CN104991981B - 基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统和方法，所述系统包括，读取模块，用于读取各comtrade格式数据文件并存入缓冲区中；数据处理模块，用于以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行相应处理；暂态波形输出模块，用于对所述波形数据进行数模转换后，通过波形输出通道输出波形；和同步信号触发模块，通过同步信号触发上述各模块执行相应操作。实现了读入多个文件中的波形，并且可按照用户预想的设置进行统一格式调整并输出。
Description
技术领域
本发明涉及一种录波回放系统和方法，具体涉及基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统和方法。
背景技术
随着电网运行条件日趋复杂，电网控制保护技术和仿真测试技术得到了迅速的发展，因此对故障录波回放、行波装置、继保、安自等二次装置开环测试等技术的需求愈加迫切。国外实时仿真程序RTDS虽具有类似功能，但其录波回放模块只能读取特定格式的文件，且容量有限，不能同时输出两个文件；国内也尚无同类的实现方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统和方法，针对现场故障录波文件格式，编制相应的录波文件处理软件，将不限长度的多个comtrade格式数据文件实时读入、处理和输出从而实现了故障录波回放，解决了传统录波文件来源单一，无法同时输出多个文件的问题；具有广阔的实际推广及应用价值。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统，该系统包括：
读取模块，用于读取各comtrade格式数据文件并存入缓冲区中；
数据处理模块，用于以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行相应处理；
暂态波形输出模块，用于对所述波形数据进行数模转换后，通过波形输出通道输出波形；和
同步信号触发模块，通过同步信号触发上述各模块执行相应操作。
优选的，所述读取模块包括：数据设置单元，用于设置comtrade格式数据文件中波形数据的采样率，设置GPS时标的对时方式以及设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括通道号，所述变比信息包括输出频率和增益系数；
读入单元，用于根据设定的采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件。
优选的，所述数据处理模块包括下述任一至全部单元：
拼接单元，用于根据数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形数据进行首尾连接；
合并单元，用于将至少两条波形数据直接叠加，或者将每条波形数据乘以相应的增益系数后再进行叠加处理；
调制单元，用于当录波数据的波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，根据用户设定的输出频率和增益系数调整波形数据的输出频率和增益系数。
优选的，所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5组成输出步长T。
基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，所述方法包括，
步骤1：读取若干comtrade格式数据文件作为录波回放的来源文件；
步骤2：以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理；
步骤3：所述波形数据进行数模转换后，通过相应的波形输出通道输出波形；
通过同步信号触发上述各步骤的执行。
进一步地，步骤1包括：
选定若干comtrade格式数据文件作为波形回放的来源文件；
设置各comtrade格式数据文件中波形数据的采样率；
设置GPS时标的对时方式；
设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括波形输出的通道号；所述变比信息包括输出的频率调整和增益系数；
触发波形回放指令，根据设定的数据采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件。
进一步地，所述设置波形数据的采样率包括：
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率相同时，则将该采样率设置为读取各comtrade格式数据文件的采样率；
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率不同时，选择任一采样率作为基准值，将该基准值作为读取各comtrade格式数据文件的采样率；对高于该基准值的采样率进行重新采样处理直至其低于或等于基准值时为止；对低于该基准值的采样率进行插值处理使其等于基准值。
优选的，步骤2中，所述根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理包括下述任一至全部方法：
