CN107782992A - 一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法及装置，录波方法包括：采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k‑1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k‑1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。本发明通过对浪涌干扰高频瞬态脉冲部分进行线形插值滤波处理，从而保证电压、电流采样信号的准确性录波，有效避免了浪涌干扰会导致故障录波误启动的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法及装置，属于电力工程技术领域。
背景技术
浪涌就是超出正常电压的瞬间过电压，一般指电网中出现的短时间像“浪”一样的高电压引起的大电流。从本质上讲，浪涌就是发生在瞬间的一种剧烈脉冲。浪涌电压的产生原因有两个：一个是雷电，另一个是电网上的大型负荷接通或断开(包括补偿电容的投切)时产生的。浪涌波形可分为高频瞬态脉冲部分和低频衰减部分，其中高频瞬态脉冲部分幅值变化大，对实时数据分析的影响非常大，但持续时间短，大部分为毫秒级。
在变电站实际工作的情况下，浪涌干扰会影响故障录波装置实时数据采样，产生数据畸变，使计算幅值、相角、频率等一系列电参量产生偏差，从而导致故障录波的误启动。因此，为了避免故障录波的误启动，需要准确地识别并滤除浪涌干扰信号，保证电压、电流采样的准确录波。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法及装置，用于解决故障录波装置因浪涌干扰信号导致故障录波误启动的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，步骤如下：
采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；
若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；
根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；
若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。
进一步的，判断当前周波是否发生浪涌干扰的步骤如下：
根据变电站网络报文前一周波数据、当前周波以及后一周波数据，依次获取四个采样点数据Xk-1、Xk、Xk-N和Xk+N，若满足下面的任意一个条件，则判定为当前周波第k点发生浪涌干扰：
条件a：Δf(k)＞Δfset且Δf(k-N)＞Δfset
条件b：Δf(k)＞Δfset且Δf(k+N)＞Δfset
其中，Δf(k)＝|Xk-Xk-1|，Δf(k-N)＝|Xk-Xk-N|，Δf(k+N)＝|Xk-Xk+N|，Xk为当前周波第k个采样点，Xk-1为当前周波第k-1个采样点，Xk-N为前一周波第k个采样点，Xk+N为后一周波第k个采样点，N为每周波采样点数，Δfset＝2(A+5Bset)*sin(π/N)，A为当前模拟量通道二次额定电压或额定电流，Bset为当前模拟量通道突变启动定值。
进一步的，还包括若不满足通道突变启动条件，则将替换后的采样数据替代当前周波的实时采样数据。
进一步的，若满足条件a，采用前一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1-N)为前一周波第k+1个点的采样值，g(k-N)为前一周波第k个点的采样值，g(k-1-N)为前一周波第k-1个点的采样值；
若满足条件b，采用后一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1+N)为后一周波第k+1个点的采样值，g(k+N)为后一周波第k个点的采样值，g(k-1+N)为后一周波第k-1个点的采样值。
进一步的，若变电站网络报文数据为电压数据，A为当前模拟量通道二次额定电压；若变电站网络报文数据为电流数据，A为当前模拟量通道二次额定电流。
本发明还提供了一种基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，包括滤波装置处理器，所述滤波装置处理器处理实现如下方法的指令：
采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；
若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；
根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；
若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。
进一步的，还包括判断当前周波是否发生浪涌干扰的步骤的指令：
根据变电站网络报文前一周波数据、当前周波以及后一周波数据，依次获取四个采样点数据Xk-1、Xk、Xk-N和Xk+N，若满足下面的任意一个条件，则判定为当前周波第k点发生浪涌干扰：
条件a：Δf(k)＞Δfset且Δf(k-N)＞Δfset
条件b：Δf(k)＞Δfset且Δf(k+N)＞Δfset
其中，Δf(k)＝|Xk-Xk-1|，Δf(k-N)＝|Xk-Xk-N|，Δf(k+N)＝|Xk-Xk+N|，Xk为当前周波第k个采样点，Xk-1为当前周波第k-1个采样点，Xk-N为前一周波第k个采样点，Xk+N为后一周波第k个采样点，N为每周波采样点数，Δfset＝2(A+5Bset)*sin(π/N)，A为当前模拟量通道二次额定电压或额定电流，Bset为当前模拟量通道突变启动定值。
