CN101483338B - 电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法。所述系统包括：同步采样单元、比较器、同步倍频单元、时标发生器、数据处理单元和压缩编码器。所述方法包括：一、将周期信号通过比较器变成方波信号；二、通过同步倍频单元产生同步采样脉冲，同步采样单元在同步采样脉冲的同步作用下进行同步数模转换，并将转换结果输入数据处理单元，同时时标发生器记录每个周期性波形的起始时刻，并把时标输入到数据处理单元；三、通过数据处理单元对信息进行预处理；四、通过编码单元进行编码形成压缩文件。本发明在编码前对采样数据进行预处理，提高压缩比，实现高采样频率，克服了非整周期采样的影响，提高了数据的一致性。

Description

电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法
【技术领域】
本发明涉及电力系统中数据压缩技术，具体涉及一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法。
【背景技术】
电力系统录波装置分为阈值触发式记录和连续记录两种记录方式。其中，阈值触发式记录方式只在计算数据超出设定阈值的情况下记录故障前与故障后的数据，不能全面记录电力系统的有效信息，原因在于预设定触发值主要目的是预计电网中可能存在的风险，设定触发值以精确捕捉到发生的事件，在很多情况下，因为触发器设定错误或者存储空间不够而使得电力故障发生时的数据没有被记录下来。而对于连续记录方式，由于受存储量的限制，采样率不可能太高。电力系统电压或电流采样值直接用压缩编码器压缩效果不好，其原因在于噪声影响和非整周期采样的影响。
【发明内容】
为了解决现有技术中存在的阈值触发式记录方式中存在的因为触发器设定错误或者存储空间不够而使得电力故障发生时的数据没有被记录下来的技术问题和连续记录方式由于受存储量的限制，采样率不可能太高这一技术问题，本发明提供了一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统。
本发明还提供了一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法。
本发明解决现有技术问题所采用的方案为：提供了一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统，所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统包括：同步采样单元、比较器、同步倍频单元、时标发生器、数据处理单元和压缩编码器，其中，所述比较器的输出端分别与所述时标发生器的输入端和所述同步倍频单元的输入端连接，所述同步倍频单元的输出端与所述同步采样单元的输入端连接，所述同步采样单元的输出端和所述时标发生器的输出端与所述数据处理单元的输入端连接，所述数据处理单元与所述压缩编码器连接，所述数据处理单元通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理。
根据本发明的一优选技术方案：所述比较器为滞环比较器。
根据本发明的一优选技术方案：所述数据处理单元为数据处理器。
根据本发明的一优选技术方案：所述压缩编码器为通用压缩编码器。
本发明还提供了一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法包括步骤：第一步：将周期信号通过所述比较器变成方波信号；第二步：通过所述同步倍频单元产生同步采样脉冲，所述同步采样单元在同步采样脉冲的同步作用下进行同步数模转换，并将转换结果输入所述数据处理单元，同时所述时标发生器记录每个周期性波形的起始时刻，并把时标输入到所述数据处理单元；第三步：通过所述数据处理单元对信息进行预处理；第四步：通过所述编码单元进行编码形成压缩文件。
根据本发明的一优选技术方案：所述第二步中所述同步倍频单元跟踪基频的变化，使采样脉冲同步于基频，产生同步采样脉冲，实现整周期采样，并且在单个周期性波形内为等间隔采样。
根据本发明的一优选技术方案：所述第二步中所述同步采样单元使模数转换同步于同步采样脉冲。
根据本发明的一优选技术方案：所述第三步中所述数据处理单元通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理。
根据本发明的一优选技术方案：所述第三步包括子步骤：首先、设每个周期性波形的采样点数为N，定义二维数组WAVE[M][N]对采样数据进行缓存，把从同步采样单元得到的模数转换结果按行依次存放到数组WAVE[M][N]；其次、当所述数组WAVE[M][N]被填满(即存完M个整周期性波形)之后，计算差分序列并保存初始值：定义INIT[N]和DIFF[M-1][N]分别存放初始值和差分序列，INIT[i]＝WAVE[0][i](0≤i＜N-1)，DIFF[i][:]＝WAVE[i+1][:]-WAVE[i][:](0≤i＜N-1)；
最后、形成文件，依次存储关键字、时标、初始值和差分序列，其中初始值和差分序列采用偏移二进制编码，存放差分序列要把等相位点值连续存放，即把数组DIFF[M-1][N]按列依次存储。
根据本发明的一优选技术方案：所述第四步中所述编码单元通过通用的压缩编码方法进行文件压缩。