拼接处理：根据所设置的数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形进行首尾连接；
合并处理：将至少两个波形进行叠加处理；
调制处理：当comtrade格式数据文件中波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，则根据输出参数调整波形的输出频率和增益系数。
其中，所述增益系数默认为1；当设置的增益系数不等于1时，将原来的数据乘以该增益系数后输出。
进一步地，所述数据拼接点采用下述任一方法进行设置：
当波形数值与相位均相同时拼接；
波形过零时拼接；
按照指定时刻直接拼接。
优选的，所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5组成输出步长T。
进一步地，所述同步周期由上升沿信号触发，分别输出每个comtrade格式数据文件的第(n-1)个输出步长T中的波形数据，以完成第n个输出步长中波形数据的数模转换；当输出步长T结束时锁存输出信号保持恒定。
进一步地，在所述同步周期t1阶段进行步骤1；在所述同步周期t2阶段进行步骤2；在所述同步周期t3阶段将处理后的数据文件乘以通道变比，并标记好输出通道号，传递给暂态波形输出模块的相应输出通道备用；在所述同步周期t4阶段完成步骤3中的comtrade格式数据文件的数模转换；在所述同步周期t5阶段将转换后的波形发送至输出端口，并在t5周期结束时锁存输出信号使之保持恒定，直至收到下一个输出步长的t5输出锁存信号。
优选的，所述波形输出的最小周期为50us，波形输出分辨率为16bit；波形输出的最高刷新频率为1MHz。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
本发明以GPS时标为对时基础，将多个comtrade格式录波文件实时读入、处理和输出，实现了故障录波回放，解决了传统录波文件来源单一，无法同时输出多个文件波形的难题。
实现了数据文件的拼接和组合；并且能够对多个文件中的波形按照用户预想的设置进行统一格式调整并输出，填补了国内实时仿真系统在多来源故障录波文件波形回放方面的功能缺失，其成果可广泛应用于我国电力系统科研、试验院所及保护、控制设备生产厂商，实现了在故障录波回放，行波装置、继保、安自等二次装置开环测试。
附图说明
图1是本发明提供的多文件来源故障录波回放系统结构示意图；
图2是本发明提供的系统中某个单文件数据处理及输出流程图；
图3是本发明提供的输出通道与同步信号同步机制示意图；
图4是本发明提供的多文件来源故障录波回放方法流程图；
图5是本发明提供的数据合并过程示意图；
图6是本发明提供的数据拼接方式示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
如图1所示，一种基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统，该系统包括：
读取模块，用于读取各comtrade格式数据文件并存入缓冲区中；所述读取模块包括：
数据设置单元，用于设置comtrade格式数据文件中波形数据的采样率，设置GPS时标的对时方式以及设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括通道号，所述变比信息包括输出频率和增益系数；
读入单元，用于根据设定的采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件。
数据处理模块，用于以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行相应处理；所述数据处理模块包括下述任一至全部单元：
拼接单元，用于根据数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形数据进行首尾连接；
合并单元，用于将至少两条波形数据直接叠加，或者将每条波形数据乘以相应的增益系数后再进行叠加处理；
调制单元，用于当录波数据的波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，根据用户设定的输出频率和增益系数调整波形数据的输出频率和增益系数。
暂态波形输出模块，用于对所述波形数据进行数模转换后，通过波形输出通道输出波形；和
同步信号触发模块，通过同步信号触发上述各模块执行相应操作。所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5组成输出步长T。
如图4所示，基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，所述方法包括，
步骤1：读取若干comtrade格式数据文件作为录波回放的来源文件；
步骤1包括：选定若干comtrade格式数据文件作为波形回放的来源文件；
设置各comtrade格式数据文件中波形数据的采样率；
设置GPS时标的对时方式；
设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括波形输出的通道号；所述变比信息包括输出的频率调整和增益系数；
