随着社会生产力的提高和科技的进步,电力系统直接影响了社会生产和生活的方方面面,同时电力系统安全也越来越凸显其重要性。作为电力系统的重要组成部分,高压电气设备的绝缘性能是电力系统安全稳定运行的重要影响因素。高压电气设备出现绝缘事故,不仅会导致设备损坏,还会引发其他安全事故。快速准确的判断高压电气设备的绝缘性质显得非常必要。介质损耗角作为描述电气设备绝缘特性最重要的指标之一,能够直接反映出电气设备的运行状况。目前由于介质损耗角在线测量方法测量稳定性和重复性较差、测量误差较大且抗干扰能力差,并不能完全取代传统的定期停电检修。因此,研究高精度、高准确性和高可靠性的介质损耗角在线测量方法具有重要的工程和实用价值。快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)由于其算法简单和易于在嵌入式处理器中实现的特点,已成为介质损耗角测量的主要方法之一。但频谱泄漏和栅栏效应影响了基于FFT的介质损耗角测量方法的准确度。电力系统实际信号的复杂性更加影响了基于FFT的介质损耗角测量方法的准确性和可靠性。为此,论文针对谐波分析法在介质损耗角测量中存在的不足,在实际电网信号下分别对基于加窗插值FFT的介质损耗角测量、电网基波频率改变时的介质损耗角测量以及复杂畸变电网信号下的介质损耗角测量误差等问题展开研究。论文首先对基于FFT的谐波分析方法存在的频谱泄漏和栅栏效应进行了分析,提出了基于Blackman自卷积窗的介质损耗角测量改进方法,通过构建Blackman自卷积窗,对采样信号进行加权,有效地抑制频谱泄漏,通过离散频谱插值,对栅栏效应造成的基波频率测量偏差进行修正,并利用最小二乘多项式拟合算法拟合出修正频谱,从而有效改善了测量准确性。仿真研究表明,基于Blackman自卷积窗的介质损耗角测量方法能够有效地提高介质损耗角的测量准确度,且具有较好的抗干扰能力。其次,针对电网实际基波频率很难一直保持在标称频率,从而造成非同步采样的问题,论文提出了一种基于序列重构的介质损耗角测量方法。通过对实际采样信号进行移频和滤波,计算出实际基波频率的估计值,并以此基波频率估计值对实际采样信号使用三次样条插值法进行重构,从而获得准同步采样信号,进而以此信号进行介质损耗角测量,获得较高准确度的介质损耗角测量结果。通过基波频率发生波动、介质损耗角真实值出现改变、采样频率变化、ADC量化位数改变以及白噪声干扰等仿真实验,验证了提出的时域序列重构的介质损耗角测量方法的有效性。再次,研究了实际电网复杂畸变信号对介质损耗角测量准确度的影响。针对现有的时频分析方法在能量聚集和时频参数辨识准确度较低的不足,在S变换的基础上提出了基于K-S分解的时频分析方法。分析了Gaussian窗和Kaiser窗的时频特性,建立了频率自适应调节的Kaiser优化窗,通过对采样信号进行快速傅里叶变换后使用自适应Kaiser优化窗进行加权,并进行频谱平移和频谱相乘,再通过快速傅里叶逆变换求得复数时频矩阵,从而实现复杂畸变信号的时频分析。结合复杂畸变信号下的介质损耗角测量,分析不同的畸变信号对介质损耗角测量误差的影响,为复杂畸变信号下的介质损耗角测量方法提供改进的依据。最后,在之前介质损耗角测量的研究基础上,设计了介质损耗角测量仪,给出了ADC+DSP+ARM的介质损耗角测量硬件设计方案。针对IIR数字滤波器的优化设计,提出了状态评估自适应差分进化算法,通过在进化过程中根据种群的进化状态和分布状态自适应地调整控制参数,并用于对介质损耗角测量仪的低通滤波器的参数优化。对介质损耗角测量仪的软件模块化设计进行了介绍,通过实际测试验证了所设计的介质损耗角测量仪的准确性和稳定性。