CN102520227A - 一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其包括以下步骤：1）根据实时采集的交流信号采样数据计算交流信号扰动指示器的特征值，根据实时采集的开关量采样数据计算开关量扰动指示器的特征值；2）将所述交流信号和所述开关量的实时数据压缩后存入缓存，其特征在于：当所述步骤1）中交流信号扰动指示器特征值大于等于所述设定值时，故障录波向前追溯5ms开始并自适应采用原始信号或一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法来记录交流信号数据；当所述扰动指示器特征值小于所述设定值并持续5ms时，故障录波仅存储一段时间内交流信号的平均有效值。

Description

一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法

技术领域

本发明属于电力系统自动化领域，本发明涉及一种基于交流量和开关量输入信号扰动指示器的故障录波数据实时压缩方法。

背景技术

故障录波数据是供配电系统进行故障分析与诊断的重要信息，但很多工程技术或电力调度人员都经历过在故障发生后迟迟召唤不了录波的事情，给事故分析处理造成了困难，通信方式的传输速率或效率低下与故障数据量大是造成这一现象的主要原因。此外，产品研发人员有时会遇到工程或市场人员这样的问题：故障录波存储次数能否再提高一下？这是事故追忆与产品竞争需要。于是许多新一代产品在开发之初就采用大容量存储器件，产品的制造成本上升，产品的市场竞争力反而有所降低。

要解决以上问题，人们自然想到了对录波数据进行压缩处理，十多年来有一批学者、研究人员在该方向进行了大量的研究，如《数据压缩技术在电力系统通信中的应用》（电力自动化设备 1999年6月 第19卷第3期第32页）、《基于提升算法的电力系统故障录波数据压缩新方案》（电力系统自动化 2005年3月 第29卷第5期第74页）、《超高压电网故障与振荡信号识别及故障录波数据压缩新方案研究》（上海交通大学硕士学位论文 2006年1月）等文献。尽管人们进行了诸多有效的研究，但录波数据的压缩技术并没有很好的普及、应用，主要原因一是现有压缩算法基本上够比较复杂，例如运用了离散小波包以及连续小波分解、自适应哈夫曼数据压缩与解压等方法，算法运算量较大，同时也消耗了较多的CPU资源；二是扰动信号有损失，丢掉了部分的有用信息；三是压缩比在多数情况下不够高；四是厂站方的录波设备和主站调度设备经常由不同的厂家提供，录波数据的实时压缩与解压缩过程的可逆性有可能得不到保证。

 

发明内容

本发明提供了一种解决上述问题的方案，提供一种基于交流量和开关量输入信号扰动指示器的故障录波数据实时压缩方法，方法易于使用，实时性强，信号失真度小且能获得较高的数据压缩效率。

本发明的技术方案是提供一种一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其包括以下步骤：

1）根据实时采集的交流信号采样数据计算交流信号扰动指示器的特征值，根据实时采集的开关量采样数据计算开关量扰动指示器的特征值；

2）将所述交流信号和所述开关量的实时数据压缩后存入缓存，其特征在于：当所述步骤1）中交流信号扰动指示器特征值大于等于所述设定值时，故障录波向前追溯5ms开始并自适应采用原始信号或一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法来记录交流信号数据；当所述扰动指示器特征值小于所述设定值并持续5ms时，故障录波仅存储一段时间内交流信号的平均有效值。

优选的，所述步骤1）中故障录波仅记录非零的开关量。

优选的，步骤2）中自适应采用原始信号、一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法压缩交流信号的实时数据；其中，以相邻数据间的差分为一阶差分数据，相邻所述一阶差分数据的差分为二阶差分数据，所述一阶差分压缩算法仅记录所述一阶差分数据；所述二阶差分压缩算法仅记录所述二阶差分数据；当所述二阶差分数据连续10ms以上在[-128，127]区间内时则采用所述二阶差分算法，否则如所述一阶差分数据连续10ms以上在[-128，127]区间内时则采用所述一阶差分算法，否则记录交流信号的原始数据。

优选的，将录波数据的存储区域分为实时缓存区和历史纪录区，所述实时缓存区划分为三个单元，其中一个单元按采样点序号存储未经压缩的实时数据，一个单元按照通道序号存储压缩数据，还有一个单元用于记录压缩格式，用于故障录波数据的解压缩。

优选的，所述交流信号扰动指示器用于监测交流信号中的一个电压或电流通道，其值可用下式表示：

其中A1、A2、A3、A5分别为被监测交流通道的1、2、3、5次谐波有效值，当A1小于被监测交流通道额定值的0.1倍时，Sa为0。

优选的，所述开关信号扰动指示器用于监视所有开关量信号是否有变化，其值可用下式表示：

其中W代表按位存储的开关量存储字，下标old与new分别表示前后两个时刻,

为异或运算符。

本发明的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法通过改进压缩算法，易于使用，实时性强，信号失真度小且能获得较高的数据压缩效率。

 

