CN112014669A - 一种合并单元角差、比差的在线检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种合并单元角差、比差的在线检测方法及系统，属于智能变电站合并单元测试领域，该系统包括：模拟量采样插件、数字SV报文采样插件及CPU插件；模拟量采样插件，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；数字SV报文采样插件，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；CPU插件，用于在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的在线角差、比差测试。
Description
技术领域
本发明属于智能变电站合并单元测试领域，更具体地，涉及一种合并单元角差、比差的在线检测方法及系统。
背景技术
在智能变电站的建设运行过程中暴漏了很多问题，特别是合并单元采样数据异常导致的二次保护误动、拒动情况的发生。合并单元将CT、PT互感器转换为标准的SV采样报文，是整个智能变电站二次保护系统的数据源，其功能和性能的正常与否直接关乎着智能变电站电力网络的安全稳定运行。目前合并单元的现场检测主要依赖便携式合并单元测试仪，对合并单元的角差、比差等功能与性能进行测试。该测试方法只能在变电站每年的定检中进行，且必须离线进行相关的检修测试。而合并单元的故障率及检修频率都远远超过线路保护等其他二次保护控制装置，如何在线运行模式下对合并单元进行角差、比差等功能与性能测试，一直是智能变电站现场运维检修工作人员亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种合并单元角差、比差的在线检测方法及系统，通过模拟量与数字量数据同步记录并插值完成合并单元不停电在线检修，解决合并单元不能在智能变电站现场在线带电检修测试的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种合并单元角差、比差的在线检测系统，包括：模拟量采样插件、数字SV报文采样插件及CPU插件；
所述模拟量采样插件，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
所述数字SV报文采样插件，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
所述CPU插件，用于对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
优选地，所述CPU插件，用于以构包处理后的数字SV报文为基准，采用插值方法在构包处理后的模拟量采样数据中寻找与数字SV报文时标一致或最近的采样点，保证模拟量采样数据和数字SV报文的时标差不大于预设阈值，将获取的同时刻的模拟量采样点数据和数字SV报文进行相位比对，其相位差即为合并单元的角差，根据获取的模拟量电压电流和数字SV报文电压电流的有效幅值进行比对，其差值即为合并单元比差。
优选地，所述模拟量采样插件，用于对合并单元模拟量输入通道，通过电流钳形表在不断电情况下实现模拟量采样数据的采集记录；
所述数字SV报文采样插件，用于对合并单元SV输出通道，通过合并单元备用输出光通讯端口实现在不更改现成接线下获取SV采样数据的采集记录。
优选地，所述模拟量采样插件包括：模数转换单元及第一处理单元；
所述模数转换单元，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并将采集的模拟量电压、电流信号转换为数字电压、电流信号；
所述第一处理单元，用于对转换后的数字电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
优选地，所述数字SV报文采样插件包括：SFP光模块及第二处理单元；
所述SFP光模块，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并进行传输；
所述第二处理单元，用于对SV报文数据进行构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
优选地，所述CPU插件包括：第三处理单元、存储单元及CPLD单元；
所述第三处理单元，用于将构包后的模拟量电压电流和构包后的数字SV报文进行数据同步融合处理；
所述存储单元，用于对构包后的模拟量电压电流和构包后的SV报文进行数据存储；
所述CPLD单元，用于实现对系统硬件接口及指示灯信号的实时处理。
按照本发明的另一方面，提供了一种合并单元角差、比差的在线检测方法，包括：
从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
优选地，所述方法还包括：
将合并单元的模拟量电压、电流输入通道和对应数字SV转换输出通道进行同步触发模拟量和SV报文录波，在同一时刻进行数据比对分析，将记录的模拟量采样数据和SV报文数据的进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
优选地，所述在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试，包括：
以合并单元数字SV报文为基准，根据SV报文采样点M在T时刻位置获取模拟量在T时刻附件的采样点N1和N2，对应的采样时报记录为T1和T2；
当|T1-T|>|T2-T|，设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N2，即采样点N＝N2；否则设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N1，即采样点N＝N1；
