CN108362931A - 一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法。其中，所述同步数据采集方法包括：采样步骤、全波有效值计算步骤、基波参数计算步骤、对齐步骤、以及上送步骤，并能够在数据上送时刻将距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据上送至主站。根据本公开实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法能够实现高可靠的安全稳定控制策略，并能够使得安全稳定控制主站能够确定各采集点的数据采集时刻，从而能够在同一时间断面分析系统状态，满足了广域安全稳定控制系统的运行要求。

Description

一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法

技术领域

本公开涉及电力系统安全稳定控制领域，尤其涉及一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法。

背景技术

在电力系统中，安全稳定控制系统是保证电网稳定运行的重要防线。随着互联电网的发展，集中决策式安全稳定控制系统的作用在广域电网中越来越重要，高可靠的安全稳定控制策略的应用也越来越多，而这对广域电网的数据采集提出了更高的要求。

然而，对于现有的集中决策式安全稳定控制系统，安全稳定控制子站往往只向安全稳定控制主站上送有功功率，信息量严重不足而且没有绝对时标。由于信息量的严重不足，导致高可靠的安全稳定控制策略实现起来较为困难；由于绝对时标的缺失，使得安全稳定控制主站不能确定各采集点的数据采集时刻，从而不能在同一时间断面分析系统状态，难以满足广域安全稳定控制系统的运行要求。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法，以解决现有的集中决策式安全稳定系统中所存在的采集信息量不足及数据不同步的技术问题。

根据本公开的一方面，提供了一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法，包括：采样步骤，用于以预定采样间隔对电网电压和/或电网电流进行同步采样，并得到所述电网电压和/或电网电流的采样值；全波有效值计算步骤，用于利用所述采样步骤得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的全波有效值；基波参数计算步骤，用于利用所述采样步骤得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的基波参数；对齐步骤，用于将所述采样步骤得到的所述采样值、所述全波有效值计算步骤得到的所述全波有效值、以及所述基波参数计算步骤得到的所述基波参数按照各自所在的时标对齐到时间断面上，并存储至数据缓冲区；以及上送步骤，用于在数据上送时刻，从所述数据缓冲区中提取距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据，并将所述上送数据上送至主站。

对于上述的同步数据采集方法，在一种可能的实现方式中，在所述采样步骤中，在不能以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样的情况下，以子站的自身时钟为基准来进行采样，并将同步异常标志位置位；在能够以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样的情况下，以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准来进行所述同步采样，并将所述同步异常标志位清零；在所述上送步骤中，所述子站将所述同步异常标志位与所述上送数据一起上送至主站。

对于上述的同步数据采集方法，在一种可能的实现方式中，所述全波有效值计算步骤包括：利用从当前采样值开始向前选取一个工频周期所包含的多个采样值，计算所述全波有效值；以及将所述当前采样值所在的时间断面序号值作为所述全波有效值的时标，其中，所述基波参数包括：基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率，所述基波参数计算步骤包括：针对从当前采样值开始向前选取两个工频周期所包含的多个采样值，进行数字滤波；针对进行了所述数字滤波之后所得到的滤波后数据进行傅立叶变换，以得到所述基波相量；利用所述基波相量来计算所述基波正序相量、所述基波零序相量、所述基波频率、所述基波频率变化率、所述基波功率；以及将距离所述当前采样值向前一个工频周期的采样值所在的时间断面序号值作为所述基波参数的时标。

对于上述的同步数据采集方法，在一种可能的实现方式中，在所述对齐步骤中，将具有同一时标的所述采样值、所述全波有效值和所述基波参数对齐到时间断面上，在所述上送步骤中，将所述上送数据所在的时间断面序号值作为数据报文的时标。

通过利用采样步骤得到的所述采样值计算所述电网电压和/或电网电流的全波有效值和基波参数，并将所述采样值、所述全波有效值和所述基波参数按照各自所在的时标对齐到时间断面上，则在数据上送时刻能够将距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据上送至主站。根据本公开的各方面的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法能够实现高可靠的安全稳定控制策略，并能够使得安全稳定控制主站能够确定各采集点的数据采集时刻，从而能够在同一时间断面分析系统状态，满足了广域安全稳定控制系统的运行要求。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出根据本公开一实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法的流程图；

图2示出根据本公开一实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

图1示出根据本公开一实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法的流程图。其中，该方法主要由安装在广域电网中的各测量点的安全稳定控制子站来执行。如图1所示，该同步数据采集方法可以包括采样步骤S100、全波有效值计算步骤S200、基波参数计算步骤S300、对齐步骤S400、以及上送步骤S500。下面对各步骤的可能实现方式进行如下具体说明。

采样步骤S100用于以预定采样间隔对电网电压和/或电网电流进行同步采样，并得到所述电网电压和/或电网电流的采样值。其中，安全稳定控制子站可以以GPS或北斗提供的秒脉冲为基准，将一秒钟等分为多个采样间隔来进行同步采样，并以采样位置的计数值作为时间断面序号，秒脉冲所对应的采样计数值为时间断面序号的零位置。以1200Hz采样率为例，也就是说，将一秒钟等分为1200个采样间隔。则所述的预定采样间隔为1/1200秒，时间断面序号为0～1199，秒脉冲对应的时间断面序号为0。