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

首先介绍本发明中的信号扰动指示器。

a、交流信号扰动指示器用于监测交流信号中的一个电压或电流通道，其值可用下式表示：

其中A1、A2、A3、A5分别为特定交流通道的1、2、3、5次谐波有效值，当A1小于阀值时，Sa为0。

b、开关信号扰动指示器用于监视所有开关量信号是否有变化，其值可用下式表示：

其中W代表按位存储的开关量存储字，下标old与new分别表示前后两个时刻,为异或运算符。

本发明的技术方案如下：

基于交流量和开关量输入信号扰动指示器的故障录波数据实时压缩方法，包括下列步骤:

（1）   将录波数据的存储区域分为实时缓存区和历史纪录区，实时缓存区划分为A、B、C三块，其中A区存储未经压缩的实时数据(按采样点序号存储)，B区为压缩数据纪录区(按照通道序号存储)，C区用来记录压缩格式，主要用于故障录波数据的解压缩。C区记录格式为：

其中数据类型码主要分为：原始信号；有效值；一阶差分压缩算法；二阶差分压缩算法等。

（2）   交流量和开关量根据相应的信号扰动指示器分别进行压缩。装置实时计算默认交流通道和开关量的信号扰动指示器值。从第一点录波数据存入实时缓存区A区开始，如交流信号扰动指示器大于等于设定值，则B区的故障录波向前追溯5ms并自适应采用原始信号、一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法来记录故障数据，自适应的原则是：当二阶差分数据连续10ms以上在[-128，127]区间内时则采用采用二阶差分算法，否则如一阶差分数据连续10ms以上在[-128，127]区间内时则采用采用一阶差分算法，否则记录交流输入的原始信号；如交流信号扰动指示器小于设定值，则录波数据仅记录有效值，且只记录一个时间段内的平均有效值。C区实时记录压缩格式。

（3）   从第一点录波数据存入实时缓存区A区开始，开关量的存储将依据开关信号扰动指示器进行压缩，具体来说就是其扰动指示器非零时则记录开关量存储字，否则不予记录。

（4）   当一次录波过程结束后，需要对B区录波数据重新组装，各通道数据之间连续存放。

下面介绍本发明数据压缩的基本原理：本发明的基本原理就是暂态数据100%记录没有损失，但稳态数据则只记录典型值。差分压缩算法的原理是：当录波数据采用2字节存储且采样频率较高时，其相邻两个采样点数据之间变化较小，存在较强的相关性，如果通过一阶差分计算(前后两采样点相减)提取相邻两个采样点之间的差值，消除相关，则可以发现差值大都比较小，因此有可能将原来2字节的采样值数据用1字节甚至0.5字节的差值来表示，如果一阶差分计算后所得数据仍然无法用1字节进行存储，则可尝试使用二阶差分计算(前后两个一阶差分后的数据相减)来提高压缩率，通常数据压缩率可达到50%至75%左右。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。 

Claims (6)

1.一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其包括以下步骤：

1）根据实时采集的交流信号采样数据计算交流信号扰动指示器的特征值，根据实时采集的开关量采样数据计算开关量扰动指示器的特征值；

2）将所述交流信号和所述开关量的实时数据压缩后存入缓存，其特征在于：当所述步骤1）中交流信号扰动指示器特征值大于等于所述设定值时，故障录波向前追溯5毫秒开始并自适应采用原始信号或一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法来记录交流信号数据；当所述扰动指示器特征值小于所述设定值并持续5毫秒时，故障录波仅存储一段时间内交流信号的平均有效值。

2.根据权利要求1所述的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其特征在于：所述步骤1）中故障录波仅记录非零的开关量。

3.根据权利要求1所述的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其特征在于：步骤2）中自适应采用原始信号、一阶差分压缩算法或二阶差分压缩算法压缩交流信号的实时数据；其中，以相邻数据间的差分为一阶差分数据，相邻所述一阶差分数据的差分为二阶差分数据，所述一阶差分压缩算法仅记录所述一阶差分数据；所述二阶差分压缩算法仅记录所述二阶差分数据；当所述二阶差分数据连续10毫秒以上在[-128，127]区间内时则采用所述二阶差分算法，否则如所述一阶差分数据连续10毫秒以上在[-128，127]区间内时则采用所述一阶差分算法，否则记录交流信号的原始数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其特征在于：将录波数据的存储区域分为实时缓存区和历史纪录区，所述实时缓存区划分为三个单元，其中一个单元按采样点序号存储未经压缩的实时数据，一个单元按照通道序号存储压缩数据，还有一个单元用于记录压缩格式。

5.根据权利要求1所述的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其特征在于：所述交流信号扰动指示器用于监测交流信号中的一个电压或电流通道，其值可用下式表示：

其中A1、A2、A3、A5分别为被监测交流通道的1、2、3、5次谐波有效值，当A1小于被监测交流通道额定值的0.1倍时，Sa为0。

6.根据权利要求1所述的一种基于扰动指示器的故障录波数据压缩方法，其特征在于：所述开关信号扰动指示器用于监视所有开关量信号是否有变化，其值可用下式表示：

其中W代表按位存储的开关量存储字，下标old与new分别表示前后两个时刻,

为异或运算符。