CN110244144B - 一种避雷器状态监测方法及交流数据采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避雷器状态监测方法及交流数据采集方法，首先连续采集至少一个周波的采集数据，对采集数据进行滑动窗处理，计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息，然后根据每一个滑动窗的幅值、频率、初相位信息对滑动窗中的采集数据进行处理和替换，使得新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，最后，根据得到的滑动窗最终的幅值、频率和初相位对避雷器的状态进行监测。该方法能够有效消除采集数据中的噪音干扰信号，有效抑制了小噪声干扰对交流信号的影响，有效解决采集数据的不稳定，处理后的采集数据能够更真实的反映避雷器的真实状态，根据处理后的采集数据能够提升避雷器的状态监测精度。

Description

一种避雷器状态监测方法及交流数据采集方法

技术领域

本发明涉及一种避雷器状态监测方法及交流数据采集方法。

背景技术

金属氧化物避雷器(MOA)作为一种重要的过电压保护电器，能有效保护其他电力设备，因其具备反应速度快、流通能力强、体积小等众多优点，在电力系统中得到广泛应用。在电力系统的运行过程中，热老化、暂态、谐振过电压冲击、避雷器内部受潮等因素都将导致避雷器损坏甚至爆炸。因此，为了保证电力系统的安全运行，对金属氧化物避雷器进行在线监测以实时了解其运行状态，及时发现避雷器的异常现象和事故隐患是十分重要的。

电力系统中电磁环境异常复杂，在正常和异常运行状态下都会产生各种电磁干扰，如高压开关操作和短路故障等引起的暂态过程；高电压、大电流导线或设备附近的电场和磁场；雷击；静电放电；谐波以及电子设备的工作信号和噪声等。避雷器在线监测系统的数据采集模块本身对电磁干扰灵敏度高，因而极易受到上述各种干扰的影响，从而引起数据的不准确，不能准确地反应金属氧化物避雷器的真实状态。

电力系统存在复杂的电磁干扰，这些干扰信号通过空间及线路直接叠加到避雷器在线监测系统工频电流电压采集回路上，从而引起采集数据的突变，导致采集数据的不准确，最终对避雷器的状态监测造成误判。

发明内容

本发明的目的是提供一种避雷器状态监测方法，用以解决现有的避雷器状态监测方法会导致避雷器的状态监测不准确的问题。本发明同时提供一种交流数据采集方法，用以解决现有的交流数据采集方法会导致采集数据不准确的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种避雷器状态监测方法，包括以下步骤：

(1)采集至少一个周波的采集数据，进行滑动窗处理，得到各滑动窗中的原始采集数据；

(2)计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息；

(3)对于每一个滑动窗，根据其幅值、频率、初相位信息拟合得到一组新采集数据；

(4)对于每一个滑动窗，计算步骤(3)中一组新采集数据中各采集数据与一组原采集数据中对应采集数据的误差值，所述原采集数据指原始采集数据或前一次拟合得到的采集数据，若有误差值大于误差阈值，则将新采集数据中对应的采集数据替换原采集数据中对应的采集数据，更新每一个滑动窗中的采集数据，并按照步骤(2)-(4)的迭代过程进行迭代计算，直至新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，迭代结束；得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位；

(5)根据得到的滑动窗的幅值、频率和初相位计算全电流及阻性电流信息，并根据全电流及阻性电流信息对避雷器的状态进行监测。

通过对采集数据进行滑动窗处理，并对各个滑动窗中的采集数据进行相应替换能够有效消除采集数据中的噪音干扰信号，有效抑制了小噪声干扰对交流信号的影响，从而避免引起采集数据的突变，避免了采集数据的不准确，有效解决采集数据的不稳定，提高采集数据的可用性，处理后的采集数据能够更真实的反映避雷器的真实状态，根据处理后的采集数据能够提升避雷器的状态监测精度。

