CN113589018A - 交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

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CN113589018A CN202110817779.6A CN202110817779A CN113589018A CN 113589018 A CN113589018 A CN 113589018A CN 202110817779 A CN202110817779 A CN 202110817779A CN 113589018 A CN113589018 A CN 113589018A
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屈路
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王俊刚
梅琪
钟伟华
刘浩
罗炜
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吴泳聪
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Abstract

本发明涉及电力系统接地安全技术领域，公开了一种交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质，分离直流偏磁电流中交直流部分的波形，从而对交流分量和直流分量进行频谱分析，得到其中各自的谐波含量，分析不同频率电流含量占比关系，有助于研究变压器直流偏磁的分布规律，消除直流偏磁对交流电网的不利影响。所述方法包括：通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。

Description

交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及电力系统接地安全技术领域，特别是涉及一种交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
随着城市轨道交通的蓬勃发展，其直流牵引供电系统排放的杂散电流问题日益严重，近年来，部分地区供电企业也发现杂散电流会通过电力系统的接地网入侵地铁沿线的变压器中性点，会不同程度地引发周围变电站直流偏磁现象。变压器直流偏磁现象会引起变压器噪声加剧，对附近居民生活造成不良影响，同时引起无功损耗和励磁电流谐波含量增加等问题，甚至造成设备结构性异常，严重威胁设备及电网安全稳定运行。通过对变压器中性点接地电流的实时录波，分析提取数据，得到变电站中性点接地电流中交直流含量占比关系，有助于研究变压器直流偏磁的分布规律，防范直流偏磁对交流电网的不利影响。因此对变电站中性点接地电流中交直流波形提取的准确有效性是分析变压器直流偏磁分布规律的重要环节。
目前现有技术主要是针对变电站中性点直流电流测量、录波及检测，并未提出变电站中性点接地电流中交直流波形提取方法的相关技术。而且，现场通过对变压器中性点接地电流实时录波，数据存储量大，提取交直流含量占比十分困难，得不到有效的交直流波形信息，不利于分析变压器直流偏磁分布规律。此外，现有的中性点直流偏磁电流的采样率过低，只有一秒一个数据，给出的是直流分量平均值和交流分量的有效值，没有实际波形，导致无法对波形进行分析，如频谱分析和谐波分析，对了解直流偏磁分量的来源，以及滤波方案的选取不利。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题是：提供了一种交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质，分离直流偏磁电流中交直流部分的波形，从而对交流分量和直流分量进行频谱分析，得到其中各自的谐波含量，分析不同频率电流含量占比关系，有助于研究变压器直流偏磁的分布规律，消除直流偏磁对交流电网的不利影响。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种交直流波形提取方法，包括：
通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
作为一个优选方案，所述通过数据记录仪录取变压器中心点接地线的接地电流波形，具体包括：
通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
作为一个优选方案，所述根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数，具体包括：
确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
作为一个优选方案，所述根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形，具体包括：
根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure BDA0003170537270000031
其中，
Figure BDA0003170537270000032
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure BDA0003170537270000033
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure BDA0003170537270000034
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
为了解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例提供一种交直流波形提取装置，包括：
接地电流波形录取模块，用于通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
采样点个数获取模块，用于根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
直流偏置量波形获取模块，用于根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
交流电流波形获取模块，用于使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
作为一个优选方案，所述接地电流波形录取模块包括：
第一连接单元，用于通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
第二连接单元，用于通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
数据录取单元，用于通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
作为一个优选方案，所述采样点个数获取模块具体包括：
采用频率确定单元，用于确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
采样点个数计算单元，用于根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
作为一个优选方案，所述直流偏置量波形获取模块具体包括：
平均值计算单元，用于根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure BDA0003170537270000051
其中，
Figure BDA0003170537270000052
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure BDA0003170537270000053
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
直流偏置量波形获取单元，用于根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure BDA0003170537270000054
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