进一步的，还包括实现如下方法的指令：
若不满足通道突变启动条件，则将替换后的采样数据替换当前周波的实时采样数据。
进一步的，若满足条件a，采用前一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1-N)为前一周波第k+1个点的采样值，g(k-N)为前一周波第k个点的采样值，g(k-1-N)为前一周波第k-1个点的采样值；
若满足条件b，采用后一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1+N)为后一周波第k+1个点的采样值，g(k+N)为后一周波第k个点的采样值，g(k-1+N)为后一周波第k-1个点的采样值。
进一步的，若变电站网络报文数据为电压数据，A为当前模拟量通道二次额定电压；若变电站网络报文数据为电流数据，A为当前模拟量通道二次额定电流。
本发明的有益效果是：
当判断出当前周波发生浪涌干扰的情况下，对浪涌干扰高频瞬态脉冲部分进行线形插值滤波处理，然后判断当前周波与前一周波的幅值是否满足设定条件，若满足设定条件，则开启通道滤波，从而保证了电压、电流采样信号的准确录波，避免了故障录波装置因干扰信号导致故障录波误启动的问题，确保装置稳定可靠启动录波。
进一步的，通过判断当前周波和前一周波数据或者当前周波和后一周波数据的采样点数据是否满足设定的条件，可以准确地识别出电压波形或电流波形中的浪涌干扰信号，为后续滤除该浪涌干扰信号，避免故障录波装置因浪涌干扰信号导致故障录波误启动提供了可靠的依据。
附图说明
图1为本发明基于变电站抗浪涌干扰的录波方法的流程图；
图2为本发明模拟信号的原始采样波形；
图3为本发明浪涌发生处局部放大的原始采样波形；
图4为本发明浪涌发生处经过线性插值滤波后的采样波形局部放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
在变电站实际工作的情况下，浪涌干扰会影响实时采样数据发生畸变，使故障录波装置计算幅值、相角、频率等一系列电参量产生偏差，从而导致录波的误启动。本发明针对浪涌波形的特点，提供了一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其逻辑示意图如图1所示，具体包括以下步骤：
(1)采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰。
具体的，采集变电站网络报文实时数据，采样频率为4000Hz，即每周波采样点数N＝80。在本实施例中，模拟信号的原始采样波形如图2所示。将采集到的实时数据写入实时数据缓冲区，实时数据缓冲区是一个数组循环队列，至少包括前一周波采样数据缓冲区dSampleDataBuf1[N]，当前周波采样数据缓冲区dSampleDataBuf[N]和后一周波采样数据缓冲区dSampleDataBuf2[N]，实时数据缓冲区数组循环队列逻辑结构如表1所示：
表1
根据采集到的变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰的步骤如下：
1)根据数据缓冲区变电站网络报文前一周波数据、当前周波以及后一周波数据，依次获取四个采样点数据Xk-1、Xk、Xk-N和Xk+N，其中，Xk为当前周波第k个采样点，Xk-1为当前周波第k-1个采样点，Xk-N为上一周波第k个采样点，Xk+N为下一周波第k个采样点，N为每周波采样点数。
2)分别求出上述两个采样点的采样值之间的差的绝对值：
Δf(k)＝|Xk-Xk-1|
Δf(k-N)＝|Xk-Xk-N|
Δf(k+N)＝|Xk-Xk+N|
3)若满足下面的任意一个条件，则判定为当前周波第k点发生浪涌干扰：
条件a：Δf(k)＞Δfset且Δf(k-N)＞Δfset
条件b：Δf(k)＞Δfset且Δf(k+N)＞Δfset
其中，Δfset的定义为：假设一个理想的正弦波信号为Asinwt，每周波采样点数为N，相邻两个采样点的差为：
当cos(π*(2k+1)/N)＝1时，上式取最大值，取Δfset＝2(A+5Bset)*sin(π/N)，对于电压采样波形，A为当前模拟量通道二次额定电压；对于电流采样波形，A为当前模拟量通道二次额定电流；Bset为当前模拟量通道突变启动定值。
在本实施例中，图3给出了当前周波第k点发生浪涌干扰的局部放大图。
(2)若当前周波第k点发生浪涌干扰，此时分为两种情况：
若采样值满足条件a，获取发生浪涌干扰的前一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据。
若采样值满足条件b，获取发生浪涌干扰的后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据。
由于高频瞬态脉冲部分满足判定条件，是录波误动的根本原因，需要进行滤波处理；低频衰减部分不满足判定条件，对数据计算分析影响很小，不会引起录波误动。因此，如果当前周波第k点发生浪涌干扰，创建临时数据缓冲区，采用浪涌发生前/后(前一周波或者后一周波)的第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据，写入临时数据缓冲区，浪涌发生处经过线性插值滤波后的采样波形局部放大图如图4所示。其中，若满足条件a，采用前一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1-N)为前一周波第k+1个点的采样值，g(k-N)为前一周波第k个点的采样值，g(k-1-N)为前一周波第k-1个点的采样值。
若满足条件b，采用后一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1+N)为后一周波第k+1个点的采样值，g(k+N)为后一周波第k个点的采样值，g(k-1+N)为后一周波第k-1个点的采样值。