进一步地，为了提升采集数据的精度，在得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位之后，计算所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值，根据得到的所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值计算所述全电流及阻性电流信息。

进一步地，为了提高采集数据的处理精度，每个周波包含的采集数据的个数与每个滑动窗中包含的采集数据的个数相同，步骤(3)中，新采集数据根据下述公式进行拟合：

其中，i＝1、2、……、M，M为滑动窗中包含的采集数据的个数，y_i为滑动窗中第i个新采集数据，A为滑动窗的幅值，f为滑动窗的频率，

为滑动窗的初相位。

进一步地，为了提高数据处理可靠性，各个滑动窗等间隔排列。

进一步地，为了降低采集数据的周波个数，相邻两个滑动窗之间部分采集数据重叠设置。

本发明还提供一种交流数据采集方法，包括以下步骤：

(1)采集至少一个周波的采集数据，进行滑动窗处理，得到各滑动窗中的原始采集数据；

(2)计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息；

(3)对于每一个滑动窗，根据其幅值、频率、初相位信息拟合得到一组新采集数据；

(4)对于每一个滑动窗，计算步骤(3)中一组新采集数据中各采集数据与一组原采集数据中对应采集数据的误差值，所述原采集数据指原始采集数据或前一次拟合得到的采集数据，若有误差值大于误差阈值，则将新采集数据中对应的采集数据替换原采集数据中对应的采集数据，更新每一个滑动窗中的采集数据，并按照步骤(2)-(4)的迭代过程进行迭代计算，直至新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，迭代结束；得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位。

通过对采集数据进行滑动窗处理，并对各个滑动窗中的采集数据进行相应替换能够有效消除采集数据中的噪音干扰信号，有效抑制了小噪声干扰对交流信号的影响，从而避免引起采集数据的突变，避免了采集数据的不准确，有效解决采集数据的不稳定，提高采集数据的可用性和精度。

进一步地，为了提升采集数据的精度，在得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位之后，计算得到所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值。

进一步地，为了提高采集数据的处理精度，每个周波包含的采集数据的个数与每个滑动窗中包含的采集数据的个数相同，步骤(3)中，新采集数据根据下述公式进行拟合：

其中，i＝1、2、……、M，M为滑动窗中包含的采集数据的个数，y_i为滑动窗中第i个新采集数据，A为滑动窗的幅值，f为滑动窗的频率，

为滑动窗的初相位。

进一步地，为了提高数据处理可靠性，各个滑动窗等间隔排列。

进一步地，为了降低采集数据的周波个数，相邻两个滑动窗之间部分采集数据重叠设置。

附图说明

图1是本发明的避雷器状态监测方法流程图；

图2是本发明的滑动窗的设置方式图；

图3是本发明的滑动窗的一种具体的设置方式图。

具体实施方式

避雷器状态监测方法实施例：

本实施例提供一种避雷器状态监测方法，包括以下具体步骤：

(1)连续采集至少一个周波的采集数据，其中，连续采集的周波个数根据实际情况进行设定，可以只采集一个周波的采集数据，也可以采集多个周波的采集数据，本实施例中，如图1所示，采集多个周波的采集数据，采集数据为交流电压电流采样值信号。为了对避雷器的状态进行监测，采集数据为避雷器监测系统前端采样回路的交流电压电流采样值信号，即该方法应用在避雷器监测系统的全电流采集装置上。每个周波包括M个采集数据，M≥3，M的具体取值根据实际需要进行设定。

(2)对采集数据进行滑动窗处理，也就是将采集到的数据进行滑动窗方式排列，每个滑动窗的宽度为N个采集数据，N≥3，这里，M＝N。将此时滑动窗处理得到的各滑动窗中的采集数据称为原始采集数据。为了提高数据处理可靠性，滑动窗等间隔排列，如图2所示。而且，为了降低采集数据的周波个数，即为了降低采集数据的个数，相邻两个滑动窗左端之间的距离对应的采集数据的个数小于M，即任意两个相邻的滑动窗之间有部分采集数据重叠，如图2所示。虽然任意两个相邻的滑动窗之间有采集数据重叠的地方，但是，不影响各个滑动窗的数据处理过程。当然，相邻两个滑动窗左端之间的距离对应的采集数据的个数还可以大于或者等于M，则任意两个相邻的滑动窗之间就没有采集数据重叠的地方。