在T时刻，数字SV报文对应的采样点M的相位为ω1，对应的有效幅值为X1，模拟量对应的采样点N的相位为ω2，对应的有效幅值为X2，对合并单元的输入模拟量和转换输出数字SV报文进行数据计算分析，则合并单元的角差为|ω1-ω2|，比差为|X1-X2|。
按照本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
提出了一种在线进行合并单元角差、比差测试的方法和系统，在智能变电站实际真实运行环境下实现了合并单元现场的不停电运维检修，解决了合并单元不能在线运维检修的现状，极大提高了智能变电站合并单元检修维护效率，保证了电网的安全可靠运行。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种合并单元角差、比差的在线检测系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的另一种合并单元角差、比差的在线检测系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种合并单元在线检测系统的取样示意图；
图4是本发明实施例提供的一种合并单元角差、比差的在线检测方法的流程示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种合并单元角差、比差的在线检测方法的流程示意图；
图6是本发明实施例提供的一种幅值、相位比对示意图。
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，以下结合附图及实施例，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例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中，“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
实施例一
如图1所示是本发明实施例提供的一种合并单元角差、比差的在线检测系统的结构示意图，系统采用插件式结构，除去电源供电插件和对外通讯插件外还支持三种业务处理插件，分别是模拟量采样插件、数字SV报文采样插件及CPU插件；
模拟量采样插件，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
数字SV报文采样插件，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
CPU插件，用于对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
进一步地，如图2所示，上述模拟量采样插件包括：模数转换单元及第一处理单元；
模数转换单元，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并将采集的模拟量电压、电流信号转换为数字电压、电流信号；
第一处理单元，用于对转换后的数字电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
其中，模数转换单元在硬件上可以通过ADC芯片实现。第一处理单元在硬件上可以通过FPGA实现。
具体地，对于模拟量采样插件，模拟量电压、电流采样信号通过ADC芯片进行电压、电流数据实时采集及传输，采样数据由模拟量转换为数字量，由FPGA进行数据构包处理，每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标，最终利用PCIE总线传输至CPU插件进行数据存储及分析。
进一步地，上述数字SV报文采样插件包括：SFP光模块及第二处理单元；
SFP光模块，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并进行传输；
第二处理单元，用于对SV报文数据进行构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
其中，第二处理单元在硬件上可以通过FPGA实现。
具体地，对于数字SV报文采样插件，数字SV报文通过SFP光模块机进行采集及传输，由FPGA进行SV数据构包处理，每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标，最终利用PCIE总线传输至CPU插件进行数据存储及分析。
进一步地，上述CPU插件包括：第三处理单元、存储单元及CPLD单元；
第三处理单元，用于将构包后的模拟量电压电流和构包后的数字SV报文进行数据同步融合处理；
存储单元，用于对构包后的模拟量电压电流和构包后的SV报文进行数据存储；
CPLD单元，用于实现对系统硬件接口及指示灯信号的实时处理。
其中，第三处理单元在硬件实现上可以通过PowerPC处理器实现，存储单元在硬件实现上可以通过SSD固态硬盘实现。
具体地，PowerPC处理器将模拟量电压电流和数字SV报文进行数据同步融合处理，SSD固态硬盘对模拟量电压电流和SV报文进行数据存储，CPLD实现对系统硬件接口及指示灯信号的实时处理，例如SV报文采集的LC类型光模块端口，指示灯能够实时更新SV报文的通讯链路状态及数据是否正常记录。
