CN104122464A - 一种电力保护装置中记录及分析数据的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，包括采集信号、配置数据通道、设置触发源及触发条件、捕捉记录目标数据、后台分析等步骤，帮助工程师记录需要记录的数据，包括对电力系统中产生的或保护装置本身产生的模拟量信号、开关量信号、中间量等多种信号数据，可用于电力系统日常运行过程中的监测与分析，不再局限于故障发生前后的数据，方便工程师随时分析各种电力设备的问题或系统运行状态，且本发明方法易于实现，有助于快速积累工作经验。

Description

一种电力保护装置中记录及分析数据的方法

技术领域

本发明属于电力保护技术领域，具体为一种电力保护装置中记录及分析数据的方法

背景技术

电力系统中常常使用到保护设备，然而目前的保护设备基本没有逻辑分析及数据分析的能力，使得保护逻辑看不清、摸不着。当现场出现问题，保护不按预想的动作，甚至不动作时，常常让一些缺乏经验的工程师无从下手。另外有些现场装有故障录波装置，但故障录波装置只在出现故障时才记录下故障前后各电气量的变化，对于一些并非故障的异常情况却力不从心，比如分析电机启动过程的是否存在问题等。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种灵活的数据记录及分析方法，帮助工程师记录下希望记录的数据，便于分析问题或系统状态，积累系统运行经验。

本发明的技术方案为：

一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于,包括以下步骤:

(一)采集信号，设置保护装置的CPU按照一定的频率检测CPU的各信号输入端，将实时采集的信号数据分类存储入数据池并覆盖数据池内旧的信号数据；

(二)配置数据通道，将待记录信号数据通过对应的数据通道与CPU的数据缓冲区建立数据传输连接，所述数据缓冲区采用循环覆盖的存储机制；

(三)选择其中一个数据通道传输的信号数据作为触发停止数据记录过程并捕捉数据的触发源，并设定触发条件和触发模式，按照设定的采样间隔从数据池中取出需要记录的数据放入数据缓冲区，数据记录过程如下：

1)从数据池中采样，判断该采样步骤是否满足采样间隔，如不满足，则重新采样；如满足则进入步骤2)：

2)将采样数据放入数据缓冲区中存储记录，赋予采样数据序号并将该数据的序号记录下来，赋值过程中一种信号数据的排序构成一组独立的序号列，然后进入步骤3)；

3)判断触发源信号数据的序号值是否等于设定的触发停止记录过程的序号值,如为是，则进入步骤6)；如为否，则进入步骤4)；

4)判断是否预设触发标志及触发标志是否为设定值1，如为是，则回到步骤1)；如为否，则进入步骤5)；

5)判断触发源信号数据是否满足触发条件，如不满足触发条件，则回到步骤1)；如满足触发条件，则根据预设的捕捉数据范围计算出需触发停止记录过程的数据序号值，并记录下该序号值，设置触发标志为1，然后回到步骤1)；

6)将数据缓冲区内目前存储的数据保存至一单独的存储单元，则完成一次数据捕捉，然后进入步骤7)；

7)判断预设的触发模式是否设为连续触发，如为否，则停止流程；如为是，则清除缓冲区内的数据序号、停止记录的数据序号值以及触发标志，并对新采样数据重头赋予序号，回到步骤1)。

(四)将步骤6)中所述存储单元内保存的一次或多次数据记录过程捕捉的数据传送至后台计算机系统中进行分析。

进一步的技术方案还包括：

在数据缓冲区的循环覆盖存储过程中，所述步骤2)中赋予采样数据序号的步骤对应地采用循环赋值的机制，即当序号达到最大值后，从初始值开始从头赋值。

在上述前提下，则所述步骤5)中，计算停止记录动作序号值的计算过程如下：

设满足触发条件的当前信号数据的序号为a，预设的捕捉数据范围为触发前包括触发信号在内的n个信号数据，数据缓冲区能够存储的数据总数为m个，n<m，则：

当a≤n时，停止记录的序号值＝m-数据缓冲区内有序号的数据个数+当前信号数据的序号；

当a>n时，停止记录的序号值＝(m-n+当前信号数据的序号)/m的余数。

数据记录过程中，可将数据缓冲区存储的信号数据转换为波形图案在与CPU连接的显示器上显示，方便工作人员观察和操作。

进一步的，步骤(一)中所述信号包括保护装置自身保护逻辑中产生的数字量信号、通过外部信号采集电路直接测得的电信号以及通过计算外部采集电路测得的电信号数据产生的中间量中的一种或多种。

