CN105044639A - 一种电力系统合并单元采集通道的校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力系统合并单元采集通道的校正方法及系统，属于电力系统模拟数据采集技术领域。本发明首先完成各个通道的数据的采集，且采集到的数据是连续有效的周波数据，然后将这些数据分别存放在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；最后对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取相应的校正模块实现的。和传统的通过修改硬件参数的通道校正过程相比，本发明极大的提高了通道的校正效率和校正精度，减小了校正误差，且校正过程更加简单易行。

Description

一种电力系统合并单元采集通道的校正方法及系统

技术领域

本发明涉及一种电力系统合并单元采集通道的校正方法及系统，属于电力系统模拟数据采集技术领域。

背景技术

在如今的电力系统中，过程层完成电力运行实时的电气量检测、运行设备的状态参数检测、操作控制执行与驱动。就是常说的模拟量、开关量采集、控制命令的执行。过程层设备包括光电互感器、合并单元、智能终端。合并器与互感器的输出相连并完成与一些跨间隔合并器的数据传输。

合并单元是电流、电压互感器的接口装置，随着数字化变电站自动化技术的推广和工程建设，对合并单元的功能和性能要求越来越高，与此同时对带有常规电磁式互感器接口的合并器的数据采集处理功能的要求也越来越高，下文中提到的合并器都为具备常规采样功能的合并器，不在赘述。由于合并器装置的采集板卡的精度和本卡本身和所处的装置环境都有关系，所以在合并器出厂之前和投运之前都需要校正采集通道的参数，并将参数固化，传统的通道校正的方法的典型步骤如下：

(1)配置好合并单元的模拟通道与合并单元9-2数据输出的对应关系。

(2)打开报文监测工具，监视合并单元9-2报文的输出；

(3)打开上位机的采集板配置工具，软件调整通道的零漂的，并观察第1步骤中打开的报文监视工具的9-2报文输出波形是否与相应通道的0组重合，不重合的话继续调整零漂，直到波形重合为止；

(4)零漂校正完成之后是系数校正，调整采集器板配置工具的幅值参数，并观察报文监视工具9-2报文的额定输出是否与通道的输入类型和幅值相对应，不对应继续调整幅值，直到对应为止；

(5)通道系数及零漂调整完成后，再通过互感器校验校正模拟通道的相位。通过模拟量测试仪同时向互感器校验仪与合并单元的相电压通道施加额定值，测出其与校验仪的相位差，应分别测试第一组与第二组相电压通道其相位差，综合考虑第一组与第二组所有相电压的相位差，调整电压插件所对应的采集器的延时。调整采集器板配置工具的相位参数，将合并单元的所有相电压通道与测试仪的相位差调整在要求精度以内。

(6)重复以上步骤，校正下一个通道，直至将采集器板上所有的通道校正完成。

(7)最后一步是将以上步骤中确定的每个通道的零漂、系数和相位固化到采集器板。

上述校正方法整个过程很繁琐，效率低下，一般一个合并单元的采集通道都有十几个，将所有的通道都校正一遍是很耗费时间和精力的，并且校正过程中需要不断的观察数据输出的精度，容易出错，一个经验丰富的员工，用传统的方法校正通道参数，一台装置至少需要20分钟，既耗时又费力。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力系统合并单元采集通道的校正方法及系统，以解决目前合并单元采集通道校正过程繁琐、效率低下的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种电力系统合并单元采集通道的校正方法，该校正方法包括以下步骤：

1)获取合并单元每一个采集通道连续、有效的通道数据；

2)并将采集到的上述数据分别存档在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；

3)对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取相应的校正模块实现的。

所述步骤1)中存入通道缓存区内的数据点数为周期采样点数的整数倍。

所述步骤3)中校正模块包括零漂校正模块、系数校正模块和相位校正模块，所述零漂校正模块是采用周期均值算法实现，所述系数校正模块是将通道内备份区数据的有效幅值与额定幅值比较得到，所述相位校正模块是将通道内备份区数据的角度值与指定基准通道比较得到。