触发波形回放指令，根据设定的数据采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件。所述设置波形数据的采样率包括：
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率相同时，则将该采样率设置为读取各comtrade格式数据文件的采样率；
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率不同时，选择任一采样率作为基准值，将该基准值作为读取各comtrade格式数据文件的采样率；对高于该基准值的采样率进行重新采样处理直至其低于或等于基准值时为止；对低于该基准值的采样率进行插值处理使其等于基准值。
例如，文件A的录波采样率为2000点/秒，文件B的采样率为1000点/秒，文件C的采样率为500点/秒，如果输出的统一采样率设定为1000点/秒，程序处理时对文件A进行重新采样处理，将相邻的两个点做一次平均计算后输出数据结果。对数据文件B直接输出，对数据文件C采用插值处理，在每两个数据点中间加入一个新的数据点(前后两点的插值)后进行输出，以保证多文件输出时采样率的一致性。
如图2所示，步骤2：以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理；步骤2中，所述根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理包括下述任一至全部方法：
如图6所示，拼接处理：根据所设置的数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形进行首尾连接；所述数据拼接点采用下述任一方法进行设置：
当波形数值与相位均相同时拼接；
波形过零时拼接；
按照指定时刻直接拼接。
如图5所示，合并处理：将至少两个波形进行叠加处理；以将曲线X和Y合并成曲线Z为例，其处理公式为Z＝aX+by，其中X、Y分别为不同数据文件中的曲线数据，a、b分别为增益系数，Z为合并后的数据结果，这种数据处理方式可以将某些特殊(Y曲线)的工况应用于一个普通的工况(X曲线)，模拟一个现场录波中没有的特殊工况Z；实际输出曲线参见附图5，其中X波形为正弦波，Y波形为一直流偏置，则合并后的波形Z为带直流偏置的正弦波。
调制处理：当comtrade格式数据文件中波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，则根据输出参数调整波形的输出频率和增益系数。
其中，所述增益系数默认为1；当设置的增益系数不等于1时，将原来的数据乘以该增益系数后输出。
步骤3：所述波形数据进行数模转换后，通过相应的波形输出通道输出波形；
通过同步信号触发上述各步骤的执行。
所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5组成输出步长T。
所述同步周期由上升沿信号触发，分别输出每个comtrade格式数据文件的第(n-1)个输出步长T中的波形数据，以完成第n个输出步长中波形数据的数模转换；当输出步长T结束时锁存输出信号保持恒定。
在所述同步周期t1阶段进行步骤1；在所述同步周期t2阶段进行步骤2；在所述同步周期t3阶段将处理后的数据文件乘以通道变比，并标记好输出通道号，传递给暂态波形输出模块的相应输出通道备用；在所述同步周期t4阶段完成步骤3中的comtrade格式数据文件的数模转换；在所述同步周期t5阶段将转换后的波形发送至输出端口，并在t5周期结束时锁存输出信号使之保持恒定，直至收到下一个输出步长的t5输出锁存信号。
具体为：t1阶段，数据实时读取模块分别从每个数据文件中第(n-1)T输出步长读取结束标记处实时读取需要在该步长中输出的数据至高速缓存中，同时在原有文件中写入第nT输出步长数据读取标志，供下一个步长读取数据识别使用；
t2阶段，数据调制处理模块分别针对每个输入文件所分别设定的数据处理设置，调用对应的高性能数据处理单元，对t1内读入的数据进行数据拼接、合并和调制处理，形成采样频率，幅值等均依据同一标准的输出数据；
t3阶段，数据调制处理模块根据文件输出信息将每个文件中处理好的数据乘以通道变比，并标记好输出通道号，传递给暂态波形输出模块的相应输出通道备用；
t4阶段，暂态波形输出模块开始实时D/A转换，将每个通道接收到的数据转换为实际电压/电流模拟量；
t5阶段，暂态波形输出模块的每个通道将转换好的电压/电流信号启动输出发送至输出端子，并在t5周期结束时锁存输出信号使之保持恒定，直至收到下一个输出步长的t5输出锁存信号。
所述波形输出的最小周期为50us，波形输出分辨率为16bit；波形输出的最高刷新频率为1MHz。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，所述方法包括，
步骤1：读取若干comtrade格式数据文件作为录波回放的来源文件；
步骤2：以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理；
步骤3：所述波形数据进行数模转换后，通过相应的波形输出通道输出波形；
通过同步信号触发上述各步骤的执行；
