CN112529736A - 一种分布式电网在线录波方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式电网在线录波方法及系统,该方法通过获取安装在各个监测点的采样装置以数据流的形式发送的带时戳的采样数据;并将获取到的采样数据对应地写入至为每个采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。因此,本发明不仅能够实现全息波形数据的故障分析,而且还通过在云服务器为每个采样装置配置对应的环形缓冲区,在写入采样数据的同时,又能进行全面的特征分析,从而避免云服务器的数据拷贝和搬移操作,进而提高全息波形数据故障分析的分析效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统波形监测技术,尤其涉及一种分布式电网在线录波方法及系统。
背景技术
波形作为电力系统故障识别关键技术之一,利用故障特征电流、电压突变量,电流电压越限,频率变化作为启动条件,录制故障态波形已经在故障处理领域广为应用,但对于无故障特征或故障特征不明显时,无法有效启动录波,为了有效分析故障,全息波形数据变得至关重要。但是,针对海量全息波形数据的故障分析,需要考虑传输速率以及存储效率等因素,否则很难保证故障识别系统能够及时地识别出故障,并进行相应地故障响应控制。
中国发明专利申请CN111107050A公开了一种配电网动模系统的分布式录波方法及装置,通过采用双内存缓存机制,将数据缓存与文件写入分离,提高数据写入的准确性,降低系统响应时间,提高系统的吞吐量;但是,随着录波仪数量的扩展,需要重新配置大量的内存,将带来额外的工作量,且扩展成本较高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足,本发明的目的在于:提供一种分布式电网在线录波方法,不仅能够提高针对海量全息波形数据的故障分析的分析效率,还能降低系统扩展成本。
为实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
获取安装在各个监测点的采样装置以数据流的形式发送的带时戳的采样数据;
将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法中,根据用户的分析功能设置,在对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析的同时,还同时对由所述分析功能设置确定的采样数据元素组合逐个地进行特征分析;其中,所述采样数据元素组合由多个不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素构成。
进一步地,对所述采样数据元素组合进行特征分析时,对不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素进行时间对齐。
进一步地,根据电网拓扑结构,以及特征和事件所需的采样数据,预先配置多种所述采样数据元素组合,以对应不同的所述分析功能设置。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法中,进行特征分析的方式为:基于采样数据元素或采样数据元素组合,进行电参数计算,并得到相应的电参数计算结果;以及根据电参数指标,判断所述电参数计算结果是否异常;若所述电参数计算结果异常,则所述特征分析结果为异常;反之,则所述特征分析结果为正常。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法中,通过波形处理控件对采样数据元素或采样数据元素组合,以及对应的电参数计算结果进行处理,得到一个或多个实时动态波形及特征参数,并根据用户的显示功能设置,输出相应的实时动态波形及特征参数,以进行显示。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法中,对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析时,还将相关的采样数据元素存储在历史波形记录数据库。如此当故障分析需要更多波形数据时,可以在历史波形记录数据库中进行查询。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法中,根据所述采样数据在发送前加密所采用的加密算法,对获取到的所述采样数据进行解密。进一步地,本发明的加密算法为非对称加密算法和/或Hash算法。
根据一种具体的实施方式,本发明的分布式电网在线录波方法还包括:对所述采样装置进行注册验证;而且,进行注册验证的方式为:获取所述采样装置按照预设通信地址而发送的设备ID以及定位数据;根据预设的电网拓扑结构数据,对所述定位数据进行匹配,若匹配成功,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据。
进一步地,还判断所述设备ID是否包含在授权设备ID列表中;若包含在所述授权设备ID列表中,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据,否则提示采样装置注册失败。再进一步地,所述授权设备ID列表记录在区块链或者可信数据库中。
本发明的另一方面,还提供一种分布式电网在线录波系统,其包括:安装在各个监测点的采样装置,以及云服务器;其中,
所述采样装置,用于生成带时戳的采样数据,并将生成的带时戳的采样数据以数据流的形式发送至所述云服务器;
所述云服务器,用于将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
与现有技术相比,本发明的有益效果:
1、本发明的分布式电网在线录波方法,通过获取安装在各个监测点的采样装置以数据流的形式发送的带时戳的采样数据;并将获取到的采样数据对应地写入至为每个采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。因此,本发明不仅能够实现全息波形数据的故障分析,而且还通过在云服务器为每个采样装置配置对应的环形缓冲区,在写入采样数据的同时,又能进行全面的特征分析,从而避免云服务器的数据拷贝和搬移操作,进而提高全息波形数据故障分析的分析效率。
