CN105425182A - 一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，与现有技术相比解决了故障指示器的校准方法无法提高电流精度的缺陷。本发明包括以下步骤：校检模式，在校检模式下进行电流精度的校准；正常模式，计算正常模式下的常规校准系数。本发明优化了故障指示器校准流程，提高线路负荷电流采样的精度。

Description

一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法

技术领域

本发明涉及中压配网故障在线监测技术领域，具体来说是一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法。

背景技术

在中压配电网领域，短路故障和接地故障的检测与定位一直是关系配网能否正常运行的技术难点，准确查找故障区段，可有效避免对非故障线路的倒闸操作，保证供电连续性。由于故障指示器可以指示和上报短路及接地故障，因此可以通过观察故障指示器本体状态变化来查找故障区段。目前，不少学者与机构已提出优良的故障判断方法，也进行了广泛的应用，但故障指示器精度一直是困扰配电网故障准确判断的难题。由于故障判断主要依赖于负荷电流的变化，电流精度直接关系到故障判断结果，进而影响着故障区段及故障点能否正确定位。因此，如何优化故障指示器生产过程中的校准方法及选择尽最大可能提高电流精度的方法，从而提高故障检测的准确性和可靠性已经成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中故障指示器的校准方法无法提高电流精度的缺陷，提供一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，包括以下步骤：

校检模式，在校检模式下进行电流精度的校准；

正常模式，计算正常模式下的常规校准系数。

所述的校检模式包括以下步骤：

上位机校准软件通过数据转发装置向在检故障指示器下发进入校检命令，在检故障指示器检测到大电流且收到进入校检命令后进入校检模式；

上位机校准软件向在检的故障指示器依次发送广播校准命令，广播校准命令包括各校准档位i和校准档位i所对应的负荷电流值y_i，其中1≤i≤n；

在检的故障指示器收到广播校准命令后，对n个校准档位依次开始连续采样100个周波的采样值，并对连续100个采样值按冒泡法进行排序；

故障指示器对排序后的100个采样值取中间50个采样值，并对中间50个采样值进行求平均计算，得出采样平均值x_i；

根据采样平均值x_i和对应负荷电流值y_i确定第i档校准系数；

通过第i档校准系数所对应的瞬时采样值x计算当前负荷电流值y，其计算公式如下：

y＝k_Ji*x，N_i-1≤x≤N_i；

分别计算n个校准档位的瞬时采样值x_n所对应的负荷电流值y_n,并依次对在检的故障指示器进行数据召唤，判断其校准是否成功；

待所有档位校准结束后，在检故障指示器根据校准软件下发的“广播复归”命令复位重启同时退出校检模式。

所述的正常模式包括以下步骤：

获取校检模式下的校准档位电流值y_i和对应采样值x_i；

计算出正常模式下的校准斜率k_i和校准截距b_i。

所述的根据采样平均值x_i和对应负荷电流值y_i确定第i档校准系数k_Ji包括以下步骤：

根据采样平均值x_i获取x_i所在的区间上界N_i，区间上界N_i的约束条件为x_i<N_i<x_i+1，区间上界N_i的计算公式如下：

N_i＝u_i*x_i，

其中，N_i为x_i的区间上界，x_i为采样平均值，u_i为约束系数；

根据x_i的区间上界N_i确定x_i所对应的第i档校准档位所在区间，获取第i档校准档位所对应的负荷电流值y_i；

确定校准系数k_Ji，校准系数k_Ji的计算公式如下：

k_Ji＝y_i/x_i，

其中：k_Ji为校检模式下的校准系数，x_i为采样平均值，y_i为x_i所处的第i档的所对应的负荷电流值。

所述的连续采样100个周波采样值的每周波为20ms，采样100个周波持续2s。

所述的计算出正常模式下的校准斜率和校准截距包括以下步骤：

设当前采样值x位于区间[x_i,x_i+1]，其中x_i和x_i+1对应电流值分别为y_i和y_i+1；

计算当前采样值x对应的电流值y，其计算公式如下：

$y=\frac{x-x_{i+1}}{x_i-x_{i+1}}{y}_i+\frac{x-x_i}{x_{i+1}-x_i}{y}_{i+1},\left(x_i\&le;x\&le;x_{i+1}\right);$

