CN109557417B - 一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统 - Google Patents

一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统，一方面增加了高频采样录波自启动算法的严谨性，另一方面利用工频采样数据对高频采样录波进行有效性判断，只有有效的高频采样录波数据才会通过GPRS上送到数据中心站，提高了分布式故障诊断系统的可靠性与可用性。

Description

一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域，具体涉及一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统。
背景技术
行波诊断系统的采样频率大都在1Mhz以上，通常由FPGA+高速AD来完成，分布式行波诊断系统要求FPGA能够完成自启动录波，在强噪声环境下，有时FPGA可能会连续误启动，导致系统通信堵塞甚至崩溃，如此时输电线路发生故障，故障行波数据可能漏录，严重影响故障诊断系统的可靠运行。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种输电线路分布式行波诊断启动方法及系统。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，包括：
获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
进一步的，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
其中，q为增量权重，通常取1.15；
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
具体的，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，所述差分步长k取三个典型值，在采样率为10M时，取k1＝10，k2＝20，k3＝50，则高频采样录波自启动条件为：
|Im-I(m-k1)|≥q*|I(m-k1)-I(m-2*k1)|+Iset1
或|Im-I(m-k2)|≥q*|I(m-k2)-I(m-2*k2)|+Iset1
或|Im-I(m-k3)|≥q*|I(m-k3)-I(m-2*k3)|+Iset1
响应于判断满足自启动条件，高频采样录波启动；一旦高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h(世纪纳秒)。
进一步的，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，还包括高频采样录波有效性验证；行波上送的可靠性验证是通过工频电流在较低采样频率下的采样值及有效值来综合判断的，具体如下：
基于工频电流每周期的采样点数N，获取当前采样指针n、低频采样数据序列中的当前采样值In、当前采样点之前第N个采样点对应的采样值I(n-N)、当前采样点之前第2*N个采样点对应的采样值I(n-2*N)；计算得到低频采样值突变量dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|；基于预设的低频采样值启动门槛定值Iset2和增量权重q，对低频采样值突变量是否满足低频采样值突变量动作条件进行判断；低频采样值突变量动作条件为
dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2；
基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；基于预设的工频有效值启动门槛定值Iset3，对当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms是否满足低频采样下的过电流元件动作条件进行判断；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；
当dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2与Irms≥Iset3中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l，单位为世纪纳秒；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N，单位为世纪纳秒；
Tqd_h∈[(Tf-2000000)，(Tf+2000000)](单位为世纪纳秒)，则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
进一步的，一般情况下，N＝40。
本发明还提供一种输电线路分布式行波诊断启动系统，包括：
获取单元，用于获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
判断单元，用于基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
输出单元，用于响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令。
进一步的，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
作为优选方案，所述的输电线路分布式行波诊断启动系统，还包括高频采样录波有效性验证单元，用于：
基于工频电流每周期的采样点数N，获取当前采样指针n、低频采样数据序列中的当前采样值In、当前采样点之前第N个采样点对应的采样值I(n-N)、当前采样点之前第2*N个采样点对应的采样值I(n-2*N)；计算得到低频采样值突变量dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|；基于预设的低频采样值启动门槛定值Iset2和增量权重q，对低频采样值突变量是否满足低频采样值突变量动作条件进行判断；低频采样值突变量动作条件为
dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2；
基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；基于预设的工频有效值启动门槛定值Iset3，对当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms是否满足低频采样下的过电流元件动作条件进行判断；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；
当dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2与Irms≥Iset3中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l，单位为世纪纳秒；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N，单位为世纪纳秒；
Tqd_h∈[(Tf-2000000)，(Tf+2000000)](单位为世纪纳秒)，则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
有益效果：本发明提供的输电线路分布式行波诊断启动方法及系统，一方面增加了高频采样录波自启动算法的严谨性，另一方面通过上述FPGA控制低速AD对电流信号进行低频采样，利用低频采样值、有效值及希尔伯特黄变换算法确定的扰动点时间窗对FPGA的高频录波进行有效性判断，对高频采样录波进行有效性判断，只有有效的高频采样录波数据才会通过GPRS上送到数据中心站，提高了分布式故障诊断系统的可靠性与可用性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
一种输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，包括：
获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
进一步的，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
其中，q为增量权重，通常取1.15；
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
具体的，在一些实施例中，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，所述差分步长k取三个典型值，在采样率为10M时，取k1＝10，k2＝20，k3＝50，则高频采样录波自启动条件为：
|Im-I(m-k1)|≥q*|I(m-k1)-I(m-2*k1)|+Iset1
或|Im-Im-k2)|≥q*|I(m-k2)-I(m-2*k2)|+Iset1
或|Im-I(m-k3)|≥q*|I(m-k3)-I(m-2*k3)|+Iset1
响应于判断满足自启动条件，高频采样录波启动；一旦高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h(世纪纳秒)。
进一步的，所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，还包括高频采样录波有效性验证；高速采样系统记录的行波波形在满足可靠性验证条件时才会通过GPRS上送到监控中心站，否则会被忽略，以提高系统的可靠性与可用性，行波上送的可靠性验证是通过工频电流在较低采样频率下的采样值及有效值来综合判断的，条件如下：
条件1：低频采样值突变量动作。在较低采样频率下，假设工频电流每周期的采样点数为N，当前采样指针为n，In为低频采样数据序列中的当前采样值，I(n-N)为当前采样点之前第N个采样点，I(n-2*N)为当前采样点之前第2*N个采样点，q为增量权重，通常取1.15，Iset2为低频采样值启动门槛定值，dSam低频采样值突变量，dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|，则低频采样值突变量动作条件为dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2，当dSam≥q*|I(n-N)-I(k-2*N)|+Iset2时，低频采样值突变量动作。
条件2：低频采样下的工频有效值过电流元件动作，在较低采样频率下，设Irms为当前采样时刻计算出的工频电流有效值，Iset3为工频有效值启动门槛定值，基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；当Irms≥Iset3时，过电流元件动作。
当条件1、条件2中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l，单位为世纪纳秒；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N，单位为世纪纳秒；
Tqd_h∈[(Tf-2000000),(Tf+2000000)](单位为世纪纳秒),则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
进一步的，一般情况下，N＝40。
实施例2
一种输电线路分布式行波诊断启动系统，包括：
获取单元，用于获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
判断单元，用于基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
输出单元，用于响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令。
进一步的，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h，单位为世纪纳秒。
作为优选方案，所述的输电线路分布式行波诊断启动系统，还包括高频采样录波有效性验证单元，用于：
基于工频电流每周期的采样点数N，获取当前采样指针n、低频采样数据序列中的当前采样值In、当前采样点之前第N个采样点对应的采样值I(n-N)、当前采样点之前第2*N个采样点对应的采样值I(n-2*N)；计算得到低频采样值突变量dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|；基于预设的低频采样值启动门槛定值Iset2和增量权重q，对低频采样值突变量是否满足低频采样值突变量动作条件进行判断；低频采样值突变量动作条件为
dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2；
基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；基于预设的工频有效值启动门槛定值Iset3，对当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms是否满足低频采样下的过电流元件动作条件进行判断；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；
当dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2与Irms≥Iset3中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l，单位为世纪纳秒；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N，单位为世纪纳秒；
Tqd_h∈[(Tf-2000000)，(Tf+2000000)]，(单位为世纪纳秒)，则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，包括：
获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h。
2.根据权利要求1所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h。
3.根据权利要求2所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，所述差分步长k取三个典型值，在采样率为10M时，取k1＝10，k2＝20，k3＝50，则高频采样录波自启动条件为：
|Im-I(m-k1)|≥q*|I(m-k1)-I(m-2*k1)|+Iset1
或|Im-I(m-k2)|≥q*|I(m-k2)-I(m-2*k2)|+Iset1
或|Im-I(m-k3)|≥q*|I(m-k3)-I(m-2*k3)|+Iset1
响应于判断满足自启动条件，高频采样录波启动；一旦高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h。
4.根据权利要求2或3所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，q取值为1.15。
5.根据权利要求1或2所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，还包括高频采样录波有效性验证；
基于工频电流每周期的采样点数N，获取当前采样指针n、低频采样数据序列中的当前采样值In、当前采样点之前第N个采样点对应的采样值I(n-N)、当前采样点之前第2*N个采样点对应的采样值I(n-2*N)；计算得到低频采样值突变量dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|；基于预设的低频采样值启动门槛定值Iset2和增量权重q，对低频采样值突变量是否满足低频采样值突变量动作条件进行判断；低频采样值突变量动作条件为
dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2；
基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；基于预设的工频有效值启动门槛定值Iset3，对当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms是否满足低频采样下的过电流元件动作条件进行判断；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；
当dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2与Irms≥Iset3中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N；
Tqd_h∈[(Tf-2000000)，(Tf+2000000)]，则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
6.根据权利要求5所述的输电线路分布式行波诊断启动方法，其特征在于，N＝40。
7.一种输电线路分布式行波诊断启动系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)；
判断单元，用于基于预设的高频录波启动门槛定值Iset1、差分步长k和增量权重q，以及获取的当前采样指针m、高速采样数据序列中的当前采样值Im、当前采样点之前第k个采样点对应的采样值I(m-k)、当前采样点之前第2k个采样点对应的采样值I(m-2k)，对高速采样数据序列中的当前采样值Im是否满足自高频采样录波自启动条件进行判断；
输出单元，用于响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令。
8.根据权利要求7所述的输电线路分布式行波诊断启动系统，其特征在于，高频采样录波自启动采用变步长自启动录波算法，所述高频采样录波自启动条件为
|Im-I(m-k)|≥q*|I(m-k)-I(m-2k)|+Iset1
响应于判断满足高频采样录波自启动条件，给出高频采样录波启动指令，高频采样录波启动，同时记录下高频采样启动时刻Tqd_h。
9.根据权利要求8所述的输电线路分布式行波诊断启动系统，其特征在于，还包括高频采样录波有效性验证单元，用于：
基于工频电流每周期的采样点数N，获取当前采样指针n、低频采样数据序列中的当前采样值In、当前采样点之前第N个采样点对应的采样值I(n-N)、当前采样点之前第2*N个采样点对应的采样值I(n-2*N)；计算得到低频采样值突变量dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|；基于预设的低频采样值启动门槛定值Iset2和增量权重q，对低频采样值突变量是否满足低频采样值突变量动作条件进行判断；低频采样值突变量动作条件为
dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2；
基于选取的采样数据，根据傅式算法计算出当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms；基于预设的工频有效值启动门槛定值Iset3，对当前采样时刻对应的工频电流有效值Irms是否满足低频采样下的过电流元件动作条件进行判断；低频采样下的过电流元件动作条件为Irms≥Iset3；
当dSam≥q*|I(n-N)-I(n-2*N)|+Iset2与Irms≥Iset3中至少一个满足时，低频采样录波启动；记录下低频采样录波数组A及数组第一个数据对应的采样时刻Tqd_l；
根据dSam＝|In-2*I(n-N)+I(n-2*N)|计算得到数组A对应的采样值变化量数组B；对数组B采用希尔伯特黄变换得到数组C，数组C中的第一个突变点对应的采样点序号为g；
则工频采样下故障时刻Tf＝Tqd_l+(g-1)*20000000/N，单位为世纪纳秒；
Tqd_h∈[(Tf-2000000)，(Tf+2000000)]，则判定本次高频采样录波为有效，给出指令启动高频采样录波数据上送中心站流程。
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