2、本发明的分布式电网在线录波方法,还能够根据用户的功能设置,实时地对由该分析功能设置确定的采样数据元素组合逐个地进行特征分析,即能够实现对用户自定义的多个采样装置的采样数据的组合进行特征分析,从而实现对电网的特定区域的实时故障分析与判断。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图;
图2为本发明方法的一种实施例的流程示意图;
图3为本发明系统的架构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
如图1所示,本发明的分布式电网在线录波方法,其包括以下步骤:
获取安装在各个监测点的采样装置以数据流的形式发送的带时戳的采样数据;
将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
而且,对每个环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析时,还将相关的采样数据元素存储在历史波形记录数据库。如此当故障分析需要更多波形数据时,可以在历史波形记录数据库中进行查询。
因此,本发明不仅能够以实时在线的方式对安装在各个监测点的采样装置采集的数据进行特征分析,而且,还在特征分析结果为特征异常时,将相关的采样数据存储为录波文件,便于后续高级的故障分析,以快速进行电网系统的故障响应控制。
本发明的分布式电网在线录波方法中,环形缓冲区是一种用于表示一个固定尺寸、头尾相连的缓冲区的数据结构,适合缓存数据流,而且,是一个先进先出的循环缓冲区,可以向通信程序提供对缓冲区的互斥访问。因此,本发明通过在云服务器为每个采样装置配置对应的环形缓冲区,在写入采样数据的同时,又能进行全面的特征分析,从而避免云服务器的数据拷贝和搬移操作,进而提高全息波形数据故障分析的分析效率。而且,云服务器与各个采集装置之间采用具有更低延时的5G通信技术,能够适应大数据量低延时的数据传送。
如图2所示,本发明的分布式电网在线录波方法,为用户提供自定义地分析功能和显示功能。
就分析功能而言,云服务器能够根据用户的分析功能设置,在对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析的同时,还同时对由所述分析功能设置确定的采样数据元素组合逐个地进行特征分析;其中,所述采样数据元素组合由多个不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素构成。而且,对所述采样数据元素组合进行特征分析时,对不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素进行时间对齐,从而保证分析时,电网的特定区域各个监测点的时间是同步一致,避免出现误判的情况出现。
本发明的分布式电网在线录波方法中,进行特征分析的方式为:基于采样数据元素或采样数据元素组合,进行电参数计算,并得到相应的电参数计算结果;以及根据电参数指标,判断所述电参数计算结果是否异常;若所述电参数计算结果异常,则所述特征分析结果为异常;反之,则所述特征分析结果为正常。具体的,在电网拓扑结构和符合条件确定的前提下,各个监测点和监测区域对应特征和事件的电参数指标是可以确定的。
在实施时,本发明根据电网拓扑结构,以及特征和事件所需的采样数据,预先配置多种所述采样数据元素组合,以对应不同的分析功能设置。
就显示功能而言,云服务器通过波形处理控件对采样数据元素或采样数据元素组合,以及对应的电参数计算结果进行处理,得到一个或多个实时动态波形及特征参数,并根据用户的显示功能设置,输出相应的实时动态波形及特征参数,以进行显示,从而更好地实时获取电网运行状况。
此外,为了集中管理安装在各个监测点的采样装置,避免未经授权的接入,云服务器还对采样装置进行注册验证。具体的,进行注册验证的方式为:获取所述采样装置按照预设通信地址而发送的设备ID以及定位数据;根据预设的电网拓扑结构数据,对所述定位数据进行匹配,若匹配成功,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据。
进一步地,除了判断定位数据是否匹配,还判断所述设备ID是否包含在授权设备ID列表中;若包含在所述授权设备ID列表中,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据,否则提示采样装置注册失败。同时,为了保证管理的安全性,将授权设备ID列表记录在区块链或者可信数据库中,防止被篡改。
本发明的分布式电网在线录波方法中,采样装置通过非对称加密算法和/或Hash算法对所述采样数据进行加密,而云服务器则相应地采用非对称加密算法和/或Hash算法对所述采样数据进行解密。
如图3所示,本发明的另一方面,还提供一种分布式电网在线录波系统,其包括:安装在各个监测点的采样装置200,以及云服务器100;其中,
所述采样装置200,用于生成带时戳的采样数据,并将生成的带时戳的采样数据以数据流的形式发送至所述云服务器100;
所述云服务器100,用于将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
具体的,本发明的分布式电网在线录波系统中,云服务器100还为用户提供自定义地分析功能和显示功能。
就分析功能而言,云服务器100能够根据用户的分析功能设置,在对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析的同时,还同时对由所述分析功能设置确定的采样数据元素组合逐个地进行特征分析;其中,所述采样数据元素组合由多个不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素构成。而且,对所述采样数据元素组合进行特征分析时,对不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素进行时间对齐,从而保证分析时,电网的特定区域各个监测点的时间是同步一致,避免出现误判的情况出现。
而且,云服务器100进行特征分析的方式为:基于采样数据元素或采样数据元素组合,进行电参数计算,并得到相应的电参数计算结果;以及根据电参数指标,判断所述电参数计算结果是否异常;若所述电参数计算结果异常,则所述特征分析结果为异常;反之,则所述特征分析结果为正常。具体的,在电网拓扑结构和符合条件确定的前提下,各个监测点和监测区域对应特征和事件的电参数指标是可以确定的。
在实施时,本发明根据电网拓扑结构,以及特征和事件所需的采样数据,在云服务器100中预先配置多种所述采样数据元素组合,以对应不同的分析功能设置。
