CN109450451B - 一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法和装置,通过对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取,然后将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块,录波回放模块根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,此时录波回放模块知道前段波形和后端波形的特征和系数关系,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展。通过波形特征和系数来进行波形还原,波形回放时可通过调整比例系数,轻松实现对原有波形幅值的比例缩放,扩大波形回放的灵活性和应用场景。既能保证波形的真实有效回放,也能最大限度的压缩数据文件尺寸,降低硬件成本,缩短试验周期,提高测试效率。

Description

一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法和装置
技术领域
本发明属于属于电力系统的故障模拟分析技术领域,尤其是一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法和装置。
背景技术
在电力系统的暂态分析,特别是故障分析以及动模试验中,经常会使用波形回放来模拟或者反演暂态过程。所谓波形回放就是将事先准备好或者故障时录制的波形文件进行反演的过程,并通过该过程来模拟或者重现故障时的暂态过程。目前,电力系统一般使用Comtrade文件作为标准的波形文件,Comtrade是英文Common format for transient dataexchange for power systems的简写,中文一般称为电力系统瞬态数据交换的通用格式。IEEE为了解决数字故障录波装置、数字保护、微机测试装置之间的数据交换问题,于1991年提出了这个标准,并于1999年进行了修订和完善。该标准是一种公用的数据传输格式标准,为不同厂家生产的设备所遵循。每个Comtrade记录最多包含四个相关的文件。这些文件的文件名相同,但是扩展名不同。四个文件分别是:标题文件(.hdr),配置文件(.cfg),数据文件(.dat),信息文件(.inf),一般标题文件和信息文件可以省略,但配置文件和数据文件必须具备。
配置文件为一种ASCII文本文件,用于说明数据(.DAT)文件的格式及所包含信息,其中包括诸如采样速率、通道数量、频率、通道信息等项。
数据文件包含记录中每个采样通道的值。数据文件包含一个顺序号和每次采样的时间标志。这些采样值除记录模拟输入的数据之外,也记录状态,即表示开/关信号的输入。数据文件一般可选择二进制文件或者ASCII文本文件两种模式进行等效存储。
配置文件一般比较小,常见的大小在1kB以内,但数据文件由于包含了多个通道的实时采样值,假如有8个模拟量通道,采样频率为12800Hz,那么每秒钟将有102400个采样数据,即使采用尺寸相对较小的二进制文件方式(每个数据4字节),加上顺序号和时间标志等辅助信息,其文件尺寸也将接近每秒500kB,如果采用ASCII文本文件方式,文件尺寸将达到2MB左右。假如通道数增加,或者采样频率提高,或者录波时间加长,文件尺寸将更大,可能达到数十兆甚至上百兆。
在电力系统的接地、短路等故障录波要求中,一般要求录波文件至少记录故障点的前N后M个波形(典型值N>=4,M>=8或者N>=10,M>=12等,即前4后8,前10后12等),如图1所示为某“中性点经消弧线圈接地系统A相100欧姆线路首端0°接地”的故障录波数据。
如图1所示,第①段为故障前波形,第②段为故障段波形,第③段为故障后波形。其中故障前波形和故障后波形的长度要远大于故障段的波形长度。
然而在波形回放试验中,根据测试逻辑的不同,比如重合闸试验中,我们可能需要故障前波形足够长,以满足测试启动条件,但如前文所述,如果直接使用具有数秒前段波形的录波文件,那么该录波文件尺寸将会达到数十兆,甚至上百兆,将会严重加大数据传输时间,并对回放模块提出了很高的数据存储和处理运算要求;但如果不使用足够长的录波文件,又可能造成试验条件的逻辑不满足而无法进行试验。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处,提供一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法和装置,既能保证波形的真实有效回放,也能最大限度的压缩数据文件尺寸,降低硬件成本,缩短试验周期,提高测试效率。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种波形回放的无缝拼接压缩处理装置,其特征在于:包括特征和系数关系提取模块、录波回放模块以及波形还原输出模块,特征和系数关系提取模块、录波回放模块、波形还原输出模块依次顺序连接,
特征和系数关系提取模块用于对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取;
录波回放模块用于根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展;
波形还原输出模块用于进行波形还原输出。
而且,在特征和系数关系提取模块与录波回放模块之间设置有波形去重模块,用于将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,并且将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理。
一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法,其特征在于:具体步骤为:通过对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取,然后将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块,录波回放模块根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,此时录波回放模块知道前段波形和后端波形的特征和系数关系,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展。
而且,在将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块之间,将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,同时将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理,压缩需要传递给录波回放模块的波形数据文件大小,降低通讯时间和存储空间开销,在保证回放波形不失真的同时也能对回放波形的故障前波形和故障后波形进行任意时长的延续扩展。
而且,故障前波形和故障后波形的去重处理是分别去除故障前波形以及故障后波形中对称的多个周波,只保留一个周波。
本发明的优点和积极效果是:
1、通过对波形数据故障前和故障后两段的特征提取,对波形数据进行高效的去重压缩,极大的减少了需要传递给波形回放模块的数据交互量;
2、通过特征还原处理后,波形回放模块可以对故障前和故障后波形进行任意时长的延续扩展;
3、去除了波形回放长度依赖于波形文件长度的限制;
4、通过波形特征和系数来进行波形还原,波形回放时可通过调整比例系数,轻松实现对原有波形幅值的比例缩放,扩大波形回放的灵活性和应用场景。
附图说明
图1为现有技术中电力系统故障分析时模拟重现故障的波形示意图。
图2为本发明的电力系统故障分析时模拟重现故障的波形示意图。