步骤1包括：
选定若干comtrade格式数据文件作为波形回放的来源文件；
设置各comtrade格式数据文件中波形数据的采样率；
设置GPS时标的对时方式；
设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括波形输出的通道号；所述变比信息包括输出的频率调整和增益系数；
触发波形回放指令，根据设定的数据采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件；
所述设置波形数据的采样率包括：
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率相同时，则将该采样率设置为读取各comtrade格式数据文件的采样率；
当各comtrade格式数据文件中所有波形数据的采样率不同时，选择任一采样率作为基准值，将该基准值作为读取各comtrade格式数据文件的采样率；对高于该基准值的采样率进行重新采样处理直至其低于或等于基准值时为止；对低于该基准值的采样率进行插值处理使其等于基准值；
步骤2中，所述根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行处理包括下述任一至全部方法：
拼接处理：根据所设置的数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形进行首尾连接；
合并处理：将至少两个波形进行叠加处理；
调制处理：当comtrade格式数据文件中波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，则根据输出参数调整波形的输出频率和增益系数；
其中，所述增益系数默认为1；当设置的增益系数不等于1时，将原来的数据乘以该增益系数后输出。
2.如权利要求1所述的基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，所述数据拼接点采用下述任一方法进行设置：
当波形数值与相位均相同时拼接；
波形过零时拼接；
按照指定时刻直接拼接。
3.如权利要求1基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5组成输出步长T。
4.如权利要求3基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，所述同步周期由上升沿信号触发，分别输出每个comtrade格式数据文件的第(n-1)个输出步长T中的波形数据，以完成第n个输出步长中波形数据的数模转换；当输出步长T结束时锁存输出信号保持恒定。
5.如权利要求3基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，在所述同步周期t1阶段进行步骤1；在所述同步周期t2阶段进行步骤2；在所述同步周期t3阶段将处理后的数据文件乘以通道变比，并标记好输出通道号，传递给暂态波形输出模块的相应输出通道备用；在所述同步周期t4阶段完成步骤3中的comtrade格式数据文件的数模转换；在所述同步周期t5阶段将转换后的波形发送至输出端口，并在t5周期结束时锁存输出信号使之保持恒定，直至收到下一个输出步长的t5输出锁存信号。
6.如权利要求1基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放方法，其特征在于，所述波形输出的最小周期为50us，波形输出的D/A芯片为16位，波形输出的最高刷新频率为1MHz。
7.一种基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统，其特征在于，该系统包括：
读取模块，用于读取各comtrade格式数据文件并存入缓冲区中；
数据处理模块，用于以GPS对时信号为同步时钟，并根据实际需求对各comtrade格式数据文件中的波形数据进行相应处理；
暂态波形输出模块，用于对所述波形数据进行数模转换后，通过波形输出通道输出波形；和
同步信号触发模块，通过同步信号触发上述各模块执行相应操作；
所述读取模块包括：
数据设置单元，用于设置comtrade格式数据文件中波形数据的采样率，设置GPS时标的对时方式以及设置波形输出通道的信息和变比信息；所述波形输出通道的信息包括通道号，所述变比信息包括输出频率和增益系数；
读入单元，用于根据设定的采样率、通道号和输出频率实时读取各comtrade格式数据文件；
所述数据处理模块包括下述任一至全部单元：
拼接单元，用于根据数据拼接点，将录波对象相同、录波时段不同的波形数据进行首尾连接；
合并单元，用于将至少两条波形数据直接叠加，或者将每条波形数据乘以相应的增益系数后再进行叠加处理；
调制单元，用于当录波数据的波形频率和/或电压等级与录波回放工况不一致时，根据用户设定的输出频率和增益系数调整波形数据的输出频率和增益系数。
8.如权利要求7所述的基于高性能处理器的多文件来源故障录波回放系统，其特征在于：所述同步信号是以两个相邻的上升沿为一个同步周期，每5个同步周期t1、t2、t3、t4、t5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |