CN102508015B - 铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明完成了铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，在WYZ系列远程智能终端装置中，以5-20ms的时间分辨率，上送电压和电流的测量值，进而在中心主站或当地监控系统中构成跨越数天的负荷曲线，便于准确掌握电压、电流的变化情况，利用精确到毫秒的测量值时标，进行跨单元或跨站、所的供电事故分析。在测量值的采样、上送、保存上，采用了突变检测、越阀值上送以及循环上送三种模式，在完整捕捉到故障过程的同时，大大压缩了测量值的上送、保存数据量。同时配合数字滤波，在负荷平稳时，得到稳定、精确的测量值。
Description
技术领域
本发明属于铁路供电系统自动化技术领域，包括牵引供电和10KV、低压配电，涉及变电所、配电所、箱变等站点的电压、电流实时负荷曲线的实现方法。
背景技术
随着通信网络技术的发展和电力监控终端数据采集、处理能力的增强，铁路电力用户对供电质量的要求越来越高，供电部门除了要对供电网络故障工况时的电量数据准确把握以外，迫切需要在现有变配电站监控系统和电力远动终端基础上，对正常和故障运行工况下的电压、电流量进行高精度的实时监测记录，要求记录数据的时标基于系统精确时钟且故障时刻的时间分辨率达到毫秒级。
在电力监控终端的常规设计中，受限于通信网络带宽的限制，测量量一般以1秒的最小时间分辨率越阀值上送，在负荷平稳阶段则以20-60秒的间隔循环上送，测量量数据时间分辨率低且不带时标。
常规的电力SCADA系统或变电站监控系统，对各种电压、电流量的监视记录是基于保护测控装置主动或定时循环上送遥测量的方式，所获得的遥测数据自身不带时标，数据的更新时间间隔只能达到秒级，所记录数据的变化时标也只能采用SCADA主站或监控系统计算机本身的时钟。在主站或监控系统计算机的曲线历史数据保存过程中，由于采用固定时间分辨率，受限于数据库的容量和处理能力，数据的保存间隔一般只能达到1分钟。最终记录的历史数据分辨率低，时间精度差，不能满足上述的用户新要求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，在本申请人推出的WYZ系列远程智能终端装置中，提出了一种铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，实现了对供电网络正常和故障工况下电压、电流的实时监测和记录，数据记录时标基于装置时钟，变化时刻时间分辨率达到5-20毫秒级，数据记录采用动态时间分辨率，采用突变量检测局部录波替代传统的数据压缩算法，具有计算量小、数据量小、适应性、通用性强等优点。所形成负荷历史记录数据可以本地保存，离线分析，或结合支持此功能的监控计算机或SCADA主站，可以实现负荷曲线的实时记录，满足用户负荷监视和故障分析的要求。
本发明的目的是为了满足负荷记录实时性要求，提高故障时刻的时间分辨率，同时降低数据传输和保存量。在WYZ系列远程智能终端装置中，本发明实现了一种三合一实时负荷曲线构造方法，包括以下方面：
1：高精度16位同步采样系统获取准确的测量值
采用ADI公司16位同步AD转换芯片，独立外部电压参考源，配合高品质周边器件、低纹波模拟电源设计和规范PCB布线，实现无温度偏移，优于0.2%级的电压、电流测量精度。（国家标准要求0.5%级）。
2：大容量数据存储系统支持的本地缓冲及长期存储功能
配置了32-128MB SDRAM，可以实现测量值发送、存储的大缓冲队列，应对突发的数据量或需要长时间缓冲的情况。在故障发生、负荷快速变化阶段，大量数据进入SDRAM内的缓冲队列，等待发送过程。在通道中断的情况下，同样可以做到本地缓冲，在通道恢复后，按照正确的顺序上送队列中的数据点。配置256-512MB大容量的FLASH，可以实现本地长期存储，掉电不丢失，数据记录文件可以通过FTP或其他方式读出，在线或离线分析。
3：突变检测短时前后录波
供电故障发生时，伴随着电压或电流的突然变化，此变化量幅度或斜率大于负荷正常的波动范围。定值设置电压或电流的突变门槛值，在采样数据的实时处理中，当检测到突变发生时，记录突变前后一段时间的数据点，形成带时标的测量量队列，供远传或存储。
4：每秒越阀值检测和30秒循环上送
在供电系统正常运行工况下，装置每秒检测一次测量量当前值，和上次的上送值或保存值比较，如果变化超过设定的阀值，则上送当前测量值或保存。如果超过30秒测量值变化都没有越阀值，为了保证远传数据的可靠性，上送当前测量值。这两种模式和突变检测时形成的带时标测量值协调配合，保证按照正确的时标顺序上送的数据点。