所述外部信号采集电路中，模拟信号采集电路采集的电信号通过信号调理电路、滤波电路处理后接入CPU的AD转换电路模块。

所述外部信号采集电路中，数字信号采集电路采集的开关量信号通过防抖电路与CPU连接。

本发明的有益效果：

本发明的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，可用于电力系统日常运行过程中的监测与分析，不再受限于故障录波装置只能记载的分析故障发生前后的数据，方便工程师随时分析各种电力设备的问题或系统运行状态，有助于工程师快速积累工作经验，且本发明方法易于实现，操作方便。

附图说明

图1为本发明中电力保护装置的结构示意图；

图2为LCD显示屏上数据通道设置方式基本模式的示意图；

图3为LCD显示屏上数据通道设置方式高级模式的示意图；

图4为设置触发源及触发条件的示意图；

图5为数据记录过程的流程示意图；

图6为LCD显示屏上各通道信号数据的波形示意图。

具体实施方式

为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

如图1所示的电力保护装置为例，所述电力保护装置包括CPU(中央处理器)和分别与CPU连接的LCD显示屏、输入键盘及FLASH闪存器等组件，所述CPU通过通讯接口与后台计算机系统连接。

图1中，电流及电压信号通过调理电路、滤波电路接入CPU的AD转换电路模块，CPU通过AD转换将电流电压的模拟信号转换成数字信号，这些输入的电流电压信号一般包括电力系统中A\B\C三相电路的电流信号、测量电流信号、电压信号、高压侧电流信号、低压侧电流信号等等。但这些通过信号采集电路直接采集的模拟量信号并不能满足电力保护的需求，保护装置还需要根据这些模拟量计算出一些中间量来满足保护逻辑的需求：如AB线电压Uab＝Ua-Ub，BC线电压Ubc＝Ub-Uc，CA线电压Uca＝Uc-Ua，零序电流正序电流 $I_1=\frac{1}{3}*(I_A+I_B*a+I_C*a^2),$ 负序电流 $I_2=\frac{1}{3}*(I_A+I_B*a^2+I_C*a),$ 零序电压 $U_0=\frac{1}{3}*(U_a+U_b+U_c),$ 正序电压 $I_1=\frac{1}{3}*(U_a+U_b*a+U_c*a^2),$ 负序电压 $I_2=\frac{1}{3}*(U_a+U_b*a^2+U_c*a),$ A相差动电流I_dA＝I_Ah+I_Al，B相差动电流I_dB＝I_Bh+I_Bl，C相差动电流I_dB＝I_Ch+I_Cl，A相制动电流I_rA＝|I_Ah-I_Al|/2，B相制动电流I_rB＝|I_Bh-I_Bl|/2，C相制动电流I_rC＝|I_Ch-I_Cl|/2，式中 $a^2=-\frac{1}{2}-j\frac{\sqrt{3}}{2},$ 1+a+a²＝0。

开关量信号通过隔离防抖电路接入CPU中，CPU每1ms检测一次这些开关量的变化并记录下来。除了这些外部接入的开关量外，保护逻辑本身也会产生一些数字量信号如保护投退、保护启动信号、保护动作信号、保护动作标志、保护闭锁信号、保护退出信号、设备状态信号、梯形图内存信号等数字量信号，这些数字量的变化均与保护逻辑有关。

