CN110895321B - 一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，选取不同设备间的同电气节点处的录波通道，设定参考录波信号和待对齐信号，利用总谐波畸变率分布特点提取待对齐信号的特征信号波段，建立短时归一化相关系数模型，定义时间识别指标，计算并修正时标，最后完成不同二次设备录波波形及SOE时标对齐，准确还原电网事故关键事件状态序列，为事故回放、分析和处理提供参考依据。本发明所述方法不受不同设备录波极性影响，时间偏差计算准确度高，具有良好的抗噪声能力。

Description

一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，尤其涉及一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法。

背景技术

现代电力系统的覆盖范围非常广泛，电网运行瞬息万变，为全面地、实时地、准确地监控电力系统的运行状态，以便分析事故发展的过程与原因，电力系统各系统之间需采用一个统一的时间基准。外部同步时钟信号中断或异常时，变电站自动化装置仅依靠内部自带时钟，其固有误差难以避免，而且误差会随着运行时间的增加而累积，从而失去准确的时间统一作用。难以准确描述电力系统的事件顺序和发展过程，无法给电网事故分析提供有效的分析依据。因此，统一精确的时间是保证电力系统安全运行，提高运行水平的一个重要措施。

一旦外部同步时钟信号异常或缺失，会造成电力系统二次设备缺少统一的时间基准，其提供的SOE记录和录波文件不可避免地会发生时间顺序错位，仅靠人工比对时间序列，不仅耗时耗力，而且修正精度低。因此迫切需要实现对于不同装置故障录波文件的时标对齐功能，并利用计算出的二次设备间的时间误差修正相关SOE时标，准确还原电网事故关键事件状态序列，为事故回放、分析和处理提供参考依据，为此提出一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，利用短时归一化相关系数模型，准确地统一不同设备间故障录波和SOE事件时标。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：考虑变电站二次设备录波数据各通道波形为能量有限的离散信号，而且每个录波文件内部通道时标一致。指定参考录波文件为A，选取参考录波信号，包括；

步骤1.1：在A文件中选取某一录波通道，其信号可以表示为：

其中，Dt为采样间隔，Dt =1/f _s ，f _s 是采样频率；n=0,1,2,…,N-1，N为采样点数；

步骤1.2：将x[n]定义为参考录波信号，即取此信号采样时刻为基准时刻，求解其 他待对齐录波信号的相对时间偏差

。

步骤2：设待对齐录波文件为B，在B文件中选取待对齐信号通道，定义待对齐信号为y[n]，可以表示为：

步骤3：待对齐信号的选取原则包括：

步骤3.1：录波文件B选取的通道信号y[n]与录波文件A选取的参考信号x[n]同为电压或电流信号；

步骤3.2：信号采集于电力系统的同一电气节点处；

步骤4：若两个信号采样频率不一致，分别为f _s1和f _s2，如果f _s1≠f _s2，则需要对高频采样信号进行重采样，重采样频率为min(f _s1, f _s2)；

步骤5：提取待对齐信号y[n]的特征信号波段，包括：

步骤5.1：在录波启动时刻附近△N范围内计算总谐波畸变率，表示为：

其中，G _h 为第h次谐波分量有效值，G ₁为基波分量有效值，计算窗长为采样点n的前一个周波采样点数，H为需要计算的最高谐波次数；

步骤5.2：计算总谐波畸变率最大值，表示为：

步骤5.3：采样点n _p 处的总谐波畸变率最高，可计算出k为：

步骤5.4：待对齐信号y[n]的特征信号波段可表示为：

其中，k为特征信号区间的起始时刻，h[n]为矩形窗，所示为：

其中，M为矩形窗窗长，也是特征信号长度；

步骤6：定义x[n]和y _s [n]的短时归一化相关系数可以表示为：

其中，l为矩形窗移动的采样点数，且

；

步骤7：考虑到不同设备录波极性可能不一致，定义偏差时间识别指标

，表示 为：

步骤8：计算偏差时间识别指标最大值位置，表示为：

其中，l _p 即为计算出的偏差时间识别指标最大值位置；

步骤9：得到两组信号时间之差为：

步骤10：y[n]信号修正时标后表示为：

步骤11：定义t _SWx 和t _SWy 分别为参考信号和待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的时间，计算不同二次设备录波波形及SOE时标对齐结果为：