(3)根据替换后的采样数据即临时数据缓冲区的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件，此时分为两种情况：
情况1：若满足通道突变启动条件，则不替代当前实时数据缓冲区，直接启动通道突变录波；
情况2：若不满足通道突变启动条件，用临时数据缓冲区数据替代当前实时数据缓冲区数据，继续相关电参量计算和其它故障录波判据计算。
通道突变启动条件为：
|D当前周波-D前一周波|＞ΔD
其中，D当前周波为当前周波幅值，D前一周波为前一周波幅值，ΔD为突变启动定值，一般取ΔD为二次额定值的5％，可根据现场实际情况进行设定。
相关电参量计算包括对幅值、相角、直流分量、谐波(交流电压的二次谐波，三次谐波，五次谐波，七次谐波)、频率、序分量(正序，负序，零序)、功率(有功，无功，功率因数)的计算、变压器纵差计算以及发电机纵差计算等；故障录波判据包括模拟量突变启动、模拟量越上限启动、模拟量越下限启动、电流震荡启动、频率越上限启动、频率下限启动、正序突变、正序越上限启动、正序下限启动，负序突变、负序越上限启动、负序下限启动，零序突变、零序越上限启动、零序下限启动，变压器相关启动，发电机相关启动等。
录波所需的相关电参量和故障录波判据非常多，上述列举出的仅是一些典型的相关电参量和故障录波判据。所有电参量都是基于实时采样数据进行计算的，所以必须对实时采样中浪涌干扰数据进行滤除，并重新计算电参量，否则会导致上述故障录波判据的误启动。
需要说明的是，浪涌识别和通道突变判断主要是为重新计算电参量做准备，即当前周波有浪涌，先在临时缓存区中滤除浪涌信号，判断是否触发通道突变启动，如果没有触发通道突变启动，需要把临时缓存区中的数据复制到实时数据缓存区中，重新计算当前周波相关电参量，这样才不会导致上述故障录波判据的误启动；在临时缓存区中滤除浪涌信号后，如果当前模拟量通道确实发生了突变，直接启动模拟量通道突变录波，不需要进行数据替换，也不需要再判其它判据了。这是由于录波装置的工作原理是：只要有一个录波判据满足条件，就会启动录波。另一方面，在一个录波文件中，也可能包含多种故障。
根据上述两种情况，更新实时数据缓冲区，执行下一次实时数据采样。由于本发明可以有效识别并滤除浪涌干扰，能够保证故障录波装置稳定可靠启动录波。
本发明还提供了一种基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，包括滤波装置处理器，所述滤波装置处理器处理实现如下方法的指令：
采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；
若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；
根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；
若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。
该基于变电站抗浪涌干扰的录波装置的核心是实现上述的基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，由于已对上述的录波方法进行了详细介绍，此处对录波装置不再赘述。
Claims (10)
1.一种基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其特征在于，步骤如下：
采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；
若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；
根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；
若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。
2.根据权利要求1所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其特征在于，判断当前周波是否发生浪涌干扰的步骤如下：
根据变电站网络报文前一周波数据、当前周波以及后一周波数据，依次获取四个采样点数据Xk-1、Xk、Xk-N和Xk+N，若满足下面的任意一个条件，则判定为当前周波第k点发生浪涌干扰：
条件a：Δf(k)＞Δfset且Δf(k-N)＞Δfset
条件b：Δf(k)＞Δfset且Δf(k+N)＞Δfset
其中，Δf(k)＝|Xk-Xk-1|，Δf(k-N)＝|Xk-Xk-N|，Δf(k+N)＝|Xk-Xk+N|，Xk为当前周波第k个采样点，Xk-1为当前周波第k-1个采样点，Xk-N为前一周波第k个采样点，Xk+N为后一周波第k个采样点，N为每周波采样点数，Δfset＝2(A+5Bset)*sin(π/N)，A为当前模拟量通道二次额定电压或额定电流，Bset为当前模拟量通道突变启动定值。
3.根据权利要求1或2所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其特征在于，还包括若不满足通道突变启动条件，则将替换后的采样数据替代当前周波的实时采样数据。
4.根据权利要求2所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其特征在于，若满足条件a，采用前一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
<mrow>
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</mrow>