(3)计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息，本实施例中，对每一个滑动窗的采集数据使用FFT算法计算其幅值、频率和初相位信息，该计算过程属于常规技术，这里就不再具体说明。

(4)对于每一个滑动窗，根据该滑动窗的幅值、频率、初相位信息拟合得到一组新采集数据，即根据该滑动窗的幅值、频率、初相位信息以及各采集数据在滑动窗中的位置能够计算得到该滑动窗中各采集数据对应的离散正弦数据。那么，若连续的话，得到的一组新采集数据就为一条新的工频正弦波曲线。对于每一个滑动窗，根据下述计算公式进行拟合：

其中，i＝1、2、……、M，y_i为该滑动窗中第i个新采集数据，即离散正弦数据，A为该滑动窗的幅值，f为该滑动窗的频率，

为该滑动窗的初相位。

(5)对于每一个滑动窗，计算该滑动窗对应的一组新采集数据中的各采集数据与该滑动窗对应的各原始采集数据的误差值，并比较各误差值与设定的误差阈值的大小，①若有误差值大于误差阈值，则将满足误差值大于误差阈值的各误差值对应的新采集数据替换对应的原始采集数据，即使用新生成的采集数据替换旧的采集数据，并更新该滑动窗中的采集数据，然后重复上述步骤(3)～步骤(5)，即根据更新后的该滑动窗中的采集数据重新进行滑动窗的幅值、频率和初相位信息的计算，由于还需要进行一次采集数据的拟合，那么，上述过程中得到的一组新采集数据就不再是最新的采集数据，就变成了一组原采集数据，根据重新计算得到的幅值、频率和初相位信息拟合计算得到一组新采集数据，计算该滑动窗对应的一组新采集数据中的各采集数据与该滑动窗对应的一组原采集数据中的对应采集数据的误差值，并比较各误差值与设定的误差阈值的大小，如果还有误差值大于误差阈值，则按照上述过程将满足误差值大于误差阈值的各误差值对应的新采集数据替换对应的原采集数据，并再次更新该滑动窗中的采集数据，与上文同理，由于还需要进行一次采集数据的拟合，那么，上述过程中得到的一组新采集数据就不再是最新的采集数据，就变成了一组原采集数据，根据重新计算得到的幅值、频率和初相位信息拟合计算得到一组新采集数据，接着再次进行一次误差值的计算、比较以及采集数据的替换和滑动窗中的采集数据的更新过程，以此类推，直至在某一次比较中，即在某一个拟合后，新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值。因此，上述过程为一个反复迭代的迭代过程，对于第一次迭代过程而言，计算该滑动窗对应的新采集数据中各采集数据与各原始采集数据的误差值，对于后续的第二次、第三次、第四次、……直至最后一次迭代过程而言，计算该滑动窗最新一次拟合得到的新采集数据与前一次拟合得到的对应的采集数据的误差值。目的是使该滑动窗对应的新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，原采集数据指原始采集数据或前一次拟合得到的采集数据，达到目的之后停止迭代过程。那么，就能够得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位，进行下述步骤(6)；②若所有的误差值均小于或者等于误差阈值，则无需迭代，直接进行下述步骤(6)，而且，各个滑动窗初始得到的幅值、频率和初相位信息就是所需的各个滑动窗的幅值、频率和初相位。

(6)计算迭代结束时的所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值，即将所有的滑动窗的幅值、频率和初相位进行平均计算，实现最终的干扰抑制。

