CN109191543A - 一种交流采样同断面数据生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种交流采样同断面数据生成方法，涉及电力系统自动化技术领域。该方法首先使用不同的采集装置采集电网的实时电量数据，同一采集装置采集的实时电量数据按照不同的频率进行分类；再将同一采集装置采集的同一频率下的数据运用三参数正弦波曲线拟合算法进行拟合，得到不同频率下采集数据的分段拟合函数；然后确定一个时间基准点，并求出在时间轴上不同频率下同一时间点的时间，并将求出的时间带入所求得的分段拟合函数中，求同断面时间点的对应数据值；最后将求出的所有同断面的数据在数据展示平台形成同断面数据。本发明提供的交流采样同断面数据生成方法，生成的同断面数据误差小，精度高，能为高级应用软件分析提供更加准确的数据。

Description

一种交流采样同断面数据生成方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域，尤其涉及一种交流采样同断面数据生成方法。

背景技术

目前，随着现代科技水平的不断发展，电子科技行业例如雷达、通信、医疗、仪器等都达到了一个新的高度，对数据的精度要求越来越高，电网内部也越来越智能化，电网中存在很多高级应用软件，准确的数据会使高级应用软件做出合理的决策，但现在的电力测量的实数据为非同断面数据，这种数据误差较大，影响了各类高级应用软件的分析效果，当电网出现故障后，不利于做出正确的决策，不利于电网安全稳定运行，因此，需要提供电网同断面数据，为应用软件分析提供准确的数据。

最小二乘法在解决采集数据处理和误差方面得到广泛应用，并且可提高数据处理的效率和精确度，已成为数据处理的重要的、比较可靠的技术手段。根据两个变量x和y的n组实验数据，(x_i，y_i)，i＝1，2，…，n来求得这两个变量的函数关系的近似式(经验公式)，这个过程就是曲线拟合。在选择了曲线的数学公式模型之后，使用最小二乘法选择曲线方程中的系数，一般通过对偏差的平方和对每个系数求偏导数，使偏导数为零来建立方程组，经过一系列推导，得到系数公式，然后求得系数。正弦波形的等间距采样序列获得其三参数拟合正弦曲线函数，是一种基本信号处理方法，在许多场合下获得了应用，如评价数据采集系统的有效位数、采集速率、交流增益、通道间延迟、触发特性等，在调制信号的数字化解调和失真度测量中也有应用。

针对三参数正弦波曲线拟合算法，已有众多学者作过大量研究工作，对于这类算法，其相对精度、绝对精度、效率、收敛性以及运行时间等基本可以满足工程应用的要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种交流采样同断面数据生成方法，实现采集的电网数据的同断面数据的生成，为高级应用软件分析提供完整的数据。

一种交流采样同断面数据生成方法，包括以下步骤：

步骤1、使用电网中不同的采集装置采集电网的实时电量数据，并对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合；

所述对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合具体方法为：

步骤1.1、使用电网中的采集装置采集不同频率(f₁，f₂，f₃，……f_m)下的电网实时电量数据，并把所采集的数据按照不同的频率进行分类；得到同一采集装置采集的实时电量数据为：[(t_1，1，y_1，1)、(t_1，2，y_1，2)、……(t_1，n，y_1，n)]、[(t_2，1，y_2，1)、(t_2，2，y_2，2)、……(t_2，n，y_2，n)]、……[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]……[(t_m-1，1，y_m-1，1)、(t_m-1，2，y_m-1，2)、……(t_m-1，n，y_m-1，n)]、[(t_m，1，y_m，1)、(t_m，2，y_mm，2)、……(t_m，n，y_m，n)]；

其中，t_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据的时间；y_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据，i＝1、2、...、n，n为电网中同一采集装置采集的电网实时电量数据，r＝1、2、...、m，m为不同的频率总数；

步骤1.2、将电网中同一采集装置采集的同一频率下的电网实时电量数据[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]运用三参数正弦波曲线拟合算法进行拟合，具体方法为：

步骤1.2.1、求同一采集装置在频率为f_r时的采样周期；

已知采集装置的采样速率为v_r，采样间隔为Δt_r，采样个数为n，则每个采样周期的角频率为

步骤1.2.2、求同一采集装置在同一采样频率下采集的电量数据的拟合曲线；

同一采集装置在同一采样频率下采集的数据序列为(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)，则采集的数据的正弦离散形式为：

y_r，i＝B_rsin(ω_rt_r，i)+C_rcos(ω_rt_r，i) (2)