本发明采用在字典编码之前对采样数据进行预处理的方式，来提高压缩比，实现高采样频率、不需要阈值触发、能够完全连续存储每个采样点AD采样值的数据压缩方法，具体的预处理方式包括：通过同步倍频实现等相位点采样，克服非整周期采样的影响；通过等相位点采样值差分、数据存储按等相位点排列和采用偏移量二进制编码提高数据一致性。
【附图说明】
图1.本发明电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法中电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统结构示意图；
图2.电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统采样过程示意图；
图3.本发明电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法中电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法流程图。
【具体实施方式】
以下结合附图对本发明进行详细说明：
请参阅图1本发明电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法中电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统结构示意图。如图1所示，所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统包括：同步采样单元101、比较器102、同步倍频单元103、时标发生器104、数据处理单元105和编码单元106，其中，所述比较器102的输出端分别与所述时标发生器104的输入端和所述同步倍频单元103的输入端连接，所述同步倍频单元103的输出端与所述同步采样单元的输入端连接，所述同步采样单元101的输出端和所述时标发生器104的输出端与所述数据处理单元105的输入端连接，所述数据处理单元105的输出端与所述编码单元106的输入端连接，所述数据处理单元105通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理。
在本发明的优选技术方案中：所述比较器102为滞环比较器；所述数据处理单元105为数据处理器；所述编码单元106为通用的压缩编码器，包括有损和无损压缩方法。
请参阅图3本发明电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统及方法中电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法流程图。如图3所示，所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法包括步骤：第一步：将周期信号通过所述比较器102变成方波信号；第二步：通过所述同步倍频单元103产生同步采样脉冲，所述同步采样单元101在同步采样脉冲的同步作用下进行同步数模转换，并将转换结果输入所述数据处理单元105，同时所述时标发生器104记录每个周期性波形的起始时刻，并把时标输入到所述数据处理单元105；第三步：通过所数居处理单元105对信息进行预处理；第四步：通过所述编码单元106进行编码形成压缩文件。
在本发明的优选技术方案中所述第二步中所述同步倍频单元跟踪基频的变化，使采样脉冲同步于基频，产生同步采样脉冲，实现整周期采样，并且在单个周期性波形内为等间隔采样；所述同步采样单元101使模数转换同步于同步采样脉冲。
所述第三步中所述数据处理单元105通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理，所述第三步包括子步骤：首先、设每个周期性波形的采样点数为N，定义二维数组WAVE[M][N]对采样数据进行缓存，把从同步采样单元101得到的模数转换结果按行依次存放到数组WAVE[M][N]；其次、当所述数组WAVE[M][N]被填满(即存完M个整周期性波形)之后，计算差分序列并保存初始值：定义INIT[N]和DIFF[M-1][N]分别存放初始值和差分序列，INIT[i]＝WAVE[0][i](0≤i＜N-1)，DIFF[i][:]＝WAVE[i+1][:]-WAVE[i][:](0≤i＜N-1)；最后、形成文件，依次存储关键字、时标、初始值和差分序列，其中初始值和差分序列采用偏移二进制编码，存放差分序列要把等相位点值连续存放，即把数组DIFF[M-1][N]按列依次存储。
所述第四步中所述编码单元106通过通用的压缩编码方法进行文件压缩。
在上述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法中，周期性信号经过所述同步倍频器被同步倍频为频率为原始信号基频N倍的同步采样脉冲，进而实现在一个周期性波形内等间隔的整周期采样，所述时标发生器104对GPS时钟进行修正并记录每个周期性波形的起始时刻，把它作为数据的时标，具体实现如下：所述同步倍频器根据时标计算前一个周期的基频频率fn-1，然后把下一周期的采样频率设置为fsn＝N×fn-1，如图2所示，周期一的采样频率为fs1＝N/(t2-t1)，周期二的采样频率为fs2＝N/(t3-t2)。
把每通道采样数据分为M个整周期性波形，每个周期性波形的采样点数为N，则整个采样值序列可以表示为二维数组的形式WAVE[M][N]，定义差分值序列为DIFF[M-1][N]，差分值序列与采样值序列之间的关系为：DIFF[i][:]＝WAVE[i+1][:]-WAVE[i][:](0≤i＜N-1)，其中DIFF[i][:]代表DIFF矩阵的第i行，WAVE[i][:]代表WAVE矩阵的第i行。