所述校正完成后可将对应通道数据备份区内数据清空，继续存储采集到的通道数据。

所述零漂校正模块的校正过程如下：

A.计算本通道备份区内所存采样点数据的算术平均值；

B.将该通道备份区的各采样点的数据值分别减去算数平均值以得到每个采样点的零漂偏移；

C.计算所有点的零漂偏移的算术平均值，该算术平均值即为本通道的零漂偏移值。

所述系数校正模块的校正过程如下：

A)用本通道备份区每一个采样点数据分别减去该通道的零漂偏移值，以得到每个采样点的真实采样值；

B)将得到的所有点的真实采样值进行傅里叶算变换，以得到本通道基波波形的基波有效值；

C)根据基波有效值计算本通道的真实数字输出值，将该值和本通道的额定数字输出值进行比较，结果即为本通道的系数。

所述相位校正模块的校正过程如下：

a.用本通道备份区每一个采样点数据分别减去该通道的零漂偏移值，以得到每个采样点的真实采样值；

b.将得到的所有点的真实采样值进行傅里叶算变换，以得到本通道基波波形的基波实部和虚部；

c.根据基波实部和虚部计算通道相位值，与将该通道的相位值指定的基准通道的相位进行比较，所得结果即为当前通道的相位偏移值。

本发明还提供了一种电力系统合并单元采集通道的校正系统，该校正系统包括通道数据采集模块和通道数据校正模块，所述通道数据采集模块用于完成各个通道的数据采集工作，且采集到的数据为连续有效的周波数据，并将采集到的上述数据分别存档在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；所述通道数据校正模块用于对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取通道校正配置文件里的校正算法完成。

所述通道校正配置文件里的校正算法包括零漂校正、系数校正和相位校正，所述零漂校正是采用周期均值算法得到，所述系数校正是将通道内备份区数据的有效幅值与额定幅值比较得到，所述相位校正是将通道内备份区数据的角度值与指定基准通道比较得到。

所述通道数据校正模块在完成数据校正后清空通道数据采集模块中的数据备份区，使通道数据采集模块继续备份通道数据。

本发明的有益效果是：本发明首先完成各个通道的数据的采集，且采集到的数据是连续有效的周波数据，然后将这些数据分别存放在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；最后对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取相应的校正模块实现的。和传统的通过修改硬件参数的通道校正过程相比，本发明极大的提高了通道的校正效率和校正精度，减小了校正误差，且校正过程更加简单易行。

附图说明

图1是本发明所采用的合并单元通道校正的原理示意图；

图2是本发明所采用的合并单元通道校正的流程示意图；

图3是合并单元通道校正实现的原理图；

图4是合并单元通道数据采集任务整体流程图；

图5是合并单元通道校正实现任务整体流程图；

图6是零漂校正流程图；

图7是系数校正流程图；

图8是相位校正流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。

本发明的一种电力系统合并单元采集通道的校正方法的实施例

本发明的电力系统合并单元采集通道的校正方法，首先完成各个通道的数据的采集，且采集到的数据是连续有效的周波数据，然后将这些数据分别存放在各自的通道数据备份区内，如图3所示，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；最后对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取相应的校正模块实现的。

整个过程是在合并单元内部通过实现两个并行执行的任务完成的：通道数据采集任务和通道校正任务，如图4和5所示，通道数据采集任务的作用是为通道校正准备有效的通道数据；通道校正任务的作用是利用通道数据采集任务准备好的通道数据，按照不同的算法分别实现通道的零漂、系数和相位的校正。通道数据采集任务需要完成各个通道的数据采集工作，并且保证采集到的数据是连续有效的周波数据，将这些数据分别存放在各自的通道数据存储区内，当存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作，并且给出该通道数据准备好标志给通道校正任务备用，如图1和图2所示。

在通道数据采集任务的通道数据准备好的情况下，通道校正任务可以根据上位机软件的校正命令进行相应的通道校正。采集通道没有加量的状态下，统计一定周期的通道采样数据，可以按照特定的算法计算出该通道的零漂偏移值；通道加量之后，根据采集的周期数据、通道类型和零漂值等，按照特定算法，就可以计算出该通道的系数；选定其中一个通道为参考通道，按照特定的算法可以得到其他通道相对于该通道的相位偏移。这些校正的计算过程都是合并单元自动完成的，只需要上位机发送相应的校正信号，合并单元就会自动完成对应的校正工作。和传统的通过修改硬件参数的通道校正方法相比，本通道校正方法极大的提高了通道的校正效率、减小校正误差、提高校正精度、操作更加方便简易。各校正模块具体的校正过程如下：