根据公式y＝k_ix+b_i(x_i≤x≤x_i+1)，提取出k_i和b_i，

其中，k_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的斜率，

b_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的截距；

提取出斜率k_i和截距b_i的计算公式如下：

$k_i=\frac{y_{i+1}-y_i}{x_{i+1}-x_i},b_i=\frac{x_{i+1}{y}_i-x_i{y}_{i+1}}{x_{i+1}-x_i}.$

还包括采样精度值θ的计算，其包括以下步骤：

计算电流实际值与计算值之间的偏差值Δy，其计算公式如下：

Δy＝y_act-y，

其中y_act为电流实际值，y为电流计算值；

计算采样精度值θ，其计算公式如下：

θ＝△y/y_act，

其中：Δy为电流实际值与计算值之间的偏差值，y_act为电流实际值。

有益效果

本发明的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，与现有技术相比优化了故障指示器校准流程，提高线路负荷电流采样的精度。本发明通过校准时采样100个电流周波有效值且冒泡排序后取中间50个点的值用以计算校准系数能有效避免了电磁干扰而导致的异常状况；通过在正常模式下采用分段现象插值方法能有效提高故障指示器在正常模式下的电流精度，进而确保故障检测的准确性和可靠性。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2是校检模式下校准档位的电流计算方法原理解释图；

图3是正常模式下电流计算方法原理解释图；

图4是图3中虚线部分放大示意图。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，本发明所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，该方法分为两种工作模式：校检模式和正常模式。校检模式下的电流计算方法用以避免对已校准故障指示器误校准并提高校检效率；正常模式下的常规校准系数可以用以提高电流精度，进而关系着线路故障的准确、可靠判断。包括以下步骤：

第一步，校检模式。在校检模式下进行电流精度的校准，其具体包括以下步骤：

(1)上位机校准软件通过数据转发装置向在检故障指示器下发进入校检命令，在检故障指示器检测到大电流且收到进入校检命令后进入校检模式，故障指示器作红色翻牌指示。故障指示器主要包括故障检测模块、翻牌闪灯模块和短距离无线射频通信模块。故障检测模块主要用于在线实时检测线路工况，在短路或接地故障发生时迅速作出响应，翻牌闪灯告警并通过短距离无线射频通信模块将故障信息上传给数据中转站；翻牌闪灯模块用于在线路发生故障后的告警显示，方便巡线人员对当前线路是否发生故障作出视觉上的直接判断；短距离无线射频通信模块主要用以实现故障指示器与数据中转站之间的通信。

(2)上位机校准软件向在检的故障指示器依次发送广播校准命令，广播校准命令包括各校准档位i和校准档位i所对应的负荷电流值y_i，其中1≤i≤n。各校准档位i中，1≤i≤n表示i为升序排列，校准档位i对应电流值y_i的确定是通过人工对故障指示器的大量测试数据进行统计学分析后得到的，因此校准档位i所对应的电流值y_i存在较大误差，只能用于在校检模式下的确定第i档校准系数。

(3)在检的故障指示器收到广播校准命令后，对n个校准档位依次开始连续采样100个周波的采样值，并对连续100个采样值按冒泡法进行排序。为了避免广播命令对已校准故障指示器误校准，在此只有处于校检模式下的故障指示器才能接收到到所述的广播校准命令。在检故障指示器收到广播校准命令后开始存值校准，进行单步校准，即对n个校准档位依次进行校准。在检故障指示器收到校准命令后开始保存100个周波的采样值，连续采样100个周波采样值的每周波为20ms，采样100个周波持续2s，存满后用冒泡法排序并取中间50个求平均后作为校准档位对应的采样值，用x₁,x₂,…,x_n表示。

(4)故障指示器对排序后的100个采样值取中间50个采样值，并对中间50个采样值进行求平均计算，得出采样平均值x_i。对100个采样值取中间50个采样值，并对此进行求平均，可以进一步地增加数据的普遍性和准确性，提高电流精度。

(5)根据采样平均值x_i和对应负荷电流值y_i确定第i档校准系数。如图2所示，校检模式下的第i档校准系数是在校检模式下使用，由于故障指示器在校准前所有校准档位均为0，在第y_i档校准结束后，下一档y_i+1对应的采样值x_i+1还为0，因此无法依靠x_i+1来确定x_i所在区间的上界。因此只有针对n个校准档位依次计算出这一档所针对的校准系数，再通过这一档的校准系数计算出负荷电流值y。