进一步地，如图3所示，对于合并单元模拟量输入通道，通过电流钳形表在不断电情况下实现模拟量采样数据的采集记录，对于合并单元SV输出通道，通过合并单元备用输出光通讯端口实现在不更改现成接线下获取SV采样数据的采集记录。将合并单元的模拟量输入通道和对应SV转换输出通道进行同步触发模拟量和数字SV报文录波，在同一时刻进行数据分析，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据的进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
进一步地，CPU插件，用于以构包处理后的数字SV报文为基准，采用插值方法在构包处理后的模拟量采样数据中寻找与数字SV报文时标一致或最近的采样点，保证模拟量采样数据和数字SV报文的时标差不大于预设阈值，将获取的同时刻的模拟量采样点数据和数字SV报文进行相位比对，其相位差即为合并单元的角差，根据获取的模拟量电压电流和数字SV报文电压电流的有效幅值进行比对，其差值即为合并单元比差。
其中，预设阈值的大小可以根据实际需要确定，本发明实施例不做唯一性限定。
作为一种优选的实施方式，模拟量电压电流采样通过插值算法保证采样率为1000K，即每帧模拟量采样点间隔1us，数字SV报文采样率固定为4k，即每帧采样报文间隔250us。以数字SV报文为基准，插值算法在模拟量采样数据中寻找与数字SV报文时标一致或最近的采样点，保证模拟量采样数据和数字SV报文的时标差不大于0.5us。将获取的同时刻的模拟量采样点数据和数字SV报文进行相位比对，其相位差即为合并单元的角差|ω1-ω2|，根据角差与时间的对应关系计算出合并单元模数转换的延时20ms×|ω1-ω2|÷360°。同时，根据获取的模拟量电压电流和数字SV报文电压电流的有效幅值进行解析，通过一二次变比和传输系数的换算后对模拟量和数字SV报文进行幅值比对，其差值即为合并单元比差。
实施例二
如图4所示是本发明实施例提供的一种合并单元角差、比差的在线检测方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1：从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
S2：从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
S3：对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
进一步地，将合并单元的模拟量电压、电流输入通道和对应数字SV转换输出通道进行同步触发模拟量和SV报文录波，在同一时刻进行数据比对分析，将记录的模拟量采样数据和SV报文数据的进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
优选地，在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试，包括：
以合并单元数字SV报文为基准，根据SV报文采样点M在T时刻位置获取模拟量在T时刻附件的采样点N1和N2，对应的采样时报记录为T1和T2；
当|T1-T|>|T2-T|，设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N2，即采样点N＝N2；否则设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N1，即采样点N＝N1；
在T时刻，数字SV报文对应的采样点M的相位为ω1，对应的有效幅值为X1，模拟量对应的采样点N的相位为ω2，对应的有效幅值为X2，对合并单元的输入模拟量和转换输出数字SV报文进行数据计算分析，则合并单元的角差为|ω1-ω2|，比差为|X1-X2|。
实施例三
如图5所示，采用AD7606B高速模拟量采样芯片获取合并单元模拟量输入信号，AD7606B最大采样率为800k，通过EP4CGX50DF2717N的FPGA进行模拟量数据的数据记录及打时标后重新构包传输；采用88e1512的物理层转换器对数字SV报文进行报文获取，通过EP4CGX50DF2717N的FPGA进行数字SV报文的数据记录及打时标后重新构包传输。模拟量数据和数字SV报文通过PCIE总线传输至CPU，由PowerPC进行数据同步记录存储，并由上位机软件对模拟量和数字SV报文进行分析。
对应合并单元模拟量电压、电流输入数据的采样记录，采用HOIKI-9694型号电流钳在线获取合并单元模拟量电流输入信号，采用鳄鱼夹并联电压端口模式在线获取合并单元模拟量电压输入信号；对应合并单元数字SV输出报文，利用合并单元多端口同步复制发送同组SV报文数据的特点，采用光纤点对点直连合并单元备用SV报文发送口模式获取合并单元输出SV报文数据，将合并单元的模拟量电压、电流输入通道和对应数字SV转换输出通道进行同步触发模拟量和SV报文录波，在同一时刻进行数据比对分析，将记录的模拟量采样数据和SV报文数据的进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
如图6所示，模拟量电压电流数据采样速率为500k，即每帧采样数据间隔2us，数字SV报文采样速率为4k，即每帧采样数据间隔250us，同步对合并单元模拟量数据和SV报文进行记录。对于模拟量采样数据，通过插值法实现模拟量数据采样率为1000k，即每帧间隔1us级。以合并单元数字SV报文基准，根据SV报文采样点M在T时刻位置获取模拟量在T时刻附件的采样点N1和N2，对应的采样时报记录为T1和T2。
当|T1-T|>|T2-T|，设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N2，即采样点N＝N2；否则设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N1，即采样点N＝N1。