图3为本发明的波形回放模块延续扩展输出后的波形示意图。
附图中的标号为:第①段为故障前波形,第②段为故障段波形,第③段为故障后波形。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种波形回放的无缝拼接压缩处理装置,包括特征和系数关系提取模块、录波回放模块以及波形还原输出模块,特征和系数关系提取模块、录波回放模块、波形还原输出模块依次顺序连接,
特征和系数关系提取模块用于对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取;
录波回放模块用于根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展;
波形还原输出模块用于进行波形还原输出。
为了降低通讯时间和存储空间开销,在特征和系数关系提取模块与录波回放模块之间设置有波形去重模块,用于将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,并且将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理。
所有的故障录波文件,都可以简单的划分为故障前、故障段、故障后三段波形,如前文图1所示。在这三段波形中,有如下典型的特征:
1)故障前波形的每个周波数据具有对称性,如图1中第①段所示;
2)故障段波形无对称性,如图1中第②段所示;
3)故障后波形的每个周波数据具有对称性,如图1中第③段所示;
根据以上特征,一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法,具体步骤为:
通过对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取,然后将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块,录波回放模块根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,此时录波回放模块知道前段波形和后端波形的特征和系数关系,因此可以方便的进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展。
在此过程中,我们将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,同时将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理(即去除故障前波形中对称的多个周波,只保留一个周波即可,故障后波形同样处理),这样即可达到压缩需要传递给录波回放模块的波形数据文件大小,降低通讯时间和存储空间开销,在保证回放波形不失真的同时也能对回放波形的故障前波形和故障后波形进行任意时长的延续扩展。
具体细节和步骤如下:
1)导入需要回放的Comtrade文件;
2)从故障前波形的第1周波(记作C1.1)开始往后寻找具有与C1.1相同特征的最后1个后续周波,记作C1.n,如图2所示;
3)通过FFT提取出C1.1周期波形从0开始的各次的幅值C1Ax和相位C1Px,其中x=0时为直流分量,x=1时为基波,x>=2时为谐波。理论上,x的取值范围越大,波形回放的失真度将越小,我们可以根据需要选择适当的x值,一般选取x=63即可比较完整和真实的回放波形的高次谐波特征;
4)根据C1.1计算出波形系数R;
5)利用第2步类似的方法,我们从波形文件的最后一个周波(记作C3.1)开始往前寻找具有与C3.1相同特征的最后1个前续周波,记作C3.n,如图2所示;
6)通过FFT提取出C3.n周期波形从0开始的各次的幅值C3Ax和相位C3Px,其中x的取值与第3步一致;
7)将C1.n和C3.n中间的波形数据记作C2;
8)将录波数据中的C1.1至C1.n和C3.1至C3.n波形删除,得到只保留C2段的压缩波形数据;
9)将提取的幅值特征C1Ax、C3Ax和相位特征C1Px、C3Px,波形系数R,以及压缩后的波形数据下发给波形回放模块;
10)波形回放模块根据接收到的特征值以及波形系数进行波形还原和任意时长的延续扩展输出,得到C1.1至C1.j的波形输出(其中j>=n);接着输出待拼接的C2波形;然后再拼接输出C3.1至C3.k的波形(其中k>=n),得到最终扩展后的输出波形,如图3所示。
通过上述操作,波形回放模块完整且真实的对波形进行了回放,且回放过程中可进行任意时长的故障前和故障后波形扩展,同时也解决了下发波形数据长度不足或传输数据量过大影响测试效率的问题。
假如故障前波形需要500个周波,故障后波形为12个周波,故障段波形为1个周波,那么按传统的方式,需要下发给波形回放模块513个周波数据。采用本方法后,可以将故障前和故障后的512个周波转化为一系列的特征数据,如果我们按63次谐波进行特征提取,那么特征数据量大约与1个周波数据一致,因此我们需要传输给波形回放模块的数据量为2至3个周波左右。一般地,采用该方法后,所有的故障波形文件都可以压缩到只有与故障段波形相当的数据大小。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图,但是本领域的技术人员可以理解:在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内,各种替换、变化和修改都是可能的,因此,本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种波形回放的无缝拼接压缩处理方法,其特征在于:具体步骤为:通过对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取,然后将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块,录波回放模块根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,此时录波回放模块知道前段波形和后端波形的特征和系数关系,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展;
在将提取的特征和系数关系传递给录波回放模块之间,将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,同时将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理,压缩需要传递给录波回放模块的波形数据文件大小,降低通讯时间和存储空间开销,在保证回放波形不失真的同时也能对回放波形的故障前波形和故障后波形进行任意时长的延续扩展;
故障前波形和故障后波形的去重处理是分别去除故障前波形以及故障后波形中对称的多个周波,只保留一个周波。
2.根据权利要求1所述的波形回放的无缝拼接压缩处理方法,其特征在于:采用的装置包括特征和系数关系提取模块、录波回放模块以及波形还原输出模块,特征和系数关系提取模块、录波回放模块、波形还原输出模块依次顺序连接,
特征和系数关系提取模块用于对故障前波形和故障后波形对称段的某周波数据进行特征和系数关系提取;
录波回放模块用于根据接收到的特征数据和系数关系进行波形还原输出,能够进行预期的波形回放并实现任意时长的延续扩展;
波形还原输出模块用于进行波形还原输出。
3.根据权利要求2所述的波形回放的无缝拼接压缩处理方法,其特征在于:在特征和系数关系提取模块与录波回放模块之间设置有波形去重模块,用于将故障前波形和故障后波形的多个周波采样数据转化为相应的特征值系数,并且将下发的波形文件进行故障前波形和故障后波形的去重处理。
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