采样平均值x_i作为计算校准系数的原始数据，利用它计算校检模式下采用的校准系数和所在区间上界。第i档校准系数的确定包括以下步骤：

A、根据采样平均值x_i获取x_i所在的区间上界N_i，区间上界N_i的约束条件为x_i<N_i<x_i+1。为了确定出采样平均值x_i处在n个校准档位的哪一档，以配合相应档所对应的负荷电流值y_i计算出这一档的校准系数，从而提高校准效率，则需要在每校准一档后将对应采样值扩大适当的倍数来给当前校准档位检验时的所在区间提供一个合适的上界N_i，以便于数据召唤后进行精度计算，进而提高校检效率。

区间上界N_i的计算公式如下：

N_i＝u_i*x_i，

其中，N_i为x_i的区间上界，x_i为采样平均值，u_i为约束系数。u_i为常数，其具体数值根据测试实际情况拟定即可。

B、根据x_i的区间上界N_i确定x_i所对应的第i档校准档位所在区间，针对此获取第i档校准档位所对应的负荷电流值y_i，即根据x_i所处的校准档位获取该校准档位对应的负荷电流值y_i，负荷电流值y_i则在广播校准命令中直接提取即可。

C、确定校准系数k_Ji，校准系数k_Ji的计算公式如下：

k_Ji＝y_i/x_i，

其中：k_Ji为校检模式下的校准系数，x_i为采样平均值，y_i为x_i所处的第i档的所对应的负荷电流值。

(6)通过第i档校准系数所对应的瞬时采样值x计算当前负荷电流值y，其计算公式如下：

y＝k_Ji*x，N_i-1≤x≤N_i。

第i档校准系数的确定过程，原理上相当于利用第i档的采样平均值x_i和所对应的负荷电流值y_i进行倒推，从而计算出第i档校准系数k_Ji，同理，此校准系数k_Ji只适用于第i档，若为第q档则存在其对应的校准系数k_Jq。第i档校准系数的确定后，则通过实时采样获取到的瞬时采样值x，利用此档的校准系数，计算出当前瞬时采样值x所对应的负荷电流值y。

(7)分别计算n个校准档位的瞬时采样值x_n所对应的负荷电流值y_n,依次对在检的故障指示器进行数据召唤，判断其校准是否成功，负荷电流值y是否正确。

(8)待所有档位校准结束后，在检故障指示器根据校准软件下发的“广播复归”命令复位重启同时退出校检模式，完成校检模式下进行电流精度的校准。

第二步，正常模式。计算正常模式下的常规校准系数，在程序初始化时由校准时保存的相应校准档位的电流值y_i和对应采样值x_i，根据分段线性插值法计算正常模式下采用的校准系数，即斜率k_i和截距b_i。其具体步骤如下：

(1)获取校检模式下的校准档位电流值y_i和对应采样值x_i，其通过校检模式的相关计算获取。

(2)计算出正常模式下的校准斜率k_i和校准截距b_i。其包括以下步骤：

A、如图3和图4所示，设当前采样值x位于区间[x_i,x_i+1]，即以采样值x所在区间[x_i,x_i+1]为例，其中x_i和x_i+1对应电流值分别为y_i和y_i+1。

B、计算当前采样值x对应的电流值y，其计算公式如下：

$y=\frac{x-x_{i+1}}{x_i-x_{i+1}}{y}_i+\frac{x-x_i}{x_{i+1}-x_i}{y}_{i+1},\left(x_i\&le;x\&le;x_{i+1}\right).$

C、对电流值y的计算公式按公式y＝k_ix+b_i(x_i≤x≤x_i+1)进行演算，提取出k_i和b_i，

其中，k_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的斜率，

b_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的截距。

根据其提取出斜率k_i和截距b_i的计算公式如下：

$k_i=\frac{y_{i+1}-y_i}{x_{i+1}-x_i},b_i=\frac{x_{i+1}{y}_i-x_i{y}_{i+1}}{x_{i+1}-x_i}.$

则在校检模式结束后并复位重启后程序初始化(正常模式)，得到正常模式下的常规校准系数，即正常模式下的校准斜率和校准截距。

如图4所示，区间[x_i,x_i+1]内采样值x对应的采样精度θ的计算步骤如下：

首先，计算电流实际值与计算值之间的偏差值Δy，其计算公式如下：

Δy＝y_act-y，

其中y_act为电流实际值，y为电流计算值。

其次，计算采样精度值θ，其计算公式如下：

θ＝△y/y_act，

其中：Δy为电流实际值与计算值之间的偏差值，y_act为电流实际值。由图4可以看出，当所选分段区间范围足够小时，Δy趋近于0，也说明采用本校准方法针对采样值x所产生的电流计算值y精度较高。