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<mn>3</mn>
</mfrac>
</mrow>
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1-N)为前一周波第k+1个点的采样值，g(k-N)为前一周波第k个点的采样值，g(k-1-N)为前一周波第k-1个点的采样值；
若满足条件b，采用后一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
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</mrow>
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1+N)为后一周波第k+1个点的采样值，g(k+N)为后一周波第k个点的采样值，g(k-1+N)为后一周波第k-1个点的采样值。
5.根据权利要求2所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波方法，其特征在于，若变电站网络报文数据为电压数据，A为当前模拟量通道二次额定电压；若变电站网络报文数据为电流数据，A为当前模拟量通道二次额定电流。
6.一种基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，其特征在于，包括滤波装置处理器，所述滤波装置处理器处理实现如下方法的指令：
采集变电站网络报文实时数据，判断当前周波是否发生浪涌干扰；
若发生浪涌干扰，获取发生浪涌干扰的前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值，采用前/后一周波第k-1、k和k+1点处实时采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，并替换浪涌干扰高频瞬态脉冲部分的数据；
根据替换后的采样数据，计算当前周波的幅值，并与前一周波的幅值进行比较，判断是否满足通道突变启动条件；
若满足通道突变启动条件，则启动通道突变录波。
7.根据权利要求6所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，其特征在于，还包括判断当前周波是否发生浪涌干扰的步骤的指令：
根据变电站网络报文前一周波数据、当前周波以及后一周波数据，依次获取四个采样点数据Xk-1、Xk、Xk-N和Xk+N，若满足下面的任意一个条件，则判定为当前周波第k点发生浪涌干扰：
条件a：Δf(k)＞Δfset且Δf(k-N)＞Δfset
条件b：Δf(k)＞Δfset且Δf(k+N)＞Δfset
其中，Δf(k)＝|Xk-Xk-1|，Δf(k-N)＝|Xk-Xk-N|，Δf(k+N)＝|Xk-Xk+N|，Xk为当前周波第k个采样点，Xk-1为当前周波第k-1个采样点，Xk-N为前一周波第k个采样点，Xk+N为后一周波第k个采样点，N为每周波采样点数，Δfset＝2(A+5Bset)*sin(π/N)，A为当前模拟量通道二次额定电压或额定电流，Bset为当前模拟量通道突变启动定值。
8.根据权利要求6或7所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，其特征在于，还包括实现如下方法的指令：
若不满足通道突变启动条件，则将替换后的采样数据替换当前周波的实时采样数据。
9.根据权利要求7所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，其特征在于，若满足条件a，采用前一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
<mrow>
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<mn>1</mn>
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</mrow>
</mrow>
<mn>3</mn>
</mfrac>
</mrow>
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1-N)为前一周波第k+1个点的采样值，g(k-N)为前一周波第k个点的采样值，g(k-1-N)为前一周波第k-1个点的采样值；
若满足条件b，采用后一周波的采样值对当前周波进行线形插值滤波计算，计算公式为：
<mrow>
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<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>k</mi>
<mo>-</mo>
<mn>1</mn>
<mo>-</mo>
<mi>N</mi>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
<mn>3</mn>
</mfrac>
</mrow>
其中，g(k)为当前周波第k个点的线形插值，g(k+1+N)为后一周波第k+1个点的采样值，g(k+N)为后一周波第k个点的采样值，g(k-1+N)为后一周波第k-1个点的采样值。
10.根据权利要求7所述的基于变电站抗浪涌干扰的录波装置，其特征在于，若变电站网络报文数据为电压数据，A为当前模拟量通道二次额定电压；若变电站网络报文数据为电流数据，A为当前模拟量通道二次额定电流。
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