(7)对得到的幅值、频率和初相位的平均值进行相应的处理，比如根据幅值、频率和初相位的平均值计算得到全电流及阻性电流信息，根据全电流及阻性电流信息对避雷器的状态进行监测，比如判断避雷器的老化以及受潮程度，从而真实反映避雷器(尤其是MOA)的运行状态，保证了电力系统的安全运行。

上述中，在得到各个滑动窗的幅值、频率和初相位之后计算所有滑动窗最终的幅值、频率和初相位的平均值，利用平均值能够提升数据的采集精度，当然，作为其他的实施方式，还可以不进行平均值计算，而是直接从得到的各个滑动窗的幅值、频率和初相位中选择任意一个滑动窗的幅值、频率和初相位进行后续使用。

上述实施例中，各个滑动窗等间隔排列，这是一种优化的实施方式。由于滑动窗的设置目的在于计算各个滑动窗的幅值、频率和初相位，以及后续的数据替换过程，并不在于滑动窗是否等间隔排列，因此，作为其他的实施方式，滑动窗间还可以不等间隔排列，间隔距离根据实际需要进行设定。

上述实施例中，一个周波的采集数据的个数与一个滑动窗包含的采集数据的个数相等，均为M，这是一种优化的实施方式，使得每一个滑动窗中的采集数据恰好为一个周期的数据，便于后续新的采集数据的计算，作为其他的实施方式，一个滑动窗包含的采集数据的个数还可以与一个周波的采集数据的个数不等，那么，在计算新的采集数据时，计算公式中的相关参数就需要发生相应的变化，比如“2πf”中的“2π”就需要根据滑动窗与一个周期的关系进行相应地调整，但是，计算原理与上述计算过程的原理相同。

结合上述过程，以下给出一种应用实例。

设定每个周波采样80点，即每个周波包括80个采集数据，连续采集6个周波数据。

1)按照每周波80点采集数据，连续采集6个周波的采集数据，将80×6个AD值存储至数组d_ini[480]中。

2)对得到的480个采集数据进行滑动窗处理，每个滑动窗的宽度为80个AD，相邻两个滑动窗的距离为20个AD，即从d_ini[1]到d_ini[80]，d_ini[21]到d_ini[100]，d_ini[41]到d_ini[120]，以此类推至d_ini[401]到d_ini[480]，共21组数据，记作Ak[80]，k＝1、2、3、……、21，如图3所示。

3)将Ak[80]中80个点通过FFT算法计算出幅值、频率和初相位信息，那么，就能够得到21个组的幅值、频率和初相位信息，并分别依次存入数组vol_ini[21]，fre_ini[21]，ph_ini[21]中。

4)根据步骤3)中计算出的各组幅值、频率和初相位信息进行拟合计算，得到对应滑动窗的一组新采集数据，也就能够得到21条新的正弦波曲线。将各滑动窗对应的新采集数据记作Bk[80]，k＝1、2、3、……、21，计算公式参见上文。

5)将步骤4)中的Bk[80]中的80个点与Ak[80]中的80个点进行作差，以k＝1为例，这里i＝1、2、……、80，当|B1[i]-A1[i]|>σ时，σ为误差阈值，将A1[i]中的值替换为B1[i]，然后重新步骤3)～5)，进行多次迭代，直至所有的差值均小于或者等于σ，然后执行步骤6)；当|B1[i]-A1[i]|≤σ时，执行步骤6)。因此，最终目的是使每一个滑动窗对应的新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的差值均小于或者等于误差阈值σ。

6)分别计算3个数值vol_ini[21]，fre_ini[21]，ph_ini[21]中的21个值的平均值。

7)根据得到的平均值计算出全电流及阻性电流，根据得到的全电流及阻性电流对避雷器的状态进行监测。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

