CN102313834B - 一种电力数据的转换系统、方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种电力数据的转换方法，包括A、测量电力物理量；B、采集、通信上传数据；C、在主站接收所述上传数据；其特征在于，在测量电力物理量与采集、上传数据之间还包括数据转换步骤D，包括，D1、判断采集的第k次采样的有效值I_k、U_k或P_k是稳态还是暂态；给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态；D2、若F＝0求取采样值的平均值

F＝1时，输出

赋值为不可能达到的数值；当F由1变到0时，将平均值复零并令k＝1；D3、按照给定的冻结时刻对

重抽样，输出稳态值

和，在步骤C中，包括主站收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。本发明还给出了相应的装置。减少数据传送量，提高传送精度，且容易改造已有电力自动化系统以解决遥测数据混入暂态数据的问题。

Description

一种电力数据的转换系统、方法与装置

技术领域

本发明涉及电力的测量和数据采集技术，尤其是用电数据采集的系统、方法与装置。

背景技术

在用电自动化(如用电信息系统、智能用电)中，电能表完成电力物理量(包括电流、电压、有功功率、无功功率、有功电能量和无功电量等)的测量，配变终端完成数据采集并上传到主站。电能表中的采样时间间隔Δ很小，不到100微秒，而配变终端的采样间隔最快也要1分钟，配变终端上送到主站的间隔最快国内为15分钟、国外为5分钟。主站获得一条线路所有进线和负荷的数据后，在线计算实时统计线损(每小时一次)也会出现负值错误。

在电网调度自动化系统中，变电站出线电能表或变电站综合自动化执行电力物理量的测量任务，变电站终端或变电站综合自动化执行数据采集并上传到主站的任务，数据采集和上传间隔能够达到国内3秒、国外1秒，但是，当主站获得一个电网的所有输入和输出点的数据后，在线计算实时统计网损也会出现负值错误。

统计线损负值的原因在于重抽样不满足加农采样定理、遥测数据中本应是稳态值但混入了暂态值和全网时钟不同步所致。中国发明专利ZL200910158375.x和ZL200910158370.7(发明人：郝玉山，发明名称“连续物理量测量装置和方法”)中给出了一般物理量的稳态量遥测和全态量遥测，输出频率不符合重抽样频率、上传内容也多，需要改造电能表或采集终端，不便直接用于已有的电力自动化系统中。

发明内容

本发明的目的旨在给出一种电力数据转换的方法与装置，减少数据传送量，提高传送精度，且容易改造已有电力自动化系统以解决遥测数据混入暂态数据的问题。

本文中所称的“电力数据”是指测量到的电流、电压有效值和有功功率、无功功率等数据。

本申请提出了一种电力数据的转换方法，包括

A、测量电力物理量，所述物理量至少包含电流、电压、有功功率和无功功率之一；

B、采集、通信上传数据；

C、在主站接收所述上传数据；其特征在于，

在测量电力物理量与采集、上传数据之间还包括数据转换步骤D，所述数据转换步骤D包括，

D1、判断采集的第k次采样的电流有效值I_k、或电压有效值U_k或有功功率P_k是稳态还是暂态，其中k为正整数；给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态；

D2、若F＝0求取电流、或电压、有功功率、无功功率的采样值的平均值

或

F＝1时，输出或

赋值为不可能达到的数值；当F由1变到0时，将所述平均值复零并令k＝1；

D3、按照主站给定的冻结时刻对

重抽样，输出稳态值

和，在步骤C中，包括主站收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

在数据转换中的平均值计算公式是： ${\stackrel{\‾}{x}}_k=\frac{1}{k}\·\underset{l=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_l=\frac{1}{k}\·[(k-1)\·{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1}+x_k)].$ 其中，x_k为电流有效值I_k、或电压有效值U_k或有功功率P_k或无功功率Q_k，

为平均值。

在数据转换中的判据为：对输入量x_k(x_k＝I_k或U_k或P_k)求方差，

${\hat{s}}_k^2=\frac{k-2}{k-1}{\hat{s}}_{k-1}^2+{({\stackrel{\‾}{x}}_k-{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1})}^2+\frac{1}{k-1}{({\stackrel{\‾}{x}}_k-x_k)}^2$

若 $|x_k-{\stackrel{\‾}{x}}_k|\≤\sqrt{k}\·t_{\mathrm{\α}/2}(k-1)\·{\hat{s}}_k$ 则为稳态，其中，