零漂校正的流程，如图6所示，首先需要确定是否有校正本通道零漂的上位机命令、本通道校正需要数据是否准备好，如果两者都通过就进入通道校正的算法程序：将本通道的备份区数据求出本通道数据的算术平均值，之后将该数据备份区的所有点的数据值分别减去本通道算数平均值，得出每一个采样点的零漂偏移，最后再将这些计算出来的所有点的零漂偏移求算数平均值，即可得到本通道的零漂偏移值。

计算出零漂之后就可以计算通道的系数和相位偏移了，如图7和图8所示，是系数校正和相位校正的流程，系数校正和相位校正首先需要确定是否有校正本通道系数或相位的上位机命令、本通道校正需要数据是否准备好，如果两者都通过就进入通道校正的算法程序：用本通道备份区每一个采样点数据分别减去该通道的零漂偏移值，得到每个采样点去掉零漂偏移影响的数据值——真实采样值。将得到的所有点的真实采样数据按照傅里叶算法计算，可以得到本通道的基波波形的实部和虚部以及基波有效值。由于系数校正和相位校正都用到了傅里叶算法，下面先对傅里叶算法进行一个简单说明：

傅立叶变换是数字信号处理领域一种很重要的算法：任何连续测量的时序或信号，都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。而根据该原理创立的傅立叶变换算法利用直接测量到的原始信号，以累加方式来计算该信号中不同正弦波信号的频率、振幅和相位。傅立叶变换将原来难以处理的时域信号转换成了易于分析的频域信号(信号的频谱)，可以利用一些工具对这些频域信号进行处理、加工。最后还可以利用傅立叶反变换将这些频域信号转换成时域信号。傅里叶变换是一种特殊的积分变换。它能将满足一定条件的某个函数表示成正弦基函数的线性组合或者积分。

傅氏算法公式求取如下式：

$Hc\[i\]=\frac{2}{N}*cos\frac{2(i+1)\mathrm{\π}}{N},i=0,1,\mathrm{..........},N-1$

$Hs\[i\]=-\frac{2}{N}*s\stackrel{\·}{m}\frac{2(i+1)\mathrm{\π}}{N},i=0,1,\mathrm{..........},N-1$

其中N表示周期采样点数，Hc[i]和Hs[i]是求取的第i个数据点的傅里叶系数，比如，当采样点数为80点是的傅里叶系数公式为：

$Hc\[i\]=\frac{1}{40}*cos\frac{(i+1)\mathrm{\π}}{40},i=0,1,\mathrm{..........},N-1$

$Hs\[i\]=-\frac{1}{40}*sin\frac{(i+1)\mathrm{\π}}{40},i=0,1,\mathrm{..........},N-1$

一般情况下为了减轻cpu的负担，都会按照不同的周期采样点数实现计算出来傅里叶系数表，避免重复计算傅里叶系数。

系数相量算法公式如下：

$Ure=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}U\[i\]*Hc\[i\];Uim=\underset{i=0}{\overset{N-1}{\Σ}}U\[i\]*Hs\[i\];$

其中U[i]为第i个数据点的采样值，Hc、Hs应为循环寻址。最终得到的

根据基波有效值就可以得到本通道的真实数字输出值，将该值和本通道的额定数字输出值比较就能得到本通道的系数，额定数字输出值与通道类型有关，具体的映射关系如表1所示；根据基波实部和虚部的运算可以得到通道相位值，与指定的基准通道的相位比较，就能知道当前通道的相位偏移值。

表1

序号	通道类型	模拟输入	数字输出
				1	保护电流通道	5A/1A	463
2	测量电流通道	5A/1A	11585
				3	相电压通道	57.74V	11585
4	零序电压通道	60V	2317

最后，将校正完成的参数固化到合并单元的通道校正的配置文件里面，整个通道校正的工作就完成了，每次装置重启的时候，都会读取通道校正配置文件里的零漂、系数和相位等参数，并在各通道采集数据的时候参与数据校正运算。

总之，根据本发明的通道自动校正的方法，能够提供高效的校正方法，并且校正精度非常高。对提高整个常规合并器的生产和测试效率有很大的帮助。

本发明的一种电力系统合并单元采集通道的校正系统的实施例

本发明所提供的校正系统包括通道数据采集模块和通道数据校正模块，其中通道数据采集模块用于完成各个通道的数据采集工作，且采集到的数据为连续有效的周波数据，并将采集到的上述数据分别存档在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；通道数据校正模块用于对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正模块中存储有通道校正配置文件，校正时，可通过调取通道校正配置文件中相应的校正算法对通道采集数据进行校正。