在图2示出的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法的示意图中，0，1，…，t-N，t-N+1，…，t-3，t-2，t-1，t可以表示在一个采样周期中的采样位置的计数值。在一个采样周期为一秒钟、采样率为1200Hz的情况下，t的值为1199。

在采样步骤S100中，在安全稳定控制子站不能与GPS或北斗保持同步时，则不能以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样。这时可以以安全稳定控制子站的自身时钟为基准做自守时并维持采样，并将同步异常标志位置位，时间断面序号在达到1199后归零，依次循环。当安全稳定控制子站与GPS或北斗同步时，则能够以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样，这时将同步异常标志位清零。

可选地，代替使用同步异常标志位，还可以根据安全稳定控制子站的采样过程与GPS或北斗之间的同步性，来设置同步状态标志位。其中，同步状态标志位与同步异常标志位相反。在安全稳定控制子站与GPS或北斗保持同步时，将同步状态标志位置位；而在安全稳定控制子站没有与GPS或北斗同步时，将同步状态标志位清零。当然，也可以同时使用同步状态标志位和同步异常标志位。

全波有效值计算步骤S200用于利用在采样步骤S100中得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的全波有效值。具体而言，在该全波有效值计算步骤S200中，可以利用在采样步骤S100中获得的同步采样值，按固定时间间隔以一定数量的采样值为计算窗长来计算得到全波有效值。优选计算全波有效值时所使用的时间间隔与在采样步骤S100中所使用的预定采样间隔相同，以使得全波有效值和采样值的时标单位一致。

在一种可能的具体实现方式中，全波有效值计算步骤S200可以通过如下步骤来实现：利用从当前采样值开始向前选取一个工频周期所包含的多个采样值，计算所述全波有效值；以及将所述当前采样值所在的时间断面序号值作为所述全波有效值的时标。假设采样率为1200Hz，并将采样间隔选取为计算间隔，则一个工频周期所包含的采样点数为24。从当前采样值开始向前选取一个工频周期所包含的这24个采样值，并将这24个采样值作为计算窗长来进行全波有效值的计算。假设当前采样值所在的时间断面序号值为t-N，则选取时间断面序号值为t-N-23至t-N的24个采样值作为用于计算所述全波有效值的多个采样值，并将当前采样值所在的时间断面序号值t-N作为所计算出的全波有效值的时标。

基波参数计算步骤S300用于利用采样步骤S100得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的基波参数。其中，所述基波参数可以包括：基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率。具体而言，在该基波参数计算步骤S300中，可以利用在采样步骤S100中获得的同步采样值，按固定时间间隔，以一定数量的采样值为计算窗长进行数字滤波和计算基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率。与全波有效值计算步骤S200同样地，优选计算基波参数时所使用的时间间隔与在采样步骤S100中所使用的预定采样间隔也相同，以使得基波参数和采样值的时标单位一致。

在一种可能的具体实现方式中，基波参数计算步骤S300可以通过如下步骤来实现：针对从当前采样值开始向前选取两个工频周期所包含的多个采样值，进行数字滤波；针对进行了所述数字滤波之后所得到的滤波后数据进行傅立叶变换，以得到所述基波相量；利用所述基波相量来计算所述基波正序相量、所述基波零序相量、所述基波频率、所述基波频率变化率、所述基波功率；以及将距离所述当前采样值向前一个工频周期的采样值所在的时间断面序号值作为所述基波参数的时标。

考虑稳定控制对数据高实时性和高精度的要求，同时为了方便时标的一致性，选取两个工频周期所包含的采样点做数字滤波，并使用经滤波后的最新数据做傅里叶变换获取基波相量，傅里叶变换数据窗长与有效值计算窗长一致，即24点数据。同时，利用基波相量计算基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率。根据线性滤波器原理，基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率和基波功率的时标为当前时标往前推24个采样计数值。也就是说，如果假设当前采样值所在的时间断面序号值为t-N，则将距离所述当前采样值向前一个工频周期的采样值所在的时间断面序号值t-N-23作为所计算出的基波参数的时标。

对齐步骤S400用于将采样步骤S100得到的所述采样值、全波有效值计算步骤S200得到的所述全波有效值、以及基波参数计算步骤S200得到的所述基波参数按照各自所在的时标对齐到时间断面上，并存储至数据缓冲区。如图2所示，在对齐步骤S400中，将具有同一时标的所述采样值、所述全波有效值和所述基波参数对齐到时间断面上。