5：数字滤波功能
在供电系统正常运行工况，负荷相对平稳阶段，测量值进一步经过数字滤波处理，以此获得平滑精确的测量量。此滤波功能和上述测量量上送的三种模式结合，在负荷大幅变化阶段，越过数字滤波功能，以达到数据快速响应要求。
本发明的有益效果是：突变、越阀值、循环三种数据抽样模式结合，配合数字滤波技术，本地缓冲和大容量存储，完成实时负荷曲线功能。具有计算量小、数据量小、适应性强等优点，满足铁路供电用户要求。该技术方案具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明的采样及测量数据处理框图。
图2为本发明的负荷曲线实验图形。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明创造作进一步详细说明。
WYZ-651微机远动智能终端是一种多功能测控装置，针对牵引供电系统和铁路配电系统的电压、电流、功率等电量的实时监控而设计。它选用高性能MCU为通信主CPU，DSP为交流采样CPU，具有交流采样测量、开关量输入、脉冲量输入、控制输出及网络通信等功能。
WYZ-651微机远动智能终端由机箱、交直流输入及采样模件、CPU模件、DSP模件、开入模件、开出模件、开关电源模件、母板、液晶监控面板组成。
采样及测量数据处理硬件框图如图1所示。
其中DSP是实时负荷曲线形成的核心，由其进行突变、越阀值、循环三种模式的数据抽样处理及数字滤波，而MCU主要负责数据队列缓存、发送及数据记录文件本地存储。
如图2所示，是本发明的负荷曲线实验图形。突变数据示例（设定时间分辨率为20ms）。
| 数据序号 | 通道号 | 时标 | 测量值 |
| 503 | 0 | 09:52:25.869 | 0 |
| 504 | 0 | 09:52:25.889 | 16 |
| 505 | 0 | 09:52:25.909 | 15667 |
| 506 | 0 | 09:52:25.929 | 16561 |
| 507 | 0 | 09:52:25.949 | 16566 |
| 508 | 0 | 09:52:25.969 | 16565 |
| 509 | 0 | 09:52:25.989 | 16563 |
| 510 | 0 | 09:52:26.009 | 16565 |
| 511 | 0 | 09:52:26.029 | 16567 |
| 512 | 0 | 09:52:26.049 | 16560 |
| 513 | 0 | 09:52:26.069 | 16562 |
| 514 | 0 | 09:52:26.089 | 16570 |
越阀值数据示例（设定检测间隔为2秒）：
| 数据序号 | 通道号 | 时标 | 测量值 |
| 578 | 0 | 09:52:51.509 | 8166 |
| 579 | 0 | 09:52:52.177 | 7560 |
| 580 | 0 | 09:52:54.177 | 6891 |
| 581 | 0 | 09:52:59.177 | 6298 |
| 582 | 0 | 09:53:01.177 | 5593 |
| 583 | 0 | 09:53:03.177 | 5601 |
| 584 | 0 | 09:53:05.177 | 5041 |
| 585 | 0 | 09:53:09.177 | 4466 |
| 586 | 0 | 09:53:11.177 | 3356 |
循环上送（设定为10秒间隔）
| 数据序号 | 通道号 | 时标 | 测量值 |
| 1012 | 0 | 09:54:23.162 | 13713 |
| 1013 | 0 | 09:54:37.177 | 13722 |
| 1014 | 0 | 09:54:47.177 | 13713 |
| 1015 | 0 | 09:54:57.177 | 13722 |
| 1016 | 0 | 09:55:07.177 | 13730 |
| 1017 | 0 | 09:55:18.177 | 13707 |
| 1018 | 0 | 09:55:28.177 | 13635 |
| 1019 | 0 | 09:55:38.177 | 13638 |