由于这些数据在保护逻辑中都有用到，所以保护装置实时采集并计算这些数据放入数据池中，以便各模块在需要使用的时候从数据池中取得数据。

为了便于分析保护装置保护逻辑的运行情况，我们必须记录下保护内部的一些重要的变量，不同的保护逻辑变量的设置也不同，需要记录的数据也不尽相同，因此我们记录的数据需要根据不同的需求进行设定。鉴于装置内存大小的限制，本实施例中以记录8个数字量通道、3个模拟量通道(如果CPU内存足够，记录的通道数还可增加)的数据为例。数字量通道用于记录采集的数字量信号，模拟量通道用于记录外部采集到的模拟量信号及计算得到的模拟量信号，这些数据基本囊括了保护装置内部所有的数据，对于保护装置逻辑分析十分清楚有利。

由于CPU内存大小的限制，其存储的数据是有限的，因此在某些需要记录时间长的情况下需要将数据采样的时间间隔进行调整，使记录数据的时间增长，以便记录下完整的数据变化过程，一般采样间隔可选择10毫秒(ms)、100毫秒(ms)、1秒(s)、1分钟(m)等。由于数据变化往往很快，所以不能靠手动把目标信号数据记录下来，我们必须指定某个数字量或者模拟量达到某个条件(即触发条件)就停止记录。

有时我们比较关心触发条件发生之前的数据(比如速断保护动作)，有时我们比较关心触发条件发生之后的数据(比如电动机起动过程)，有时触发条件发生之前及之后的数据我们都关心(比如保护动作信号触发)，故我们也需要根据不同的应用调整触发前数据记录的点数。

数字量相对简单只有高电平和低电平2种状态，因此当数字量作为触发源时，可将触发条件设置为高电平触发、低电平触发、低电平变高电平触发(上升沿触发)、高电平变低电平触发(下降沿触发)、上升沿或下降沿触发(边沿触发)。模拟量相对复杂一些，模拟量是连续变化的，不能简单分为几种状态，但我们可以仿造数字量的方式来处理模拟量。首先我们需要设定一个门限值，当模拟量大于或等于这个门限值时我们认为是模拟量的高电平，当模拟量小于这个门限值时我们认为是低电平。这样处理后，模拟量的触发条件就和数字量的触发条件一样，可设置为高电平触发、低电平触发、低电平变高电平触发(上升沿触发)、高电平变低电平触发(下降沿触发)、上升沿或下降沿触发(边沿触发)等。

当数据记录启动以后保护装置在每次数据放入数据缓冲区中的同时，根据设置的触发源、触发方式、触发条件等判断触发是否发生。

如果触发条件为高电平触发或低电平触发，则只需要判断当前加入数据缓冲区的触发源数据。

如果触发方式为上升沿触发、下降沿触发或边沿触发，则需要判断当前加入数据缓冲区的触发源数据及前一次加入数据缓冲区的触发源数据变化是否达到要求。例如设置为触发源的数据为数字量，触发条件为上升沿触发，前一次加入的数据为低电平，当前加入的数据为高电平时则触发；如果触发条件为下降沿触发，前一次加入的数据为高电平，当前加入的数据为低电平时触发；如果触发方式为边沿触发，则上升沿或下降沿均能触发。设置的触发源的数据为模拟量时，如果触发条件为上升沿触发，前一次加入的数据小于设定的触发门限，当前加入的数据大于等于设定的触发门限时则触发；如果触发条件为下降沿触发，前一次加入的数据大于等于设定的触发门限，当前加入的数据小于设定的触发门限时则触发；如果触发方式为边沿触发，则上升沿或下降沿均能触发。

大部分情况下，一次触发就能记录下我们需要记录的整个数据变化过程，但有些时候单次触发并不能满足要求，例如在做保护实验时，保护不停的动作，而且动作间隔可能很小，而我们希望记录下每次保护动作时的全部过程，这时单次触发(SIN.模式)就不能满足需求了，因此可置连续触发模式(AUTO模式)，当触发条件发生并完成一次数据保存后并不停止记录数据，而是立刻重新开始计入未触发状态等待触发，这样就能连续不断的记录下多个数据变化过程，便于分析。

具体实现过程如下：

一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，包括以下步骤:

(一)采集信号，设置保护装置的CPU按照一定的频率检测CPU的各信号输入端，将实时采集的信号数据分类存储入CPU数据池并覆盖旧的信号数据。

(二)配置数据通道，将待记录信号数据分别通过对应数据通道与CPU的数据缓冲区建立数据传输连接，所述数据缓冲区采用循环覆盖的存储机制。

如图2的基本模式，通过软件设置，将11个数据通道分别选择其所需访问的信号数据类型，但受下拉菜单长度限制，这种显示方式并不适用于数据通道较多或可选信号数据类型较多的情况，但已能满足大多数分析的需求。或采用如图3所示的高级模式，是通过输入信号数据的ID进行访问。

(三)在各类信号数据中，选择其中一个数据通道传输的信号数据作为触发停止数据记录过程(或说是CPU捕捉目标信号数据动作)的触发源，并设定触发条件和触发模式，CPU按照设定的采样间隔从数据池中取出需要记录的数据放入数据缓冲区，如图4所示，设定采样间隔为10ms,将通过数据通道1记录的信号数据作为触发源，触发条件(触发方式)设置为上升沿触发，触发门限设置为5.00等。

数据记录的具体过程如下：

1)从数据池中采样，判断该采样步骤是否满足采样间隔，如不满足，则重新采样；如满足则进入步骤2)：

2)将采样数据放入数据缓冲区中存储记录，赋予该采样数据序号并将该数据的序号记录下来，赋值过程中一种信号数据的排序构成一组独立的序号列，(如U₀、U₁、U₂、U₃……I₀、I₁、I₂、I₃……等)然后进入步骤3)；

3)判断触发源信号数据的序号值是否为设定的触发停止记录过程(或说停止数据缓冲区存储数据)的序号值,如为是，则进入步骤6)；如为否，则进入步骤4)；

4)判断是否设置触发标志及触发标志是否为1，如为是，则回到步骤1)；如为否，则进入步骤5)；

5)判断触发源信号数据是否满足触发条件，如不满足触发条件，则回到步骤1)；如满足触发条件，则根据预设的捕捉数据范围计算出需触发停止数据记录过程的数据序号值，并记录下该序号值，同时设置触发标志,并将触发标志设为1，回到步骤1)；

6)将数据缓冲区内目前存储的数据保存至FLASH闪存器中，则完成一次数据捕捉，然后进入步骤7)；

7)判断预设的触发模式是否设为连续触发，如为否，则停止流程；如为是，则清除缓冲区内的数据序号、停止记录的数据序号值以及触发标志，清除数据缓冲区内的数据，回到步骤1)。

在上述步骤3)中，“触发停止记录过程的序号值”的初始值可设置为无或任意不在赋值序号列范围之内的值，使步骤3)的判断为“否”，进入步骤4)。触发标志的设置在于一次触发后，即依据该次触发数据的序号确定停止记录的序号值，避免在采集数据序号未到停止触发序号时，有满足触发条件的信号产生而导致重新计算停止序号值的情况。步骤1)中每次采样，各数据通道均有数据传输，但分析信号数据是否满足触发条件时，只考虑触发源的数据。

(四)因用于波形显示和配置数据通道等操作的LCD显示屏相对较小，可将步骤6)中FLASH闪存器内的保存数据传送至后台计算机系统中进行分析，通过软件的设置，读取保存数据，将信号随时间的变化趋势通过波形的形式在后台计算机中显示，并通过图像处理技术，将波形任意局部位置放大，方便分析。

在数据缓冲区的循环覆盖存储过程中，所述步骤2)中赋予采样数据序号的步骤对应地采用循环赋值的机制，当序号达到最大值后，从初始值开始从头赋值。在此基础上，以一具体实施例为例，所述步骤5)中，计算触发停止记录过程序号值的计算过程如下：

设满足触发条件的当前信号数据的序号为a，预设的捕捉数据范围为触发前包括触发点信号在内的100个信号数据，数据缓冲区能够存储的数据总数为400个，则：

当a≤100时，停止记录动作的序号值＝400-数据缓冲区内有序号的数据个数+当前信号数据的序号。设触发源信号数据的序号列为0、1、2……399,满足触发条件的数据序号为50，则目前缓冲区内数据个数为51，则停止记录动作的数据序号为400-51+50＝399，即将数据缓冲区存满即止。