由于计算全波有效值和基波参数需要花费一定的时间，并需要考虑计算出的全波有效值和基波参数所发生的时标偏移，因此在当前时刻不能立即获取全波有效值和基波参数。因此，在上送步骤S500中，在数据上送时刻，从所述数据缓冲区中提取距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据也是最新数据，并将所述上送数据上送至主站。如图2所示，假设数据上送时刻是当前时刻，则距离该时刻最近、且要上送的各个数据(采样值、全波有效值、基波参数)最为齐全的时间断面为时间断面序号值为t-N的时间断面。

在上述实施例中，在假设当前采样值所在的时间断面序号值为t-N的情况下，将当前采样值所在的时间断面序号值t-N作为全波有效值的时标，而将距离所述当前采样值向前一个工频周期的采样值所在的时间断面序号值t-N-23作为基波参数的时标。因此，在本实施例中，将当前时标前推24个采样计数值即为距离当前时刻最近，且数据齐全的时间断面。

在一种优选的实施方式中，在该上送步骤S500中，将上送数据所在的时间断面序号值作为数据报文的时标。同时，将该时间断面所对应的同步状态标志位上送，也即所述子站将所述同步异常标志位和/或所述同步状态标志位与所述上送数据一起上送至主站。由此，能够使得安全稳定控制主站能够确定各采集点的数据采集时刻及其同步性。

这样，在根据本公开上述实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法中，通过利用采样步骤得到的所述采样值计算所述电网电压和/或电网电流的全波有效值和基波参数，并将所述采样值、所述全波有效值和所述基波参数按照各自所在的时标对齐到时间断面上，则在数据上送时刻能够将距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据上送至主站。则根据本公开实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法能够实现高可靠的安全稳定控制策略，并能够使得安全稳定控制主站能够确定各采集点的数据采集时刻，从而能够在同一时间断面分析系统状态，满足了广域安全稳定控制系统的运行要求。

另外，在根据本公开上述实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法中，在广域电网中，安装在各测量点的安全稳定控制子站，可以以GPS或北斗提供的绝对时间为基准进行同步采样，并将采样值、有效值、基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率对齐上送至安全稳定控制主站。也就是说，本公开上述实施例可以以GPS或北斗提供的绝对时间为基准，在广域范围内进行数据同步采样，并实现多样化信息提取和带绝对时标上送。因此，在根据本公开上述实施例的应用于电网稳定控制的同步数据采集方法解决了安全稳定控制主站从安全稳定控制子站获取信息不足和数据不同步的问题，为高可靠安全稳定控制策略的应用提供有利条件。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (4)

1.一种应用于电网稳定控制的同步数据采集方法，其特征在于，包括：

采样步骤，用于以预定采样间隔对电网电压和/或电网电流进行同步采样，并得到所述电网电压和/或电网电流的采样值；

全波有效值计算步骤，用于利用所述采样步骤得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的全波有效值；

基波参数计算步骤，用于利用所述采样步骤得到的所述采样值，计算所述电网电压和/或电网电流的基波参数；

对齐步骤，用于将所述采样步骤得到的所述采样值、所述全波有效值计算步骤得到的所述全波有效值、以及所述基波参数计算步骤得到的所述基波参数按照各自所在的时标对齐到时间断面上，并存储至数据缓冲区；以及

上送步骤，用于在数据上送时刻，从所述数据缓冲区中提取距离所述数据上送时刻最近、且存在所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数的时间断面中的所述采样值、所述全波有效值、所述基波参数作为上送数据，并将所述上送数据上送至主站。

2.根据权利要求1所述的同步数据采集方法，其特征在于，

在所述采样步骤中，在不能以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样的情况下，以子站的自身时钟为基准来进行采样，并将同步异常标志位置位；在能够以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准进行所述同步采样的情况下，以GPS或者北斗提供的秒脉冲为基准来进行所述同步采样，并将所述同步异常标志位清零；

在所述上送步骤中，所述子站将所述同步异常标志位与所述上送数据一起上送至主站。

3.根据权利要求1所述的同步数据采集方法，其特征在于，

所述全波有效值计算步骤包括：

利用从当前采样值开始向前选取一个工频周期所包含的多个采样值，计算所述全波有效值；以及

将所述当前采样值所在的时间断面序号值作为所述全波有效值的时标，

其中，所述基波参数包括：基波相量、基波正序相量、基波零序相量、基波频率、基波频率变化率、基波功率，所述基波参数计算步骤包括：

针对从当前采样值开始向前选取两个工频周期所包含的多个采样值，进行数字滤波；

针对进行了所述数字滤波之后所得到的滤波后数据进行傅立叶变换，以得到所述基波相量；

利用所述基波相量来计算所述基波正序相量、所述基波零序相量、所述基波频率、所述基波频率变化率、所述基波功率；以及

将距离所述当前采样值向前一个工频周期的采样值所在的时间断面序号值作为所述基波参数的时标。

4.根据权利要求3所述的同步数据采集方法，其特征在于，

在所述对齐步骤中，将具有同一时标的所述采样值、所述全波有效值和所述基波参数对齐到时间断面上，

在所述上送步骤中，将所述上送数据所在的时间断面序号值作为数据报文的时标。