CN100424515C - 一种记录电力系统暂态过程的实时波形压缩存储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种记录电力系统暂态过程的实时波形压缩存储方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)选择采样速率f；(2)设定最低存储速率fx(f≥fx≥1)；(3)确定控制存储的设定值；(4)按采样速率f采样，提取首个基准值；(5)计算新采样值与基准值之间的差值，并与设定值作比较，存储差值超过设定值的采样点的值，并从新采样值中提取新的基准值。本发明提供了略去相似波形段的实时波形压缩存储法和高速采样、变速存储的实时波形压缩存储法两种工作方式，其既可以分别单独使用，也可以将两种方式合并使用。两种方式合并使用时，先进行略去相似波形段的实时波形压缩存储法，然后再对需要记录的波形段进行变速存储的实时波形压缩存储法，这样的压缩效果更加显著。本发明的实时压缩存储方法突破了现有技术的瓶颈，它可以广泛用于电力系统的暂态过程的监测中。
Description
一种记录电力系统暂态过程的实时波形压缩存储方法
絲领《
本发明涉及一种记录电力系统暂态过程的实时波形压縮存储方法。 背承玟术
电力系统在操作、故障及雷击等情况下，会产生各种暂态过程，其中暂态过电
压是危及设备绝缘的重要因素。llOkV以上系统虽配有故障录波装置，但其仅适宜
记录稳态和等值频率不高的暂态过程,不能满足雷电及等值频率较高的操作过电压 波形的记录需求。目前对于这类暂态过电压导致的绝缘失效事故，缺少相应的事故
确认手段，从而不利于制订反事故措施。10kV、 35kV电网的暂态过电压现象更为 复杂，这类电网一般也没有故障录波装置， 一旦发生由暂态过电压导致的事故，往 往无从分析，因而也无从进行有效反制。可见准确记录电网暂态过程对电网安全运 行有重要意义。
如前所述，由于暂态过程的等值频率可能相对较髙，且一般事先难以判定暂态 过程的性质及其等值频率，因此，为了准确记录暂态过程，只能选择较髙的采样速 率，但髙速采样时可记录的时间很有限，当遇到等值频率相对较低但持续时间较长 的暂态过程时，受存储器容量的限制常常无法完整记录。可见，高的采样速率和长 的记录时间是对矛盾，如何解决这一矛盾是电力系统暂态过程记录的关键问题。目 前的技术无法兼顾持续时间短但快速变化和持续时间长但变化较缓的暂态过程的
记录需求o
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种记录电力系统暂态过程的实时波形压 縮存储方法，其可确保在有限的存储空间中完整地记录整个暂态过程。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案： 一种记录电力系统暂态过程的实 时波形压縮存储方法，其特征在于它包括以下步骤：（1)选择采样速率f; (2)设 定最低存储速率fk (&ffel); (3)确定控制存储的设定值；（4)按采样速率f采 样，提取首个基准值；（5)计算新采样值与基准值之间的差值，并与设定值作比较， 存储差值超过设定值的采样点的值，并从新采样值中提取新的基准值。
所述步骤包括略去相似波形段的实时波形压縮存储法和高速采样、变速存储的 实时波形压縮存储法两种工作方式。
所述略去相似波形段的实时波形压縮存储法和高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法两种工作方式分别单独使用。
两种工作方式一并使用时，先使用略去相似波形段的实时波形压縮存储法，然 后对拟记录的波形段使用高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法对波形进行压 缩。
在略去相似波形段的实时波形压縮存储法中，所述首个基准值是开始采样后从