当a>100时，停止记录动作的序号值＝(m-n+当前信号数据的序号)/m的余数。设触发源信号数据的序号列为0、1、2……399,满足触发条件的数据序号为150，则目前缓冲区内数据个数为151，则停止记录动作的数据序号为(400-100+150)mod400＝50，则在数据缓冲区存满的情况，包括触发点在内的触发前100个数据(序号为51-150的数据)不会被覆盖。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进。本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于,包括以下步骤:

(一)采集信号，设置保护装置的CPU按照一定的频率检测CPU的各信号输入端，将实时采集的信号数据分类存储入数据池并覆盖数据池内旧的信号数据；

(二)配置数据通道，将待记录信号数据通过对应的数据通道与CPU的数据缓冲区建立数据传输连接，所述数据缓冲区采用循环覆盖的存储机制；

(三)选择其中一个数据通道传输的信号数据作为触发停止数据记录过程并捕捉数据的触发源，设定触发条件和触发模式，按照设定的采样间隔从数据池中取出需要记录的数据放入数据缓冲区，数据记录过程如下：

1)从数据池中采样，判断该采样步骤是否满足采样间隔，如不满足，则重新采样；如满足则进入步骤2)：

2)将采样数据放入数据缓冲区中存储记录，赋予采样数据序号并将该数据的序号记录下来，赋值过程中一种信号数据的排序构成一组独立的序号列，然后进入步骤3)；

3)判断采样数据中触发源信号数据的序号值是否等于设定的触发停止记录过程的序号值,如为是，则进入步骤6)；如为否，则进入步骤4)；

4)判断是否预设触发标志及触发标志是否为设定值1，如为是，则回到步骤1)；如为否，则进入步骤5)；

5)判断触发源信号数据是否满足触发条件，如不满足触发条件，则回到步骤1)；如满足触发条件，则根据预设的捕捉数据范围计算出需触发停止记录过程的数据序号值，并记录下该序号值，设置触发标志为1，然后回到步骤1)；

6)将数据缓冲区内目前存储的数据保存至一单独的存储单元，则完成一次数据捕捉，然后进入步骤7)；

7)判断预设的触发模式是否设为连续触发，如为否，则停止流程；如为是，则清除缓冲区内的数据序号、停止记录的数据序号值以及触发标志，并对新采样数据重头赋予序号，回到步骤1)。

(四)将步骤6)中所述存储单元内保存的一次或多次数据记录过程捕捉的数据传送至后台计算机系统中进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于：

在数据缓冲区的循环覆盖存储过程中，所述步骤2)中赋予采样数据序号的步骤对应地采用循环赋值的机制，当序号达到最大值后，从初始值开始从头赋值。

3.根据权利要求2所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于，所述步骤5)中，计算触发停止记录过程序号值的计算过程如下：

设满足触发条件的当前信号数据的序号为a，预设的捕捉数据范围为触发前包括触发信号在内的n个信号数据，数据缓冲区能够存储的数据总数为m个，n<m，则：

当a≤n时，停止记录的序号值＝m-数据缓冲区内有序号的数据个数+当前信号数据的序号；

当a>n时，停止记录的序号值＝(m-n+当前信号数据的序号)/m的余数。

4.根据权利要求1所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于:

数据记录过程中,将数据缓冲区存储的信号数据转换为波形图案在与CPU连接的显示器上显示。

5.根据权利要求1-4中任一权项所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于：

步骤(一)中所述信号为保护装置自身保护逻辑中产生的数字量信号、通过外部信号采集电路直接测得的电信号以及通过计算外部采集电路测得的电信号数据产生的中间量中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于：

所述外部信号采集电路中，模拟信号采集电路采集的电信号通过调理电路、滤波电路处理后接入CPU的AD转换电路模块。

7.根据权利要求5所述的一种电力保护装置中记录及分析数据的方法，其特征在于：

所述外部信号采集电路中，数字信号采集电路采集的开关量信号通过防抖电路与CPU连接。