通道数据校正模块的校正过程如下：零漂校正采用算术平均值的算法得到，然后将零漂校正后得到的真实采样数据值进行傅立叶变换，以得到本通道的基波波形的实部和虚部以及基波有效值，并根据基波有效值得到本通道的真实数字输出值，将该值和本通道的额定数字输出值比较就能得到本通道的系数，实现系数校正；再根据基波实部和虚部的运算得到通道相位值，与指定的基准通道的相位比较，得到当前通道的相位偏移值，实现相位校正。通道校正配置文件里的校正算法包括零漂校正、系数校正和相位校正，零漂校正是采用周期均值算法得到，系数校正是将通道内备份区数据的有效幅值与额定幅值比较得到，相位校正是将通道内备份区数据的角度值与指定基准通道比较得到。具体的校正过程与方法实施例中相同，这里不再赘述。

Claims (10)

1.一种电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，该校正方法包括以下步骤：

1)获取合并单元每一个采集通道连续、有效的通道数据；

2)并将采集到的上述数据分别存档在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；

3)对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取相应的校正模块实现的。

2.根据权利要求1所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述步骤1)中存入通道缓存区内的数据点数为周期采样点数的整数倍。

3.根据权利要求2所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述步骤3)中校正模块包括零漂校正模块、系数校正模块和相位校正模块，所述零漂校正模块是采用周期均值算法实现，所述系数校正模块是将通道内备份区数据的有效幅值与额定幅值比较得到，所述相位校正模块是将通道内备份区数据的角度值与指定基准通道比较得到。

4.根据权利要求3所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述校正完成后可将对应通道数据备份区内数据清空，继续存储采集到的通道数据。

5.根据权利要求4所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述零漂校正模块的校正过程如下：

A.计算本通道备份区内所存采样点数据的算术平均值；

B.将该通道备份区的各采样点的数据值分别减去算数平均值以得到每个采样点的零漂偏移；

C.计算所有点的零漂偏移的算术平均值，该算术平均值即为本通道的零漂偏移值。

6.根据权利要求4所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述系数校正模块的校正过程如下：

A)用本通道备份区每一个采样点数据分别减去该通道的零漂偏移值，以得到每个采样点的真实采样值；

B)将得到的所有点的真实采样值进行傅里叶算变换，以得到本通道基波波形的基波有效值；

C)根据基波有效值计算本通道的真实数字输出值，将该值和本通道的额定数字输出值进行比较，结果即为本通道的系数。

7.根据权利要求4所述的电力系统合并单元采集通道的校正方法，其特征在于，所述相位校正模块的校正过程如下：

a.用本通道备份区每一个采样点数据分别减去该通道的零漂偏移值，以得到每个采样点的真实采样值；

b.将得到的所有点的真实采样值进行傅里叶算变换，以得到本通道基波波形的基波实部和虚部；

c.根据基波实部和虚部计算通道相位值，与将该通道的相位值指定的基准通道的相位进行比较，所得结果即为当前通道的相位偏移值。

8.一种电力系统合并单元采集通道的校正系统，其特征在于，该校正系统包括通道数据采集模块和通道数据校正模块，所述通道数据采集模块用于完成各个通道的数据采集工作，且采集到的数据为连续有效的周波数据，并将采集到的上述数据分别存档在各自的通道数据备份区内，并在存储的数据达到校正需要的点数之后停止该通道的数据存储工作；所述通道数据校正模块用于对停止存储工作的各通道数据备份区内的数据进行相应的通道校正，该校正过程是通过调取通道校正配置文件里的校正算法完成。

9.根据权利要求8所述的电力系统合并单元采集通道的校正系统，其特征在于，所述通道校正配置文件里的校正算法包括零漂校正、系数校正和相位校正，所述零漂校正是采用周期均值算法得到，所述系数校正是将通道内备份区数据的有效幅值与额定幅值比较得到，所述相位校正是将通道内备份区数据的角度值与指定基准通道比较得到。

10.根据权利要求9所述的电力系统合并单元采集通道的校正系统，其特征在于，所述通道数据校正模块在完成数据校正后清空通道数据采集模块中的数据备份区，使通道数据采集模块继续备份通道数据。