数据处理器进行数据的预处理并产生原始文件(文件1)，具体步骤如下：首先，缓存M个周期性波形；然后，计算差分值序列；最后，按以下表1和表2的格式存储关键字、时标、初始值和差分序列，形成原始文件，存储初始值的目的是为了根据差分值恢复采样值：WAVE[0][:]已知则由WAVE[i][:]＝WAVE[i-1][:]+DIFF[i-1][:](0＜i＜N)可第推其他采样值。
表1：原始文件结构
Figure GSB00000325126500051
差分值序列存放顺序(即按等相位点排列)，把DIFF的列向量按顺序存贮，并采用偏移二进制码，如表2所示：
表2差分序列存放结构
Figure GSB00000325126500052
数据区采用偏移二进制码能够提高数据一致性，从而提高字典编码的压缩比。文件1经过所述字典编码器形成压缩文件。
本发明采用在字典编码之前对采样数据进行预处理的方式，来提高压缩比，实现高采样频率、不需要阈值触发、能够完全连续存储每个采样点AD采样值的数据压缩方法，具体的预处理方式包括：通过同步倍频实现等相位点采样，克服非整周期采样的影响；通过等相位点采样值差分、数据存储按等相位点排列和采用偏移量二进制编码提高数据一致性。
以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统，其特征在于：所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统包括：同步采样单元(101)、比较器(102)、同步倍频单元(103)、时标发生器(104)、数据处理单元(105)和压缩编码器，其中，所述比较器(102)的输出端分别与所述时标发生器(104)的输入端和所述同步倍频单元(103)的输入端连接，所述同步倍频单元(103)的输出端与所述同步采样单元(101)的输入端连接，所述同步采样单元(101)的输出端和所述时标发生器(104)的输出端与所述数据处理单元(105)的输入端连接，所述数据处理单元(105)的输出端与所述压缩编码器的输入端连接，所述数据处理单元(105)通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理。
2.根据权利要求1所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统，其特征在于：所述比较器(102)为滞环比较器。
3.根据权利要求1所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩系统，其特征在于：所述数据处理单元(105)为数据处理器。
4.一种电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，其特征在于：所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法包括步骤：
A：将周期信号通过比较器(102)变成方波信号；
B：通过同步倍频单元(103)产生同步采样脉冲，同步采样单元(101)在同步采样脉冲的同步作用下进行同步数模转换，并将转换结果输入数据处理单元(105)，同时时标发生器(104)记录每个周期性波形的起始时刻，并把时标输入到所述数据处理单元(105)；
C：所述数据处理单元(105)通过取等相位点差分，按等相位点排列和采用偏移量二进制编码对信息进行预处理；
D：通过编码单元(106)进行编码形成压缩文件。
5.根据权利要求4所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，其特征在于：所述步骤B中所述同步倍频单元(103)跟踪基频的变化，使采样脉冲同步于基频，产生同步采样脉冲，实现整周期采样，并且在单个周期性波形内为等间隔采样。
6.根据权利要求4所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，其特征在于：所述步骤B中所述同步采样单元(101)使模数转换同步于同步采样脉冲。
7.根据权利要求4所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，其特征在于：所述步骤C包括子步骤：
C1：设周期性波形数为M，每个周期性波形的采样点数为N，定义二维数组WAVE[M][N]对采样数据进行缓存，把从同步采样单元得到的模数转换结果按行依次存放到数组WAVE[M][N]；
C2：当所述数组WAVE[M][N]被填满之后，计算差分序列并保存初始值：定义INIT[N]和DIFF[M-1][N]分别存放初始值和差分序列，INIT[i]＝WAVE[0][i](0≤i＜N-1)，DIFF[i][:]＝WAVE[i+1][:]-WAVE[i][:](0≤i＜N-1)；
C3：形成文件，依次存储关键字、时标、初始值和差分序列，其中初始值和差分序列采用偏移二进制编码，存放差分序列要把等相位点值连续存放，即把数组DIFF[M-1][N]按列依次存储。
8.根据权利要求4所述电力系统周期性波形同步采样数据压缩方法，其特征在于：所述步骤D中所述编码单元(106)通过有损或无损压缩方法进行文件压缩。
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