在T时刻，数字SV报文对应的采样点M的相位为ω1，对应的有效幅值为X1，模拟量对应的采样点N的相位为ω2，对应的有效幅值为X2，对合并单元的输入模拟量和转换输出数字SV报文进行数据计算分析，则合并单元的角差为|ω1-ω2|，比差为|X1-X2|，转换延时为20ms×|ω1-ω2|÷360°。
实施例三
本申请还提供一种计算机可读存储介质，如闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、App应用商城等等，其上存储有计算机程序，程序被处理器执行时实现方法实施例中的合并单元角差、比差的在线检测方法。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种合并单元角差、比差的在线检测系统，其特征在于，包括：模拟量采样插件、数字SV报文采样插件及CPU插件；
所述模拟量采样插件，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
所述数字SV报文采样插件，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
所述CPU插件，用于对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述CPU插件，用于以构包处理后的数字SV报文为基准，采用插值方法在构包处理后的模拟量采样数据中寻找与数字SV报文时标一致或最近的采样点，保证模拟量采样数据和数字SV报文的时标差不大于预设阈值，将获取的同时刻的模拟量采样点数据和数字SV报文进行相位比对，其相位差即为合并单元的角差，根据获取的模拟量电压电流和数字SV报文电压电流的有效幅值进行比对，其差值即为合并单元比差。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模拟量采样插件，用于对合并单元模拟量输入通道，通过电流钳形表在不断电情况下实现模拟量采样数据的采集记录；
所述数字SV报文采样插件，用于对合并单元SV输出通道，通过合并单元备用输出光通讯端口实现在不更改现成接线下获取SV采样数据的采集记录。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述模拟量采样插件包括：模数转换单元及第一处理单元；
所述模数转换单元，用于从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并将采集的模拟量电压、电流信号转换为数字电压、电流信号；
所述第一处理单元，用于对转换后的数字电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述数字SV报文采样插件包括：SFP光模块及第二处理单元；
所述SFP光模块，用于从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并进行传输；
所述第二处理单元，用于对SV报文数据进行构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述CPU插件包括：第三处理单元、存储单元及CPLD单元；
所述第三处理单元，用于将构包后的模拟量电压电流和构包后的数字SV报文进行数据同步融合处理；
所述存储单元，用于对构包后的模拟量电压电流和构包后的SV报文进行数据存储；
所述CPLD单元，用于实现对系统硬件接口及指示灯信号的实时处理。
7.一种合并单元角差、比差的在线检测方法，其特征在于，包括：
从合并单元模拟量输入通道采集模拟量电压、电流信号，并对采集的模拟量电压、电流信号进行数据构包处理，使得每帧模拟量报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
从合并单元SV输出通道采集数字SV报文，并对采集的数字SV报文进行数据构包处理，使得每帧SV报文数据嵌入采样记录时刻的时标；
对构包处理后的模拟量电压电流和构包处理后的数字SV报文进行存储，并在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将合并单元的模拟量电压、电流输入通道和对应数字SV转换输出通道进行同步触发模拟量和SV报文录波，在同一时刻进行数据比对分析，将记录的模拟量采样数据和SV报文数据的进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述在同一时刻，将记录的模拟量采样数据和SV报文中对应的模拟量通道的数据进行幅值、相位比对，实现合并单元的角差、比差测试，包括：
以合并单元数字SV报文为基准，根据SV报文采样点M在T时刻位置获取模拟量在T时刻附件的采样点N1和N2，对应的采样时报记录为T1和T2；
当|T1-T|>|T2-T|，设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N2，即采样点N＝N2；否则设定模拟量采样点M在T时刻对应的数字SV报文为采样点N1，即采样点N＝N1；
在T时刻，数字SV报文对应的采样点M的相位为ω1，对应的有效幅值为X1，模拟量对应的采样点N的相位为ω2，对应的有效幅值为X2，对合并单元的输入模拟量和转换输出数字SV报文进行数据计算分析，则合并单元的角差为|ω1-ω2|，比差为|X1-X2|。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求7至9任一项所述方法的步骤。
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