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，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

11)校检模式，在校检模式下进行电流精度的校准；

12)正常模式，计算正常模式下的常规校准系数。

2.根据权利要求1所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，所述的校检模式包括以下步骤：

21)上位机校准软件通过数据转发装置向在检故障指示器下发进入校检命令，在检故障指示器检测到大电流且收到进入校检命令后进入校检模式；

22)上位机校准软件向在检的故障指示器依次发送广播校准命令，广播校准命令包括各校准档位i和校准档位i所对应的负荷电流值y_i，其中1≤i≤n；

23)在检的故障指示器收到广播校准命令后，对n个校准档位依次开始连续采样100个周波的采样值，并对连续100个采样值按冒泡法进行排序；

24)故障指示器对排序后的100个采样值取中间50个采样值，并对中间50个采样值进行求平均计算，得出采样平均值x_i；

25)根据采样平均值x_i和对应负荷电流值y_i确定第i档校准系数；

26)通过第i档校准系数所对应的瞬时采样值x计算当前负荷电流值y，其计算公式如下：

y＝k_Ji*x，N_i-1≤x≤N_i；

27)分别计算n个校准档位的瞬时采样值x_n所对应的负荷电流值y_n,并依次对在检的故障指示器进行数据召唤，判断其校准是否成功；

28)待所有档位校准结束后，在检故障指示器根据校准软件下发的“广播复归”命令复位重启同时退出校检模式。

3.根据权利要求1所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，所述的正常模式包括以下步骤：

31)获取校检模式下的校准档位电流值y_i和对应采样值x_i；

32)计算出正常模式下的校准斜率k_i和校准截距b_i。

4.根据权利要求2所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，所述的根据采样平均值x_i和对应负荷电流值y_i确定第i档校准系数k_Ji包括以下步骤：

41)根据采样平均值x_i获取x_i所在的区间上界N_i，区间上界N_i的约束条件为x_i<N_i<x_i+1，区间上界N_i的计算公式如下：

N_i＝u_i*x_i，

其中，N_i为x_i的区间上界，x_i为采样平均值，u_i为约束系数；

42)根据x_i的区间上界N_i确定x_i所对应的第i档校准档位所在区间，获取第i档校准档位所对应的负荷电流值y_i；

43)确定校准系数k_Ji，校准系数k_Ji的计算公式如下：

k_Ji＝y_i/x_i，

其中：k_Ji为校检模式下的校准系数，x_i为采样平均值，y_i为x_i所处的第i档的所对应的负荷电流值。

5.根据权利要求2所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于：所述的连续采样100个周波采样值的每周波为20ms，采样100个周波持续2s。

6.根据权利要求3所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，所述的计算出正常模式下的校准斜率和校准截距包括以下步骤：

61)设当前采样值x位于区间[x_i,x_i+1]，其中x_i和x_i+1对应电流值分别为y_i和y_i+1；

62)计算当前采样值x对应的电流值y，其计算公式如下：

$y=\frac{x-x_{i+1}}{x_i-x_{i+1}}{y}_i+\frac{x-x_i}{x_{i+1}-x_i}{y}_{i+1},(x_i\&le;x\&le;x_{i+1});$

63)根据公式y＝k_ix+b_i(x_i≤x≤x_i+1)，提取出k_i和b_i，

其中，k_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的斜率，

b_i表示区间[x_i,x_i+1]内电流计算采用的截距；

提取出斜率k_i和截距b_i的计算公式如下：

$k_i=\frac{y_{i+1}-y_i}{x_{i+1}-x_i},b_i=\frac{x_{i+1}{y}_i-x_i{y}_{i+1}}{x_{i+1}-x_i}.$

7.根据权利要求3所述的一种用于故障指示器生产环节的电流精度校准方法，其特征在于，还包括采样精度值θ的计算，其包括以下步骤：

71)计算电流实际值与计算值之间的偏差值Δy，其计算公式如下：

Δy＝y_act-y，

其中y_act为电流实际值，y为电流计算值；

72)计算采样精度值θ，其计算公式如下：

θ＝△y/y_act，

其中：Δy为电流实际值与计算值之间的偏差值，y_act为电流实际值。