第一个工频周期T内提取的、可反映波形特征的若干特征点的采样值；所述新采 样值与基准值之间的差值，是新釆样波形的特征点采样值Vl(i)与基准值VO(i)(i-l, 2, ...n， n介于1与Txf之间， 一般取16即可）进行点对点的差值计算，然后将 这些差值进行均方根计算的结果；所述存储差值超过设定值的采样点的值，是存储 差值超过基准值这一周期的采样值、采样时间及其前一周期和后两个周期的采样 值；所述从新采样值中提取新的基准值是令VO(i"Vl(i)。
所述特征点数n为1时，该特征点为每一工频周期T的峰值，通过峰值保持 电路取样。
在高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法中，所述基准值是第一个被存储 的采样点的值V0，所述新采样值与基准值之间的差值，是新采样点的值VI与基 准值VO之间的绝对差值；所述存储差值超过设定值的采样点的值，是存储差值超 过基准值的釆样点的值及其与前一个存储点之间相隔的采样点数;所述从新采样值 中提取新的基准值是令VO= VI 。
在高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法中，若连续Pfk-1个采样点不满 足差值超过设定值的存储条件，则存储第ffk个釆样点的的值Vl，同时存储该点 与基准点之间的采样点数，并将该点的采样值作为新的基准值，即令V0-V1。前 述^k不为整数时，进行取整运算。
本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用略去相似波 形段的实时波形压縮存储法主要是针对多段暂态+稳态的间歇性暂态过程，或者暂 态持续时间很长，但波形呈周期性变化的暂态过程。该方法是通过将新采样周期波 形的若干特征点与基准周期对应特征点的比较，略去相似波形不予记录的方式，实 现了波形压縮存储的发明目的；特别是在仅关心峰值时， 一个周期只需选择峰值一 个采样点作为特征点，更宜于实现。2、本发明采用高速采样、变速存储的实时波 形压縮存储法主要是针对稳态波形叠加了等值频率高、但持续时间短的暂态信号的 情形，方法是通过不断判断新的采样点与基准值的绝对差值，仅存储超过设定值的 采样点的值、并使其成为新的基准值的方式，实现了波形压缩存储的发明目的。3、 本发明提供了略去相似波形段的实时波形压縮存储法和髙速采样、变速存储的实时 波形压縮存储法两种压縮方式，其既可以分别独立使用，也可以将两种方式一并使 用。 一并使用时，先进行略去相似波形段的实时波形压縮存储法，然后再对需要记录的波形段进行变速存储的实时波形压縮存储法，这样的压缩效果更加显著。本发 明的实时压縮存储方法突破了现有技术的瓶颈，它可以广泛用于电力系统的暂态过
附闺说明
图1是本发明略去相似波形段波形特征判定法流程图
图2是本发明略去相似波形段的波形记录示意图
图3是本发明高速采样、变速存储法流程图
图4是工频暂态输入未压縮时的波形记录图
图5是工频暂态输入运用本发明压縮后的波形记录图
图6是操作冲击暂态电压输入波形未压縮时的波形记录图
图7是操作冲击暂态电压输入波形运用本发明压縮后的波形记录图 具体实滩方式
下面结合实施例，并配合附图对本发明进行详细说明。
在电力系统中，正常运行状态下的电压和电流波形称之为稳态电压和稳态电流 波形。暂态过程，包括暂态电压和电流，是指电力系统在操作、故障和雷击等情况 下，电压和电流波形出现的非稳态过程。暂态电压的类别比较多，其等值频率和持 续时间差异很大，通常等值频率低的暂态过程持续时间相对较长，等值频率高的暂
态过程持续时间相对较短。根据这一特点，波形压縮的思路是：等值频率低可以采 用低速存储，以满足波形持续时间长的需求；等值频率髙可以采用髙速存储，以满
足复现快速变化波形的需求。对于表现为多段暂态+稳态的间歇性暂态过程，或者 暂态持续时间很长，但波形呈周期性变化的暂态过程，可以采用略去相似波形段的 重复存储实现实时波形压縮。本发明具体的实时波形压縮存储方法如下（下面仅以 电压波形实时压缩存储为例进行说明，但同样适用于电流暂态波形的实时压缩存
储）：
1、略去相似波形段的实时波形压縮存储法
以高的采样速率（如lMHz)进行采样，由于两次暂态电压之间可能有一段稳
态（如间歇性弧光接地过电压等），也有可能是持续时间很长、但波形类似的暂态 电压（如铁磁谐振、单相永久接地等)，可以采用略去相似波形段的方法实现压縮
