装置。
技术介绍
金属氧化物限压器(MOV)被广泛应用于包括电子产品、电力设备以及电力线路等不同规模的系统当中，其主要功能是实现雷电波、操作波以及瞬态过电压的防护。作为一种烧结而成的陶瓷阀片，MOV具有明显的非线性伏安特性，额定电压下MOV阀片表现出极大的阻抗，仅流过幅值很小的泄露电流。在过电压情况下，阀片快速转换为低阻导通状态，通过构造电流旁路，耗散冲击能量，最终实现系统的核心元件保护。受各种客观因素影响，MOV阀片的电气特性可能会发生不可逆的劣化。额定电压运行下泄漏电流的有功分量持续产生热量，使得阀片随时间逐渐劣化。此外，潮湿的工况极易导致泄漏电流增加，污垢容易导致阀片电位不均，短时过电压则有可能造成阀片的冲击性损伤。在上述因素的长时间作用下，阀片的劣化程度不断加剧，甚至导致阀片击穿爆炸。为了避免MOV阀片劣化的恶性事故，有必要对阀片自身特征展开研究分析。自上世纪80年代以后，MOV的状态评估技术逐渐成为了工程与学术的研究焦点，其主要理论依据在于MOV小电流区电学特征与材料劣化状态存在明显相关性。因此，针对阀片特征曲线的小电流区展开分析，对MOV的状态监测评估与系统整体的高可靠运行具有重要意义。在开展阀片的特征分析与状态监测的过程中，通常以MOV特征曲线作为理论基础，而小电流区固有特征的有效分析则具有重要的工程意义。因此，开展一种金属氧化物限压器的小电流区曲线特征分析方法研究，能够为MOV阀片状态的评估提供更为全面的依据参考。为了实现上述目标，国内外研究学者及工程人员提出了多种MOV阀片特性曲线解析方法，但这些方法均各自存在应用局限。采用多项式结构的特征曲线描述方法可以较好地解决上述问题。较为常见的是使用5阶多项式对MOV特性曲线的小电流区进行函数插值，考虑到特性曲线的小电流区通常跨越3-4个数量级，可选择在对数坐标系下进行多项式表达。然而，现有多项式法的各项系数均是由数值优化算法迭代得到，这种方法得到的多项式系数受迭代的过程影响较大，系数的物理意义也不明确，不利于其在状态评估、在线监测等领域的应用。
技术实现思路
本申请提供一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法及装置，解决现有技术对小电流区的特征曲线描述计算结果不可靠、误差大的问题。本申请提供一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法，包括：确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据；将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据；根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据；通过递推计算切比雪夫多项式表达式，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数；通过计算所述切比雪夫多项式零点表达式的系数，获得金属氧化物限压器小电流区的多项式表达式；根据所述切比雪夫多项式零点表达式的各阶通项的展开系数，构建谱线进行系统谱特性分析，通过对所述谱线进行系数谱特性分析，完成金属氧化物限压器小电流区的特征分析。优选的，确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据，包括：确定金属氧化物限压器的小电流区间[ilow_lim,ihigh_lim]，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值i及端电压有效值u数据，(i1,u1)、(i2,u2)、…、(iN,uN)。优选的，将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据，包括：将所述流经电流有效值i及端电压有效值u数据进行变换，获得电流密度J及电压梯度E数据。优选的，在获得多组所述电流密度及电压梯度数据的步骤之后，还包括：对所述电流密度及电压梯度数据进行归一化处理，所述归一化处理的步骤包括，根据金属氧化物限压器的厚度为h，通流截面积为S，单位分别为cm与cm2，获得电流密度J＝i/S，电压梯度E＝u/h，对应的数据对为(J1,E1)、(J2,E2)、…、(JN,EN)；根据如下公式实现电流密度的[-1,1]归一化以及电压梯度的[0,1]归一化处理，其中，J为电流密度数据，E为电压梯度数据，[Jlow_lim,Jhigh_lim]为电流密度上下边界，Ehigh_lim为电压梯度上边界；x、y分别为归一化后的电流密度、电压梯度数据。优选的，根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据，包括：定义n阶切比雪夫多项式的零点为ξ，共n个，其计算公式为，其中，n为零点个数，同时表征切比雪夫多项式阶数，ξj为n个零点当中的第j个；以ξ1、ξ2…、ξn为自变量，并结合(x1,y1)、(x2,y2)、…、(xN,yN)数据对，使用线性插值，得到最终的零点数据(ξ1,L(ξ1))、(ξ2,L(ξ2))、…、(ξn,L(ξn))，其中L()为零点对应的特征曲线数值。优选的，通过递推计算切比雪夫多项式零点表达式，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数，包括：使用如下公式对切比雪夫多项式表达式进行递推计算，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数Tn(x)，其中n表示多项式阶数，x为自变量，优选的，通过计算所述切比雪夫多项式零点表达式的系数，获得金属氧化物限压器小电流区的多项式表达式，包括：所述切比雪夫多项式零点表达式的系数Ak的计算公式为，其中，(ξj,L(ξj))为多项式零点数据，n为零点数据总个数，Tk为第k阶切比雪夫多项式；根据上式获得金属氧化物限压器小电流区的多项式表达式如下,其中，A0，A1，…An-1，为切比雪夫多项式系数，x为经过归一化的电流密度变量。