其中，B_r和C_r为均系数；

选取B_r和C_r，使如下公式所示的残差平方和最小：

此时的系数B_r＝B_r0和C_r0为同一频率下采集的电量数据的最小二乘拟合值；

步骤1.2.3、所述选取B_r和C_r，使残差平方和最小的具体方法为：

构造如下矩阵：

则将残差平方和公式化简为矩阵形式，如下公式所示：

当最小时，得到未知θ_r的最小二乘解如下公式所示：

则同一频率下采集的电量数据的拟合函数如下公式所示：

根据拟合函数求出三角函数的最佳拟合曲线里的幅值A_r和相角α_r，如下公式所示：

进而得到同一采集装置的第r个周期采集的电量数据的函数关系，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)

步骤1.3、重复步骤1.2，得到同一采集装置不同频率下采集数据的分段拟合函数，g(t₁)，g(t₂)，…，g(t_m)；

步骤2、确定电网所有待求时刻的同断面数据；

步骤2.1、确定一个时间基准点，并求出在时间轴上不同频率下同一时间点的时间；

设以频率f₁取点的数据周期内t₁为基准时间，则以频率f_r周期内取点的对应时间点如下公式所示：

步骤2.2、把步骤2.1求出的时间带入由步骤1.3所求得的分段拟合函数的表达式中，求同断面时间点的对应数据值，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)

步骤2.3、重复步骤2.2，算出r＝1，2，3，…，m时的g(t_r)，进而求出所有同断面的数据；

步骤3：将求出的所有同断面的数据在数据展示平台形成同断面数据。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种交流采样同断面数据生成方法，突破传统的的电力测量数据分析方法，利用已采集数据点，通过算法拟合，拟合最优的数学曲线，运用已求的数学曲线，确定在不同频率下同一时刻的数据，实现电网数据的同断面采集，为高级应用软件分析提供完整的数据。本发明方法生成的同断面数据误差小，精度高，能为高级应用软件分析提供更加准确的数据。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种交流采样同断面数据生成方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的电网中同一采集装置采集的不同频率下的电网实时电量数据的示意图；

图3为本发明实施例提供的电网中同一采集装置在不同频率下采集的数据的拟合曲线示意图；

图4为本发明实施例提供的电网中同一采集装置产生的同断面数据示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某电网为例，使用本发明的交流采样同断面数据生成方法，将该电网的实时测量数据生成同断面数据。

一种交流采样同断面数据生成方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、使用电网中不同的采集装置采集电网的实时电量数据，并对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合；

所述对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合具体方法为：

步骤1.1、使用电网中的采集装置采集不同频率(f₁，f₂，f₃，……f_m)下的电网实时电量数据，并把所采集的数据按照不同的频率进行分类，如图2所示；得到同一采集装置采集的实时电量数据为：[(t_1，1，y_1，1)、(t_1，2，y_1，2)、……(t_1，n，y_1，n)]、[(t_2，1，y_2，1)、(t_2，2，y_2，2)、……(t_2，n，y_2，n)]、……[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]……[(t_m-1，1，y_m-1，1)、(t_m-1，2，y_m-1，2)、……(t_m-1，n，y_m-1，n)]、[(t_m，1，y_m，1)、(t_m，2，y_m，2)、……(t_m，n，y_m，n)]；

其中，t_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据的时间；y_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据，i＝1、2、...、n，n为电网中同一采集装置采集的电网实时电量数据，r＝1、2、...、m，m为不同的频率总数；

步骤1.2、将电网中同一采集装置采集的同一频率下的电网实时电量数据[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]运用三参数正弦波曲线拟合算法进行拟合，具体方法为：

步骤1.2.1、求同一采集装置在频率为f_r时的采样周期；

已知采集装置的采样速率为v_r，采样间隔为Δt_r，采样个数为n，则每个采样周期的角频率为

步骤1.2.2、求同一采集装置在同一采样频率下采集的电量数据的拟合曲线；

同一采集装置在同一采样频率下采集的数据序列为(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)，则采集的数据的正弦离散形式为：

y_r，i＝B_rsin(ω_rt_r，i)+C_rcos(ω_rt_r，i) (2)

其中，B_r和C_r为均系数；

选取B_r和C_r，使如下公式所示的残差平方和最小：

此时的系数B_r＝B_r0和C_r0为同一频率下采集的电量数据的最小二乘拟合值；

步骤1.2.3、所述选取B_r和C_r，使残差平方和最小的具体方法为：

构造如下矩阵：

则将残差平方和公式化简为矩阵形式，如下公式所示：

当最小时，得到未知θ_r的最小二乘解如下公式所示：

则同一频率下采集的电量数据的拟合函数如下公式所示：

根据拟合函数求出三角函数的最佳拟合曲线里的幅值A_r和相角α_r，如下公式所示：

进而得到同一采集装置的第r个周期采集的电量数据的函数关系，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)