存储，其原则是：当新一周期的波形与最后一个被存储波形有明显差异时，则存储 该新波形，否则认为是相似波形，不予存储，继续比较下一个周期的波形。前述周 期是指电网稳态波形的工频周期，记为T。设定值根据误差许可确定。具体实现方 法是：记录过程启动后，始终以高的釆样速率f对波形进行釆样。先釆样首个工频周期T的波形数据，称为基准周期，从中提取可反映波形特征的若干采样点，简
称特征点，记为V0 (i), (i-l, 2，…n)， n为特征点数（n介于1与T4之间， 一般取16即可)。从第二个周期T开始，要进行波形相似性判断决定是否存储， 步骤是：先完成采样，再从中提取与基准周期完全对应的特征点的釆样值，记为 VI (i)，然后，与基准周期对应特征点进行点对点采样值的差值计算，然后将这些 差值进行均方根计算，计算结果称为波形差异系数，记为K。若K低于设定值， 认为波形相似，不存储这一周期的波形；若K超过设定值，则认为新一周期与基 准周期波形不一致，存储这一周期的波形及发生时间，并将该周期作为新的基准周 期。为了便于了解暂态过程的发展演变过程，实际存储时，同时存储新的基准周期 前一个周期和后两个周期的采样数据。如此周而复始。方法如图1所示。n-l作为 前述方法的特例，即当仅关心峰值时， 一个周期T只选择峰值一个采样点作为特 征点，其中峰值通过峰值保持电路采样。
本方法对于持续时间较长、暂态过程按周期T呈相似变化、或者稳态、暂态 交替出现的暂态过程，压縮效果明显。如图2所示，是一个采用本发明略去相似波 形段的实时波形压縮存储法对暂态电压存储的实例。
2、高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法
如图3所示，f为采样速率（如lMHz)， AV为控制存储的最小幅值增量， AV—般设定为被采波形稳态幅值的百分之几(如2o/。),fe为最低存储速率(^fel) 的设定值。记录过程开始后，首先存储第一个采样点的值，记为VO，该点称为基 准点，VO称为基准值，之后不断判断新的采样点VI与基准值的绝对差值，如果 这一绝对差值没有超过设定值AV,则该采样点被略去，不予存储，继续判断下一 个采样点，直至这一差值超过设定值厶V，或者该采样点与上一个基准点之间已有 采样点未被存储，则存储该采样点的值VI及其与上一个基准点之间的相隔 的采样点数，前述ffic不为整数时，进行取整运算。之后，该采样点成为新的基准 点，Vl作为新的基准值VO,如此反复。这样对于变化缓慢的波形，实际存储速率 仅为fe;对于快速变化的波形，最高存储速率可达f，其它情形的存储速率介于fk 和f之间。由于一般fe可设为lkHz，本方法的压縮效果非常明显，从而实现了高 速采样、变速存储的实时波形压縮存储。
如图4所示，是工频电压输入且没有进行实时波形压縮存储的波形，其波形细 密，详细记录了每一个采样点的数值变化，需占用160048bytes (字节）的存储量。
如图5所示，是采用本发明方法进行实时波形压縮存储后的波形，其忽略了波 形的细微变化，所得到的波形与图4所示的波形是一致的，却只需占用11640bytes的存储量，压縮了 92.73%。
如图6所示，为暂态电压输入且没有进行实时波形压縮存储的波形，其不仅记 录了过电压的发生情况，也记录了所有的电压波动情况，因此存储量巨大，需占用
320000bytes的存储空间。
如图7所示，为采用本发明方法进行实时波形压縮存储后的波形，其忽略了对 电压无影响的细微变化，记录了足以对电网造成影响的暂态电压的发生情况，所记 录的电压波形与图6所示的波形也没有大的区别，却只需占用13566bytes的存储 量，压縮了 95.77%。
由以上实施例可知，采用本发明的实时波形压縮存储方法，可以在存储器容量 有限的情况下，满足长时间电力系统暂态波形记录的要求。
Claims (6)