交流数据采集方法实施例：

本实施例提供一种交流数据采集方法，该交流数据采集方法与上述避雷器状态监测方法实施例中提供的避雷器状态监测方法的区别在于：该交流数据采集方法没有根据得到的数据进行避雷器的状态监测的步骤，而且，由于该交流数据采集方法并不局限于避雷器的状态监测，因此，第一步中的采集数据并不局限于具体的采集位置，根据实际场合确定具体的采集位置。可以这样说，该交流数据采集方法为上述避雷器状态监测方法实施例中提供的避雷器状态监测方法的一部分，由于上述避雷器状态监测方法实施例中已对该交流数据采集方法的步骤进行了具体说明，本实施例就不再赘述。

Claims (10)

1.一种避雷器状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集至少一个周波的采集数据，进行滑动窗处理，得到各滑动窗中的原始采集数据；

(2)计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息；

(3)对于每一个滑动窗，根据其幅值、频率、初相位信息拟合得到一组新采集数据；新采集数据根据下述公式进行拟合：

其中，i＝1、2、……、M，M为滑动窗中包含的采集数据的个数，y_i为滑动窗中第i个新采集数据，A为滑动窗的幅值，f为滑动窗的频率，

为滑动窗的初相位；

(4)对于每一个滑动窗，计算步骤(3)中一组新采集数据中各采集数据与一组原采集数据中对应采集数据的误差值，所述原采集数据指原始采集数据或前一次拟合得到的采集数据，若有误差值大于误差阈值，则将新采集数据中对应的采集数据替换原采集数据中对应的采集数据，更新每一个滑动窗中的采集数据，并按照步骤(2)-(4)的迭代过程进行迭代计算，直至新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，迭代结束；得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位；

(5)根据得到的滑动窗的幅值、频率和初相位计算全电流及阻性电流信息，并根据全电流及阻性电流信息对避雷器的状态进行监测。

2.根据权利要求1所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，在得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位之后，计算所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值，根据得到的所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值计算所述全电流及阻性电流信息。

3.根据权利要求1或2所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，每个周波包含的采集数据的个数与每个滑动窗中包含的采集数据的个数相同。

4.根据权利要求1或2所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，各个滑动窗等间隔排列。

5.根据权利要求1或2所述的避雷器状态监测方法，其特征在于，相邻两个滑动窗之间部分采集数据重叠设置。

6.一种交流数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采集至少一个周波的采集数据，进行滑动窗处理，得到各滑动窗中的原始采集数据；

(2)计算每一个滑动窗的幅值、频率和初相位信息；

(3)对于每一个滑动窗，根据其幅值、频率、初相位信息拟合得到一组新采集数据；新采集数据根据下述公式进行拟合：

其中，i＝1、2、……、M，M为滑动窗中包含的采集数据的个数，y_i为滑动窗中第i个新采集数据，A为滑动窗的幅值，f为滑动窗的频率，

为滑动窗的初相位；

(4)对于每一个滑动窗，计算步骤(3)中一组新采集数据中各采集数据与一组原采集数据中对应采集数据的误差值，所述原采集数据指原始采集数据或前一次拟合得到的采集数据，若有误差值大于误差阈值，则将新采集数据中对应的采集数据替换原采集数据中对应的采集数据，更新每一个滑动窗中的采集数据，并按照步骤(2)-(4)的迭代过程进行迭代计算，直至新采集数据中各采集数据与原采集数据中对应采集数据的误差值均小于或者等于误差阈值，迭代结束；得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位。

7.根据权利要求6所述的交流数据采集方法，其特征在于，在得到迭代结束时的每个滑动窗的幅值、频率和初相位之后，计算得到所有滑动窗的幅值、频率和初相位的平均值。

8.根据权利要求6或7所述的交流数据采集方法，其特征在于，每个周波包含的采集数据的个数与每个滑动窗中包含的采集数据的个数相同。

9.根据权利要求6或7所述的交流数据采集方法，其特征在于，各个滑动窗等间隔排列。

10.根据权利要求6或7所述的交流数据采集方法，其特征在于，相邻两个滑动窗之间部分采集数据重叠设置。

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