即平均值，t_α/2为学生分布，α为风险水平。对I_k或U_k或P_k分别应用判据，如果对于稳态要求比较苛刻，当三个判据都是稳态时才判断为稳态，F＝0；一般地，只用P_k判断是否为稳态即可。

判据也可以按照滤波器构造：对输入量x_k(x_k＝I_k或U_k或P_k)进行αβγ滤波，获得x_k的位置分量S_k、速度分量v_k和加速度分量a_k，若|a_k|≥a_g则为暂态，F＝1；否则为稳态，F＝0；其中a_g为给定值；要求严格的应用，还可以增加判据，|υ_k|≥υ_g为暂态，F＝1，只有当|a_k|＜a_g和|υ_k|＜υ_g都满足后才是稳态，F＝0，其中，υ_g为给定值。a_g和υ_g与信号x_k的带宽、即时间常数有关，详见αβγ滤波器设计或卡尔曼滤波器设计的有关资料。

标志F作为输出技术上比较复杂，本申请的办法是当F＝1时将输出

分别赋值为一不可能达到的数值，例如，它们的最大数值。且在主站3中设置一相应的坏数据剔除步骤，即当收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

完成主站要求的冻结数据依赖于就地时钟且能够网络校时。

本发明提供了一种电力数据的转换装置，包括，

第一采样开关，对输入物理量采样获得采样值x_k，x_k至少为I_k或U_k或P_k和Q_k之一，；

均值电路，连接第一采样开关对x_k求平均值，输出平均值

第二采样开关，连接均值电路，用于对来自获得均值电路的平均值重抽样，输出重抽样值j为重抽样次数；

寄存器，用于存储重抽样值

并输出；

判断电路，连接第一采样开关，用于接收第一采样开关的x_k，判断物理量是稳态还是暂态，给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态，该判断电路的输出连接所述均值电路和寄存器；若F＝0，不干预均值电路；若F＝1，强制平均值为不可能达到的值；若F由1变到0，对均值电路清零，将所述平均值复零；对于x_k不是I_k或U_k或P_k和Q_k的数据则透明传输，不作处理；

定时控制电路，用于定时控制第一采样开关和第二采样开关。

本发明还提供一种电力数据的转换系统，包括数据源，用于测量电力物理量，所述物理量至少包括含电流、电压、有功功率和无功功率之一；通信，用于采集、上传数据；主站，用于接收和应用所述上传数据；其特征在于，

在数据源与通信之间还包括本发明的数据转换装置，且在主站收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

效果

数据转换步骤的作用，首先是剔除了上传到主站的暂态数据，因为实际电力系统有可能处于暂态过程，也可能处于稳态过程，而现有技术中上传的数据有可能含暂态过程的采样数据，但是，主站的应用模型是稳态方程，暂态数据不仅无用，而且，会破坏稳态方程。

其次，因为实际运行系统稳态过程远长于暂态过程，平均值将能够有效地克服数据中的随机误差，更符合系统实际。

最后，降低了系统遥测数据对时钟同步精度的要求，远程校时和定时冻结就能够满足时钟同步的要求，而不必采用GPS定时。

附图说明

图1示出了本发明的电力数据的转换方法的方框图。

图2示出了本发明的电力数据的转换装置。

图3应用图2给出了一个具体转换装置。

图4示出了本发明的电力数据的转换系统。

实施例

图1给出了本发明的电力数据转换方法的示意图。

在图1中，数据源1用于测量电力物理量，至少包括电流、电压、功率(含有功功率和无功功率)，通信2用于采集、上传数据、主站3用于接收并应用所述上传数据；其特征在于：在数据源1与通信2之间还包括数据转换4，由数据转换4采集数据源1的数据、进行数据转换并输出到通信2。

图2给出了数据转换4的一种实施装置，也体现了本发明的数据转换方法的主要内容。

在图2中，经第一采样开关41获得采样值x_k，x_k＝I_k或U_k或P_k和Q_k。采样值x_k输入到均值电路42求平均得到并输出平均值

该平均值经第二采样开关44重抽样获得重抽样值

送到寄存器45存储，并最终输出；

采样值x_k还送到判断电路43给出标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态，该判断电路的输出连接所述均值电路42；若F＝0，不干预均值电路42；若F＝1，强制均值电路42的输出均值为不可能达到的值；若F由1变到0，对均值电路42清零；采样开关41和采样开关44受控于定时控制电路46。