1. 一种记录电力系统暂态过程的实时波形压缩存储方法，其特征在于：它包括根据波形的暂态过程单独使用或一并使用的略去相似波形段的实时波形压缩存储法和高速采样、变速存储的实时波形压缩存储法； 所述略去相似波形段的实时波形压缩存储法包括以下步骤： (1)记录过程启动后，始终以一采样速率对波形进行采样，先采样首个工频周期T的波形数据，称为基准周期，从中提取可反映波形特征的若干特征点，记为V0(i)，(i＝1，2，...n)，n为特征点数； (2)从下一个周期T开始，先完成采样，再从中提取与基准周期完全对应的特征点的采样值，记为V1(i)，然后，与基准周期对应特征点进行点对点采样值的差值计算，然后将这些差值进行均方根计算，计算结果称为波形差异系数，记为K； (3)若K低于设定值，认为波形相似，不存储这一周期的波形；若K超过设定值，则认为新一周期与基准周期波形不一致，存储这一周期的波形及发生时间，并将该周期作为新的基准周期； (4)实际存储时，同时存储新的基准周期前一个周期和后两个周期的采样数据； (5)重复步骤(2)～(4)； 所述高速采样、变速存储的实时波形压缩存储法包括以下步骤： (1)选择一采样速率，记为f，定义ΔV为控制存储的最小幅值增量，定义fx为最低存储速率f≥fx≥1的设定值； (2)记录过程开始后，首先存储第一个采样点的值，记为V0，该点称为基准点，V0称为基准值； (3)不断判断新的采样点V1与基准值的绝对差值，如果这一绝对差值没有超过设定值ΔV，则该采样点被略去，不予存储，继续判断下一个采样点，直至这一差值超过设定值ΔV，或者该采样点与上一个基准点之间已有f/fx-1采样点未被存储，则存储该采样点的值V1及其与上一个基准点之间的相隔的采样点数，并将采样点作为新的基准点，V1作为新的基准值V0； (4)重复所述高速采样、变速存储的实时波形压缩存储法的步骤(2)～(3)。
2、如权利要求1所述的一种记录电力系统暂态过程的实时波形压縮存储方法，其特征在于：所述单独使用是指当波形为等值频率较高，过程持续时间较长、暂态过程按周期呈相似变化、或者稳态、暂态交替出现的暂态过程时，采用所述略去相 似波形段的实时波形压縮存储法。
3、 如权利要求1所述的一种记录电力系统暂态过程的实时波形压縮存储方法，其特征在于：所述单独使用是指当波形为等值频率相对较低，但持续时间较长的暂 态过程时，采用所述高速采样、变速存储的实时波形压縮存储法。
4、 如权利要求1所述的一种记录电力系统暂态过程的实时波形压縮存储方法， 其特征在于：所述一并使用是指先进行所述略去相似波形段的实时波形压縮存储 法，然后再对需要记录的波形段进行所述变速存储的实时波形压縮存储法
5、 如权利要求1或2或3或4所述的一种记录电力系统暂态过程的实时波形 压縮存储方法，其特征在于：所述特征点数n为l时，该特征点为每一工频周期T 的峰值，通过峰值保持电路取样。
6、 如权利要求1或2或3或4所述的一种记录电力系统暂态过程的实时波形压縮存储方法，其特征在于：所述mk不为整数时，进行取整运算。
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Effective date of registration: 20130131 Address after: 100085 Beijing city small business Qinghe Road No. 15 Patentee after: China Electric Power Research Institute Patentee after: State Grid Corporation of China Address before: 100085 Beijing city small business Qinghe Road No. 15 Patentee before: China Electric Power Research Institute |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: STATE ELECTRIC NET CROP. Effective date: 20130131 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model |