其中，

为待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的校正后的时间。

本发明的有益效果：采用本发明所述方法，对于不同装置的故障录波文件，提出了信号选取原则，利用总谐波畸变率分布特点提取待对齐信号的特征信号波段，建立了短时归一化相关系模型，实现了不同录波文件的时标校正，计算结果准确性高，不受CT极性接线方式的影响，且受噪声影响较小，有良好的抗干扰能力，提高了同一时间坐标下的故障时序分析的准确度。

附图说明

图1为本发明的实施例的参考信号和待对齐信号；

图2为本发明的实施例提取待对齐信号的特征信号结果；

图3为本发明的实施例偏差时间识别指标最大值位置计算结果。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的说明。步骤包括：

步骤1：考虑变电站二次设备录波数据各通道波形为能量有限的离散信号，而且每个录波文件内部通道时标一致。指定参考录波文件为A，选取参考录波信号，包括；

步骤1.1：在A文件中选取某一录波通道，其信号可以表示为：

其中，Dt为采样间隔，Dt =1/f _s ，f _s 是采样频率；n=0,1,2,…,N-1，N为采样点数；

步骤1.2：将x[n]定义为参考录波信号，即取此信号采样时刻为基准时刻，求解其 他待对齐录波信号的相对时间偏差

。

步骤2：设待对齐录波文件为B，在B文件中选取待对齐信号通道，定义待对齐信号为y[n]，可以表示为：

步骤3：待对齐信号的选取原则包括：

步骤3.1：录波文件B选取的通道信号y[n]与录波文件A选取的参考信号x[n]同为电压或电流信号；

步骤3.2：信号采集于电力系统的同一电气节点处；

步骤4：若两个信号采样频率不一致，分别为f _s1和f _s2，如果f _s1≠f _s2，则需要对高频采样信号进行重采样，重采样频率为min(f _s1, f _s2)；

步骤5：提取待对齐信号y[n]的特征信号波段，包括：

步骤5.1：在录波启动时刻附近△N范围内计算总谐波畸变率，表示为：

其中，G _h 为第h次谐波分量有效值，G ₁为基波分量有效值，计算窗长为采样点n的前一个周波采样点数，H为需要计算的最高谐波次数；

步骤5.2：计算总谐波畸变率最大值，表示为：

步骤5.3：采样点n _p 处的总谐波畸变率最高，可计算出k为：

步骤5.4：待对齐信号y[n]的特征信号波段可表示为：

其中，k为特征信号区间的起始时刻，h[n]为矩形窗，所示为：

其中，M为矩形窗窗长，也是特征信号长度；

步骤6：定义x[n]和y _s [n]的短时归一化相关系数可以表示为：

其中，l为矩形窗移动的采样点数，且

；

步骤7：考虑到不同设备录波极性可能不一致，定义偏差时间识别指标

，表示 为：

步骤8：计算偏差时间识别指标最大值位置，表示为：

其中，l _p 即为计算出的偏差时间识别指标最大值位置；

步骤9：得到两组信号时间之差为：

步骤10：y[n]信号修正时标后表示为：

步骤11：定义t _SWx 和t _SWy 分别为参考信号和待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的时间，计算不同二次设备录波波形及SOE时标对齐结果为：

其中，

为待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的校正后的时间。

为验证本发明一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法的准确性和适应性，根据上述原则构建仿真电流信号x[n]，由正弦波仿真得到，采样频率为f _s =1200Hz，突变点为n=250处，幅值从4A变为2A，将x[n]左移△n _set=50采样点，并反相得到y[n]，模拟时标不一致且CT极性相反的录波通道信号。再给x[n]和y[n]信号分别添加信噪比为20dB的高斯白噪声，模拟实际工况中恶劣的录波采样结果。图1为本发明的实施例的参考信号和待对齐信号。由于本实施例中的参考信号和待对齐信号采样率一致，故无需重采样。