步骤1.3、重复步骤1.2，得到同一采集装置不同频率下采集数据的分段拟合函数，g(t₁)，g(t₂)，…，g(t_m)，如图3所示；

步骤2、确定电网所有待求时刻的同断面数据；

步骤2.1、确定一个时间基准点，并求出在时间轴上不同频率下同一时间点的时间；

设以频率f₁取点的数据周期内t₁为基准时间，则以频率f_r周期内取点的对应时间点如下公式所示：

步骤2.2、把步骤2.1求出的时间带入由步骤1.3所求得的分段拟合函数的表达式中，求同断面时间点的对应数据值，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)

步骤2.3、重复步骤2.2，算出r＝1，2，3，…，m时的g(t_r)，进而求出所有同断面的数据；

步骤3：将求出的所有同断面的数据在数据展示平台形成如图4所示的同断面数据。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种交流采样同断面数据生成方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、使用电网中不同的采集装置采集电网的实时电量数据，并对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合；

步骤2、求出在时间轴上不同频率下同一时间点的时间，确定电网所有待求时刻的同断面数据；

步骤3、将求出的所有同断面的数据在数据展示平台形成同断面数据。

2.根据权利要求1所述的一种交流采样同断面数据生成方法，其特征在于：步骤1所述对同一采集装置采集的电量数据按不同的频率进行拟合具体方法为：

步骤1.1、使用电网中的采集装置采集不同频率(f₁，f₂，f₃，……f_m)下的电网实时电量数据，并把所采集的数据按照不同的频率进行分类；得到同一采集装置采集的实时电量数据为：[(t_1，1，y_1，1)、(t_1，2，y_1，2)、……(t_1，n，y_1，n)]、[(t_2，1，y_2，1)、(t_2，2，y_2，2)、……(t_2，n，y_2，n)]、……[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]……[(t_m-1，1，y_m-1，1)、(t_m-1，2，y_m-1，2)、……(t_m-1，n，y_m-1，n)]、[(t_m，1，y_mm，1)、(t_m，2，y_mm，2)、……(t_m，n，y_m，n)]；

其中，t_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据的时间；y_r，i为频率f_r时，采集的第i个电量数据，i＝1、2、...、n，n为电网中同一采集装置采集的电网实时电量数据，r＝1、2、...、m，m为不同的频率总数；

步骤1.2、将电网中同一采集装置采集的同一频率下的电网实时电量数据[(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)]运用三参数正弦波曲线拟合算法进行拟合；

步骤1.3、重复步骤1.2，得到同一采集装置不同频率下采集数据的分段拟合函数，g(t₁)，g(t₂)，…，g(t_m)。

3.根据权利要求2所述的一种交流采样同断面数据生成方法，其特征在于：所述骤步1.2的具体方法为：

步骤1.2.1、求同一采集装置在频率为f_r时的采样周期；

已知采集装置的采样速率为v_r，采样间隔为Δt_r，采样个数为n，则每个采样周期的角频率为

步骤1.2.2、求同一采集装置在同一采样频率下采集的电量数据的拟合曲线；

同一采集装置在同一采样频率下采集的数据序列为(t_r，1，y_r，1)……(t_r，i，y_r，i)……(t_r，n，y_r，n)，则采集的数据的正弦离散形式为：

y_r，i＝B_rsin(ω_r t_r，i)+C_rcos(ω_r t_r，i) (2)

其中，B_r和C_r为均系数；

选取B_r和C_r，使如下公式所示的残差平方和最小：

此时的系数B_r＝B_r0和C_r0为同一频率下采集的电量数据的最小二乘拟合值；

步骤1.2.3、所述选取B_r和C_r，使残差平方和最小的具体方法为：

构造如下矩阵：

则将残差平方和公式化简为矩阵形式，如下公式所示：

当最小时，得到未知θ_r的最小二乘解如下公式所示：

则同一频率下采集的电量数据的拟合函数如下公式所示：

根据拟合函数求出三角函数的最佳拟合曲线里的幅值A_r和相角α_r，如下公式所示：

进而得到同一采集装置的第r个周期采集的电量数据的函数关系，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)。

4.根据权利要求3所述的一种交流采样同断面数据生成方法，其特征在于：所述骤步2的具体方法为：

步骤2.1、确定一个时间基准点，并求出在时间轴上不同频率下同一时间点的时间；

设以频率f₁取点的数据周期内t₁为基准时间，则以频率f_r周期内取点的对应时间点如下公式所示：

步骤2.2、把步骤2.1求出的时间带入由步骤1.3所求得的分段拟合函数的表达式中，求同断面时间点的对应数据值，如下公式所示：

g(t_r)＝A_rsin(ω_rt_r+α_r)

步骤2.3、重复步骤2.2，算出r＝1，2，3，…，m时的g(t_r)，进而求出所有同断面的数据。