就显示功能而言,云服务器100通过波形处理控件对采样数据元素或采样数据元素组合,以及对应的电参数计算结果进行处理,得到一个或多个实时动态波形及特征参数,并根据用户的显示功能设置,输出相应的实时动态波形及特征参数,以进行显示,从而更好地实时获取电网运行状况。
此外,为了集中管理安装在各个监测点的采样装置,避免未经授权的接入,云服务器100还对采样装置进行注册验证。具体的,云服务器100进行注册验证的方式为:获取所述采样装置按照预设通信地址而发送的设备ID以及定位数据;根据预设的电网拓扑结构数据,对所述定位数据进行匹配,若匹配成功,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据。
进一步地,云服务器100除了判断定位数据是否匹配,还判断所述设备ID是否包含在授权设备ID列表中;若包含在所述授权设备ID列表中,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据,否则提示采样装置注册失败。同时,为了保证管理的安全性,将授权设备ID列表记录在区块链或者可信数据库中,防止被篡改。
具体的,本发明的分布式电网在线录波系统中,所述采样装置200包括:
采集模块,用于同步采集波形数据与时钟数据;其中,时钟数据由通过接收GPS/北斗卫星获取标准的时钟信号而得到,波形数据由设置在监测点的电流计、电压计等传感元件检测得到。
处理模块,用于对所述波形数据和所述时钟数据进行数据处理,得到带时戳的采样数据;
环形缓冲器,用于缓存拟向所述云服务器100发送的带时戳的采样数据;
通信模块,用于将所述采样数据以数据流的形式发送至所述云服务器100;其中,通信模块采用具有更低延时的5G通信技术,能够适应大数据量低延时的数据传送。
应该理解到,本发明所揭露的系统,可通过其它的方式实现。例如所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,模块之间的通信连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个处理单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
Claims (12)
1.一种分布式电网在线录波方法,其特征在于,应用于云服务器,所述方法包括:
获取安装在各个监测点的采样装置以数据流的形式发送的带时戳的采样数据;
将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
2.如权利要求1所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,根据用户的分析功能设置,在对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析的同时,还同时对由所述分析功能设置确定的采样数据元素组合逐个地进行特征分析;其中,所述采样数据元素组合由多个不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素构成。
3.如权利要求2所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,对所述采样数据元素组合进行特征分析时,对不同所述环形缓冲区中缓存的采样数据元素进行时间对齐。
4.如权利要求2所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,根据电网拓扑结构,以及特征和事件所需的采样数据,预先配置多种所述采样数据元素组合,以对应不同的所述分析功能设置。
5.如权利要求1~4任一项所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,进行特征分析的方式为:基于采样数据元素或采样数据元素组合,进行电参数计算,并得到相应的电参数计算结果;以及根据电参数指标,判断所述电参数计算结果是否异常;若所述电参数计算结果异常,则所述特征分析结果为异常;反之,则所述特征分析结果为正常。
6.如权利要求5所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,通过波形处理控件对采样数据元素或采样数据元素组合,以及对应的电参数计算结果进行处理,得到一个或多个实时动态波形及特征参数,并根据用户的显示功能设置,输出相应的实时动态波形及特征参数,以进行显示。
7.如权利要求1所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析时,还将相关的采样数据元素存储在历史波形记录数据库。
8.如权利要求1所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,根据所述采样数据在发送前加密所采用的加密算法,对获取到的所述采样数据进行解密。
9.如权利要求1所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,还包括:对所述采样装置进行注册验证;而且,进行注册验证的方式为:获取所述采样装置按照预设通信地址而发送的设备ID以及定位数据;根据预设的电网拓扑结构数据,对所述定位数据进行匹配,若匹配成功,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据。
10.如权利要求9所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,还判断所述设备ID是否包含在授权设备ID列表中;若包含在所述授权设备ID列表中,则将所述设备ID关联至所述电网拓扑结构数据,否则提示采样装置注册失败。
11.如权利要求10所述的分布式电网在线录波方法,其特征在于,所述授权设备ID列表记录在区块链或者可信数据库中。
12.一种分布式电网在线录波系统,其特征在于,包括:安装在各个监测点的采样装置,以及云服务器;其中,
所述采样装置,用于生成带时戳的采样数据,并将生成的带时戳的采样数据以数据流的形式发送至所述云服务器;
所述云服务器,用于将获取到的采样数据对应地写入至为每个所述采样装置所配置的环形缓冲区内,并同时对每个所述环形缓冲区内缓存的采样数据元素逐个地进行特征分析;其中,若特征分析结果为特征异常,则将相关的采样数据存储为一个用于故障分析的录波文件。
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