通常可设M为一周波采样点数，即M = 24，令H = 2，图2给出了待对齐信号特征信号波段选取结果，其中k=292。

最后时间参数计算结果如图3所示，l _p =242，最后可得时间偏差为△n=50，与△n _set=50一致，即待对齐二次设备录波及SOE的时标相对于参考二次设备，整体时间需要减少1/24秒。

综上所述，采用本发明的技术方案，对于不同装置的故障录波文件，提出了信号选取原则，利用总谐波畸变率分布特点提取待对齐信号的特征信号波段，建立了短时归一化相关系模型，实现了不同录波文件的时标校正，计算结果准确性高，不受CT极性接线方式的影响，且受噪声影响较小，有良好的抗干扰能力，提高了同一时间坐标下的故障时序分析的准确度。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：指定参考录波文件为A，选取参考录波信号，包括：

步骤1.1：在A文件中选取某一录波通道，其信号表示为：

x[n]＝x(nΔt)

其中，Δt为采样间隔，Δt＝1/f_s，f_s是采样频率；n＝0,1,2,…,N-1，N为采样点数；

步骤1.2：将x[n]定义为参考录波信号，用于后续求解其他待对齐录波信号的相对时间偏差Δn；

步骤二：设待对齐录波文件为B，在B文件中选取待对齐信号通道，定义待对齐信号为y[n]：

y[n]＝y(nΔt)；

步骤三：选取待对齐的信号；

步骤四：若两个信号采样频率不一致，分别为f_s1和f_s2，f_s1≠f_s2，则需要对高频采样信号进行重采样，重采样频率为min(f_s1,f_s2)；

步骤五：提取待对齐信号y[n]的特征信号波段y_s[n]；

步骤六：定义x[n]和y_s[n]的短时归一化相关系数：

其中，l为矩形窗移动的采样点数，且0≤l≤N-M，h[n-l]为矩形窗h[n]右移l个采样点数，y_s[n-l]为待对齐信号y[n]右移l个采样点数,M为矩形窗窗长，也是特征信号长度；

步骤七：设定偏差时间识别指标ρ_pow，表示为：

ρ_pow[l]＝ρ_xy ⁴[l]；

步骤八：计算偏差时间识别指标最大值位置：

ρ_pow[l_p]＝max(ρ_xy ⁴[l])；

其中，l_p即为计算出的偏差时间识别指标最大值位置；

步骤九：得到两组信号时间之差为：

Δn＝k-l_p；

其中，k为特征信号区间的起始时刻；

步骤十：y[n]信号修正时标后表示为：

y_m[n]＝y[n+Δn]；

步骤十一：设定t_SWx和t_SWy分别为参考信号和待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的时间，计算不同二次设备录波波形及SOE时标对齐结果为：

其中，t′_SWy为待对齐信号所属二次设备录波波形及SOE事件的校正后的时间。

2.如权利要求1所述的一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，其特征在于，步骤三中待对齐信号的选取原则包括：

(1)录波文件B选取的通道信号y[n]与录波文件A选取的参考信号x[n]同为电压或电流信号；

(2)信号采集于电力系统的同一电气节点处。

3.如权利要求1所述的一种基于录波文件基准通道的二次设备时标对齐方法，其特征在于，步骤五具体包括：

步骤5.1：在录波启动时刻附近△N范围内计算总谐波畸变率，表示为：

其中，G_h为第h次谐波分量有效值，G₁为基波分量有效值，计算窗长为采样点n的前一个周波采样点数，H为需要计算的最高谐波次数；

步骤5.2：计算总谐波畸变率最大值，表示为：

THD[n_p]＝max(THD[n])

步骤5.3：采样点n_p处的总谐波畸变率最高，可计算出k为：k＝n_p-M+1

步骤5.4：待对齐信号y[n]的特征信号波段可表示为：

y_s[n]＝y[n+k]·h[n]

其中，k为特征信号区间的起始时刻，h[n]为矩形窗，所示为：

其中，M为矩形窗窗长，也是特征信号长度。

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