CN111458598A - 一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，包括如下步骤：获取保护装置和采集单元的同一组扰动或故障产生的各自Comtrade波形文件；根据所述Comtrade波形文件，寻找出故障点；步骤SS3：以所述故障点为起点向前查找距离所述故障点一周波的最近的过零点，以所述过零点为波形第一点向后截取6个周波；判断截取的6个周波的采样频率，将不同采样频率的周波进行重采样，转换成采样频率相同的波形；计算每个波形的第一个采样点处的相角θ₁和θ₂，求出相角差Δθ；根据相角时间公式将Δθ折算成插值算法所对应的调节时间Δt；根据Δt将相位滞后的波形向前移动Δt秒，在一次移相后，再判断两个波形的角差，如果角差≥1°，进行第二次迭代移相，从而对齐异步采样的两个波形。

Description

一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法

技术领域

本发明涉及一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，属于电力自动化技 术领域。

背景技术

电力系统自动装置自诊断技术的发展为变电站智能化运维和巡检奠定了基 础。电力互感器作为测量电力系统基础数据的传感器，其精度和可靠性直接影响 变电站运维隐患和事故分析的研判结果。随着智能电网的不断发展，系统规模越 来越大，电压等级越来越高，网架结构愈加复杂，保护装置均采用双重化配置。 变电站中存在大量的二次设备冗余信息，一次系统的同一个电压、电流量会被多 个自动装置采集，当电力系统发生扰动或故障时会产生多个同源波形，如A、B 套保护录波和采集单元录波，如果能将这几个同源波形进行关联对比分析，相互 校验，可以有效减少和预防智能变电站故障隐患，但是这几个同源波形都是异步 采样，无法直接放在同一时间轴下进行分析。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种异步采样的多 个同源录波波形对齐方法，解决了多个同源波形在采样率不同和异步采样情况无 法在同一个时间轴同屏下分析的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种异步采样的多个同源录波波形对齐方 法，包括如下步骤：

步骤SS1：获取保护装置和采集单元的同一组扰动或故障产生的各自 Comtrade波形文件；

步骤SS2：根据所述步骤SS1的所述Comtrade波形文件，寻找出故障点；

步骤SS3：以所述步骤SS2得到的所述故障点为起点向前查找距离所述故障 点一周波的最近的过零点，以所述过零点为波形第一点向后截取6个周波；

步骤SS4：判断所述步骤SS3截取的6个周波的采样频率，将不同采样频率 的周波进行重采样，转换成采样频率相同的波形；

步骤SS5：计算步骤SS4得到的每个波形的第一个采样点处的相角θ₁和θ₂， 求出相角差Δθ＝θ₁-θ₂；

步骤SS6：根据相角时间公式将Δθ折算成插值算法所对应的调节时间Δt； 根据Δt将相位滞后的波形向前移动Δt秒；在一次移相后，再判断两个波形的相 角差，如果相角差≥1°，进行第二次迭代移相，从而对齐异步采样的两个波形， 实现在同一时间轴下波形分析。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：打开每个Comtrade波形 文件，选取故障间隔电流通道，根据突变分量公式扫描故障间隔的电流通道，逐 点计算出突变分量ΔI，寻找出突变分量ΔI大于定值I_set的采样点，即为故障点。

作为一种较佳的实施例，所述突变分量公式为：

ΔI＝||i(t)-i(t-N)|-|i(t-N)-i(t-2N)|| 公式(1)；

式中：i(t)为当前采样时刻的电流采样值；i(t-N)为距离当前采样时刻前 一周波的电流采样值；i(t-2N)为距离当前采样时刻前两周波的电流采样值；N 为每周波采样点数。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：判断所述步骤SS3截取 的6个周波的采样频率，将非2400Hz采样率的6个周波采用牛顿二次插值公式 进行重采样，转换成采样率为2400Hz的波形。

作为一种较佳的实施例，所述牛顿二次插值公式为：

N₂(x)＝f(x₀)+f[x₀,x₁](x-x₀)+f[x₀,x₁,x₂](x-x₀)(x-x₁) 公式(2)；

其中：

(x₀,f(x₀))、(x₁,f(x₁))、(x₂,f(x₂))是波形f(x)上面的连续3个采样点，x 是处于区间[x₀,x₁]之间的插值位置，N₂(x)是x处的牛顿二次插值。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS6中的相角时间公式为：

若相角差Δθ的单位为度，调节时间Δt的单位为s，则两者关系如下：

本发明所达到的有益效果：本发明针对如何解决多个同源波形在采样率不同 和异步采样情况无法在同一个时间轴同屏下分析的技术问题，通过寻找故障点和 过零点实现第一次对齐，通过插值重采样将不同采样率进行归一化处理，再通过 插值移相，将几个异步采样的同源波形进行再次对齐，同步误差不大于1°，提 高了数据同步精度，为实现同轴分析提供了基础数据，提高了变电站智能运维的 效率。

附图说明

图1是本发明的公式(2)中f(x)的波形示意图。

具体实施方式

下面结合附图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。

术语解析：Comtrade为Common format for transient data exchange forpower systems，中文名为电力系统瞬态数据交换的通用格式。