对于x_k不是I_k或U_k或P_k和Q_k的数据则透明传输，即不作处理。

平均电路42中的平均值计算公式是： ${\stackrel{\‾}{x}}_k=\frac{1}{k}\·\underset{l=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{x}_l=\frac{1}{k}\·[(k-1)\·{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1}+x_k)],$ 其中x_k为电流有效值I_k、或电压有效值U_k或有功功率P_k，

为平均值。

在判断电路43中的判据为：对输入量x_k(x_k＝I_k或U_k或P_k)求方差，

${\hat{s}}_k^2=\frac{k-2}{k-1}{\hat{s}}_{k-1}^2+{({\stackrel{\‾}{x}}_k-{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1})}^2+\frac{1}{k-1}{({\stackrel{\‾}{x}}_k-x_k)}^2$

若 $|x_k-{\stackrel{\‾}{x}}_k|\≤\sqrt{k}\·t_{\mathrm{\α}/2}(k-1)\·{\hat{s}}_k$ 则为稳态，否则为暂态，其中，

即平均值，t_α/2为学生分布，α为风险水平。对I_k或U_k或P_k分别应用判据，如果对于稳态要求比较苛刻的情况，当三个判据都是稳态时才判断为稳态，F＝0；一般地，只用P_k判断是否为稳态即可。

数据转换装置4可由CPLD、FPGA、ASIC或类似数字电路完成，也可由单片机的程序实现，详见它们的开发说明书。

图3应用图2给出了一个具体转换装置。在图3中，由RS485总线接收图1的数据源1的电力数据，经RS485/逻辑转换电路52将获得的电力数据输出到数据转换4，电流、电压、有功功率和无功功率经过4作数据处理后输出

和

而有功电能量和无功电量直通，经过逻辑/RS485转换电路53后经RS485总线输出到图1的通信2；电路4、52和53由电源6供电。

图4给出了一种电力物理量的数据转换系统，包括：数据源1，用于测量电力物理量，所述物理量至少包括含电流、电压、有功功率和无功功率之一；通信2，用于采集、上传数据；主站3，用于接收和应用所述上传数据；在数据源1与通信2之间还包括本发明的数据转换装置4，且在主站3，当收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

Claims (10)

1.一种电力物理量的数据转换方法，包括

A、测量电力物理量，所述物理量至少包含电流、电压、有功功率和无功功率之一；

B、采集、上传数据；

C、在主站接收所述上传数据；其特征在于，

在测量电力物理量与采集、上传数据之间还包括数据转换步骤D，所述数据转换步骤D包括，

D1、判断采集的第k次采样的电流有效值I_k或电压有效值U_k或有功功率P_k或无功功率Q_K是稳态还是暂态，其中k为正整数；给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态；

D2、若F＝0求取电流、电压、有功功率、无功功率的采样值的平均值

F＝1时，输出

赋值为不可能达到的数值；当F由1变到0时，将所述平均值复零并令k＝1；

D3、按照给定的冻结时刻对

重抽样，输出稳态值

j为重抽样次数；

和，在步骤C，主站收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

2.根据权利要求1的电力物理量的数据转换方法，其特征在于，所述平均值的计算公式是：

其中，x_k为电流有效值I_k或电压有效值U_k或有功功率P_k或无功功率Q_K，为平均值。

3.根据权利要求1的电力物理量的数据转换方法，其特征在于，所述判断的判据为：对输入量x_k求方差，x_k＝I_k或U_k或P_k或Q_K，公式为

${\hat{s}}_k^2=\frac{k-2}{k-1}{\hat{s}}_{k-1}^2+{({\stackrel{\‾}{x}}_k-{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1})}^2+\frac{1}{k-1}{({\stackrel{\‾}{x}}_k-x_k)}^2$

若x_k满足

则为稳态，F＝0，否则为暂态F＝1，其中，

为平均值，t_α/2为学生分布，α为风险水平。

4.根据权利要求1的电力物理量的数据转换方法，其特征在于，所述判断的判据为：对输入量x_k进行αβγ滤波，x_k＝I_k或U_k或P_k或Q_K，，获得x_k的位置分量S_k、速度分量v_k和加速度分量a_k，若加速度分量a_k满足|α_k|≥α_g则为暂态，F＝1；否则为稳态，F＝0；其中a_g为给定值。