优选的，通过对所述谱线进行系数谱特性分析，完成金属氧化物限压器小电流区的特征分析，包括：对所述谱线进行系数谱特性分析表明，随着曲线非线性的改变，切比雪夫多项式零点表达式的多项式系数|A0|至|A4|会随之发生变化。本申请同时提供一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析装置，包括：有效值数据采集单元，确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据；数据变换单元，将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据；多项式表达式获取单元，根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据；通过递推计算切比雪夫多项式零点表达式，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数；通过计算所述切比雪夫多项式零点表达式的系数，获得金属氧化物限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法，其特征在于，包括：/n确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据；/n将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据；/n根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据；通过递推计算切比雪夫多项式表达式，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数；通过计算所述切比雪夫多项式零点表达式的系数，获得金属氧化物限压器小电流区的多项式表达式；/n根据所述切比雪夫多项式零点表达式的各阶通项的展开系数，构建谱线进行系统谱特性分析，通过对所述谱线进行系数谱特性分析，完成金属氧化物限压器小电流区的特征分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属氧化物限压器小电流区的特征分析方法，其特征在于，包括：
确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据；
将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据；
根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据；通过递推计算切比雪夫多项式表达式，构建金属氧化物限压器小电流区的特征分析基函数；通过计算所述切比雪夫多项式零点表达式的系数，获得金属氧化物限压器小电流区的多项式表达式；
根据所述切比雪夫多项式零点表达式的各阶通项的展开系数，构建谱线进行系统谱特性分析，通过对所述谱线进行系数谱特性分析，完成金属氧化物限压器小电流区的特征分析。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定金属氧化物限压器的小电流区间，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值及端电压有效值数据，包括：
确定金属氧化物限压器的小电流区间[ilow_lim,ihigh_lim]，采集所述区间内多组金属氧化物限压器流经电流有效值i及端电压有效值u数据，(i1,u1)、(i2,u2)、…、(iN,uN)。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述流经电流有效值及端电压有效值数据进行变换，获得多组所述电流密度及电压梯度数据，包括：
将所述流经电流有效值i及端电压有效值u数据进行变换，获得电流密度J及电压梯度E数据。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在获得多组所述电流密度及电压梯度数据的步骤之后，还包括：对所述电流密度及电压梯度数据进行归一化处理，所述归一化处理的步骤包括，
根据金属氧化物限压器的厚度为h，通流截面积为S，单位分别为cm与cm2，获得电流密度J＝i/S，电压梯度E＝u/h，对应的数据对为(J1,E1)、(J2,E2)、…、(JN,EN)；
根据如下公式实现电流密度的[-1,1]归一化以及电压梯度的[0,1]归一化处理，



其中，J为电流密度数据，E为电压梯度数据，[Jlow_lim,Jhigh_lim]为电流密度上下边界，Ehigh_lim为电压梯度上边界；x、y分别为归一化后的电流密度、电压梯度数据。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据切比雪夫多项式零点表达式，将所述电流密度及电压梯度数据进行插值计算，获得零点数据，包括：
定义n阶切比雪夫多项式的零点为ξ，共n个，其计算公式为，



其中，n为零点个数，同时表征切比雪夫多项式阶数，ξj为n个零点当中的第j个；
以ξ1、ξ2…、ξn为自变量，并结合(x1,y1)、(x2,y2)、…、(xN,yN)数据对，使用线性插值，得到最终的零点数据(ξ1,L(ξ1))、(ξ2,L(ξ2))、…、(ξn,L(ξn))，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘赫，董勤晓，陈没，雷雨秋，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11