本发明提供一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，包括如下步骤：

步骤SS1：获取保护装置和采集单元的同一组扰动或故障产生的各自 Comtrade波形文件；

步骤SS2：根据所述步骤SS1的所述Comtrade波形文件，寻找出故障点；

步骤SS3：以所述步骤SS2得到的所述故障点为起点向前查找距离所述故障 点一周波的最近的过零点，以所述过零点为波形第一点向后截取6个周波；

步骤SS4：判断所述步骤SS3截取的6个周波的采样频率，将不同采样频率 的周波进行重采样，转换成采样频率相同的波形；

步骤SS5：计算步骤SS4得到的每个波形的第一个采样点处的相角θ₁和θ₂， 求出相角差Δθ＝θ₁-θ₂；

步骤SS6：根据相角时间公式将Δθ折算成插值算法所对应的调节时间Δt； 根据Δt将相位滞后的波形向前移动Δt秒；在一次移相后，再判断两个波形的相 角差，如果相角差≥1°，进行第二次迭代移相，从而对齐异步采样的两个波形， 实现在同一时间轴下波形分析。本发明能将异步采样的多个同源波形的同步对齐， 实现了异步采样的多个同源波形同轴分析。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：打开每个Comtrade波形 文件，选取故障间隔电流通道，根据突变分量公式扫描故障间隔的电流通道，逐 点计算出突变分量ΔI，寻找出突变分量ΔI大于定值I_set的采样点，即为故障点。

作为一种较佳的实施例，所述突变分量公式为：

ΔI＝||i(t)-i(t-N)|-|i(t-N)-i(t-2N)|| 公式(1)；

式中：i(t)为当前采样时刻的电流采样值；i(t-N)为距离当前采样时刻前 一周波的电流采样值；i(t-2N)为距离当前采样时刻前两周波的电流采样值；N 为每周波采样点数。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS4具体包括：判断所述步骤SS3截取 的6个周波的采样频率，将非2400Hz采样率的6个周波采用牛顿二次插值公式 进行重采样，转换成采样率为2400Hz的波形。

作为一种较佳的实施例，所述牛顿二次插值公式为：

N₂(x)＝f(x₀)+f[x₀,x₁](x-x₀)+f[x₀,x₁,x₂](x-x₀)(x-x₁) 公式(2)；

其中：

(x₀,f(x₀))、(x₁,f(x₁))、(x₂,f(x₂))是波形f(x)上面的连续3个采样点，x 是处于区间[x₀,x₁]之间的插值位置，N₂(x)是x处的牛顿二次插值。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS6中的相角时间公式为：

若相角差Δθ的单位为度，调节时间Δt的单位为s，则两者关系如下：

本发明通过寻找故障点和过零点实现第一次对齐，通过插值重采样将不同采 样率进行归一化处理，再通过插值移相，将几个异步采样的同源波形进行再次对 齐，同步误差不大于1°，提高了数据同步精度，为实现同轴分析提供了基础数 据，提高了变电站智能运维的效率。

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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品 的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或 方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框 的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机 或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可 编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个 流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产 生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或 方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得 在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从 而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或 多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形， 这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤SS1：获取保护装置和采集单元的同一组扰动或故障产生的各自Comtrade波形文件；

步骤SS2：根据所述步骤SS1的所述Comtrade波形文件，寻找出故障点；

步骤SS3：以所述步骤SS2得到的所述故障点为起点向前查找距离所述故障点一周波的最近的过零点，以所述过零点为波形第一点向后截取6个周波；

步骤SS4：判断所述步骤SS3截取的6个周波的采样频率，将不同采样频率的周波进行重采样，转换成采样频率相同的波形；

步骤SS5：计算步骤SS4得到的每个波形的第一个采样点处的相角θ₁和θ₂，求出相角差Δθ＝θ₁-θ₂；

步骤SS6：根据相角时间公式将Δθ折算成插值算法所对应的调节时间Δt；根据Δt将相位滞后的波形向前移动Δt秒；在一次移相后，再判断两个波形的相角差，如果相角差≥1°，进行第二次迭代移相，从而对齐异步采样的两个波形。

2.根据权利要求1所述的一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，所述步骤SS2具体包括：打开每个Comtrade波形文件，选取故障间隔电流通道，根据突变分量公式扫描故障间隔的电流通道，逐点计算出突变分量ΔI，寻找出突变分量ΔI大于定值I_set的采样点，即为故障点。

3.根据权利要求2所述的一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，所述突变分量公式为：ΔI＝||i(t)-i(t-N)|-|i(t-N)-i(t-2N)|| 公式(1)；

式中：i(t)为当前采样时刻的电流采样值；i(t-N)为距离当前采样时刻前一周波的电流采样值；i(t-2N)为距离当前采样时刻前两周波的电流采样值；N为每周波采样点数。

4.根据权利要求1所述的一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，所述步骤SS4具体包括：判断所述步骤SS3截取的6个周波的采样频率，将非2400Hz采样率的6个周波采用牛顿二次插值公式进行重采样，转换成采样率为2400Hz的波形。

5.根据权利要求4所述的一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，所述牛顿二次插值公式为：

N₂(x)＝f(x₀)+f[x₀,x₁](x-x₀)+f[x₀,x₁,x₂](x-x₀)(x-x₁) 公式(2)；

其中：

(x₀,f(x₀))、(x₁,f(x₁))、(x₂,f(x₂))是波形f(x)上面的连续3个采样点，x是处于区间[x₀,x₁]之间的插值位置，N₂(x)是x处的牛顿二次插值。

6.根据权利要求4所述的一种异步采样的多个同源录波波形对齐方法，其特征在于，所述步骤SS6中的相角时间公式为：

若相角差Δθ的单位为度，调节时间Δt的单位为s，则两者关系如下：

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