5.根据权利要求3或4的电力物理量的数据转换方法，其特征在于，对I_k、U_k、P_k、Q_K分别应用判据，当三个判据都是稳态时为稳态，F＝0。

6.一种电力物理量的数据转换装置，包括，

第一采样开关(41)，对输入物理量采样获得采样值x_k，x_k至少为电流有效值I_k和电压有效值U_k和有功功率P_k和无功功率Q_k之一；

均值电路(42)，连接第一采样开关(41)对x_k求平均值，输出平均值

第二采样开关(44)，连接均值电路(42)，用于对来自均值电路(42)的平均值重抽样，输出重抽样值

j为重抽样次数；

寄存器(45)，用于存储重抽样值

并输出；

判断电路(43)，连接第一采样开关(41)，用于接收第一采样开关(41)的x_k，判断采样值是稳态还是暂态，给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态；判断电路(43)的输出连接所述均值电路(42)；若F＝0，不干预均值电路(42)；若F＝1，强制均值电路(42)输出的均值为不可能达到的值；若F由1变到0，对均值电路(42)清零，将所述平均值复零；对于x_k不是I_k或U_k或P_k或Q_k的数据则透明传输，不作处理；

定时控制电路(46)，用于定时控制第一采样开关(41)和第二采样开关(44)。

7.根据权利要求6的电力物理量的数据转换装置，其特征在于，所述均值电路(42)的计算公式是：

其中，x_k为电流有效值I_k、或电压有效值U_k或有功功率P_k或无功功率Q_K，

为平均值。

8.根据权利要求6的电力物理量的数据转换装置，其特征在于，所述判断电路(43)的判据为：对输入量x_k求方差，x_k＝I_k或U_k或P_k或Q_K，公式为

${\hat{s}}_k^2=\frac{k-2}{k-1}{\hat{s}}_{k-1}^2+{({\stackrel{\‾}{x}}_k-{\stackrel{\‾}{x}}_{k-1})}^2+\frac{1}{k-1}{({\stackrel{\‾}{x}}_k-x_k)}^2$

若x_k满足

则为稳态，F＝0，否则为暂态F＝1，其中，

为平均值，t_α/2为学生分布，α为风险水平。

9.根据权利要求6的电力物理量的数据转换装置，其特征在于，所述判断电路(43)的判据为：对输入量x_k进行αβγ滤波，x_k＝I_k或U_k或P_k或Q_K，获得x_k的位置分量S_k、速度分量v_k和加速度分量a_k，若加速度分量a_k满足|α_k|≥α_g则为暂态，F＝1；否则为稳态，F＝0；其中a_g为给定值。

10.一种电力物理量的数据转换系统，包括数据源(1)，用于测量电力物理量，所述物理量至少包括含电流、电压、有功功率和无功功率；通信(2)，用于采集、上传数据；主站(3)，用于接收和应用所述上传数据；其特征在于，

在数据源(1)与通信(2)之间还包括数据转换装置(4)，所述数据转换装置(4)包括，

第一采样开关(41)，对输入物理量获得采样值x_k，x_k至少为电流有效值I_k或电压有效值U_k或有功功率P_k或无功功率Q_k之一；

均值电路(42)，连接第一采样开关(41)对x_k求平均值，输出平均值

第二采样开关(44)，连接均值电路(42)，用于对来自均值电路(42)的平均值重抽样，输出重抽样值

j为重抽样次数；

寄存器(45)，用于存储重抽样值

并输出；

判断电路(43)，连接采样开关(41)，用于接收采样开关(41)的x_k，判断采样值是稳态还是暂态，给出判断标志F，F＝1为暂态，F＝0为稳态，判断电路(43)的输出连接所述均值电路(42)和寄存器(45)；若F＝0，不干预均值电路(42)；若F＝1，强制均值电路(42)输出的均值为不可能达到的值；若F由1变到0，对均值电路(42)清零，将所述平均值复零；对于x_k不是I_k或U_k或P_k或Q_k的数据则透明传输，不作处理；

定时控制电路(46)，用于定时控制第一采样开关(41)和第二采样开关(44)；

和在主站(3)收到的上传数据等于不可能的数值时将其剔除。

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