WYZ系列远程智能终端实现的实时负荷曲线功能用以记录线路至少24小时内的电压、电流有效值曲线。曲线的时间分辨率为5-20ms。装置用带时标的遥测量描述负荷曲线。在负荷平稳的时间段，每隔10秒-1分钟记录一个采样点，负荷变化超过额定值的2%时（阀值可设定），每1-2秒记录一个采样点，当故障发生，装置检测到电压或电流突变时，以5-20ms为时间分辨率，实时记录突变前5点，后10点的有效值。曲线数据既可本地保存（缓存），又实时上送到监控或调度主站。
以上提到的分辨率、时间、点数等指标，均可设定。
通过上述对具体实施的分析可见，本方案通过三种数据抽样模式结合数字滤波实现了实时负荷曲线，其计算量小，需要记录的关键数据量小，故障捕捉的可靠性高，实用性强。
以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
数据测量：高精度16位同步采样系统获取准确的测量值；采用16位同步AD转换芯片，独立外部电压参考源，配合高品质周边器件、低纹波模拟电源设计和规范PCB布线，实现无温度偏移，获取优于0.2%级的电压、电流测量精度；
数据存储：大容量数据存储系统支持的本地缓冲及长期存储；配置32-128MB SDRAM，实现测量值发送、存储的大缓冲队列，应对突发的数据量或需要长时间缓冲的情况，在故障发生、负荷快速变化阶段，大量数据进入SDRAM内的缓冲队列，等待发送过程；在通道中断的情况下，做到本地缓冲，在通道恢复后，按照正确的顺序上送队列中的数据点；配置256-512MB大容量的FLASH，实现本地长期存储，掉电不丢失，数据记录文件通过FTP或其他方式读出，在线或离线分析；
突变模式数据处理：突变检测短时前后录波；供电故障发生时，伴随着电压或电流的突然变化，此变化量幅度或斜率大于负荷正常的波动范围；定值设置电压或电流的突变门槛值，在采样数据的实时处理中，当检测到突变发生时，记录突变前后一段时间的数据点，形成带时标的测量量队列，供远传或存储；
越阀值、循环模式数据处理：每秒越阀值检测和30秒循环上送；在供电系统正常运行工况下，装置每秒检测一次测量量当前值，和上次的上送值或保存值比较，如果变化超过设定的阀值，则上送当前测量值或保存；如果超过30秒测量值变化都没有越阀值，为了保证远传数据的可靠性，上送当前测量值；这两种模式和突变检测时形成的带时标测量值协调配合，保证按照正确的时标顺序上送的数据点；
数字滤波：在供电系统正常运行工况，负荷相对平稳阶段，测量值进一步经过数字滤波处理，以此获得平滑精确的测量量；所述数字滤波和上述测量值上送的三种模式结合，在负荷大幅变化阶段，越过数字滤波功能，以达到数据快速响应要求。
2.根据权利要求1所述的铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
所述数据测量，采用16位同步AD转换芯片，独立外部电压参考源，获取优于0.2%级的电压、电流测量精度。
3.根据权利要求1所述的铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
所述数据存储，配置32-128MB SDRAM，在故障发生、负荷快速变化阶段，大量数据进入SDRAM内的缓冲队列，等待发送过程；在通道中断的情况下，做到本地缓冲，在通道恢复后，按照正确的顺序上送队列中的数据点；配置256-512MB大容量的FLASH，本地长期存储。
4.根据权利要求1所述的铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
所述突变模式数据处理，供电故障发生时，伴随着电压或电流的突然变化，此变化量幅度或斜率大于负荷正常的波动范围；定值设置电压或电流的突变门槛值，在采样数据的实时处理中，当检测到突变发生时，记录突变前后一段时间的数据点，形成带时标的测量量队列，供远传或存储。
5.根据权利要求1所述的铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
所述越阀值、循环模式数据处理，在供电系统正常运行工况下，装置每秒检测一次测量量当前值，和上次的上送值或保存值比较，如果变化超过设定的阀值，则上送当前测量值或保存；如果超过30秒测量值变化都没有越阀值，为了保证远传数据的可靠性，上送当前测量值。
6.根据权利要求1所述的铁路供电系统三合一实时负荷曲线构造方法，其特征在于，
所述数字滤波，在供电系统正常运行工况，负荷相对平稳阶段，测量值进一步经过数字滤波处理，以此获得平滑精确的测量量。
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