为了解决上述技术问题，第三方面，本发明实施例提供一种交直流波形提取设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一方面任一项所述的交直流波形提取方法。
为了解决上述技术问题，第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如第一方面任一项所述的交直流波形提取方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供的一种交直流波形提取方法、装置、设备及存储介质，其有益效果在于：方案简单易行，提取交直流波形十分容易，并且能够得到有效的交直流波形信息，有利于分析研究变压器直流偏磁的分布规律；与此同时，分离提取直流偏磁电流中交直流部分的波形，能够对交流分量和直流分量进行频谱分析，得到其中各自的谐波含量，分析不同频率电流含量占比关系，有助于研究变压器直流偏磁的分布规律，消除直流偏磁对交流电网的不利影响；除此之外，不同变电站直流偏磁来源不同，根据得到的分析结果，可以制定不同的滤波方案。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术特征，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种交直流波形提取方法的一个优选实施例的流程示意图；
图2是本发明实际处理得到的接地电流波形的示意图；
图3是本发明实际处理得到的直流偏置量波形的示意图；
图4是本发明实际处理得到的交流电流波形的示意图；
图5是本发明提供的一种交直流波形提取装置的一个优选实施例的结构示意图；
图6是本发明提供的一种交直流波形提取设备的一个优选实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的、效果有更加清楚的理解，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但是不用来限制本发明的保护范围。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都应属于本发明的保护范围。
在本发明的描述中，应当理解的是，本文中的编号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有顺序或者技术含义，不能理解为规定或者暗示所描述的对象的重要性。
图1所示为本发明提供的一种交直流波形提取方法的一个优选实施例的流程示意图。
如图1所示，所述方法包括如下步骤：
S10：通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
S20：根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
S30：根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
S40：使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
本发明在进行变电站中性点接地电流中交直流波形提取的过程中，首先需要先录取得到变压器中性点的接地电流的波形，其中，接地电流中包括直流电流和交流电流。
在一个优选实施例中，步骤S10具体包括：
S101：通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
S102：通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
S103：通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
具体而言，在录取电流波形时，将霍尔传感器夹在变压器中性点的接地线上，利用信号传输线将霍尔传感器和数据记录仪连接上，利用数据线将数据记录仪测量得到的数据传递到PC机安装好的虚拟录波仪(虚拟示波器)上，进行实时录取变压器接地电流波形。其中，数据记录仪和虚拟录波仪是一套产品，运作时需要将数据记录仪测量的数据传输到PC机上安装好的虚拟录取仪上面录制变压器接地电流。可选的，数据记录仪为ISDS205B型数据记录仪，虚拟录波仪是与之配套的软件。
然后需要根据采样频率计算求取工频50Hz下每个周期的采样点个数。
在一个优选实施例中，步骤S20具体包括：
S201：确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
S202：根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
具体而言，由于变压器中性点接地电流不仅包含了频率为0Hz的纯直流量，还包含一些工频为50Hz的不平衡电流，另外还有包含由杂散电流和电磁感应电流中的频率大于1Hz的电流，如果采用1Hz的采样频率来进行采样的话，每秒钟只能采到1个数据点，这样对于大于1Hz以上的频率就会发生数据点失真，采集得到的数据点不能更好反映真实情况。根据奈奎斯特采样定理可知，采样频率要大于波形频率的2倍，才能采集到工频50Hz的波形，这样数据点才不会失真。故采样频率至少要大于100Hz，采样得到的数据点就能更好反应实际的接地电流信号。
其次，对工频50Hz下每个周期内数据点取平均值，得到并绘制只有直流偏置量的波形。
在一个优选实施例中，步骤S30具体包括：
S301：根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure BDA0003170537270000091
其中，
Figure BDA0003170537270000092
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure BDA0003170537270000093
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
S302：根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure BDA0003170537270000094
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
具体而言，根步骤S20的变压器接地电流波形和步骤S30的采样频率及采样点个数，能够求得每个周期内数据点的平均值，消除不平衡电流，达到只有直流偏置电流的目的。在步骤S2中，采样频率为f的前提下，采样数据点为f个，工频50Hz下每个周期的采样点个数为N，每个数据点对应的值为x1,x2…,xk,…xN，每个周期的平均值为
Figure BDA0003170537270000101
表示第i个周期下的平均值，i＝1，2…n，
Figure BDA0003170537270000102
为采样时间。最后根据每个周期对应的平均值
Figure BDA0003170537270000103
绘制出采样时间从0～ts内
Figure BDA0003170537270000104
的曲线，即直流偏置波形。
最后，将步骤S10得到的接地电流波形减去步骤S30得到的直流偏置量波形，可以得到交流电流波形部分，从而实现提取变电站中性点接地电流中交直流波形。
具体的，在matlab中导入接地电流波形和直流偏置量波形两个文件，再通过编程实现上述两个波形相减，得到交流电流波形。
作为一个举例，实际实施本发明时实地现场测试得到某变电站中性点接地电流的波形如图2所示。其中，采样频率为100KHz，每秒采样100000个数据点，那么工频50Hz下每个周期采样点个数为2000，每个数据点对应的值为x1,x2,…,x2000，则第1个周期的平均值为
Figure BDA0003170537270000105
依次得到第2,3,…,n个周期的平均值
Figure BDA0003170537270000106
Figure BDA0003170537270000107
为采样时间，然后根据每个周期对应的平均值
Figure BDA0003170537270000108
绘制出采样时间从0～Ts内
Figure BDA0003170537270000109
的曲线，即直流偏置量波形，如图3所示。最后，在matlab中导入接地电流波形和直流偏置量波形两个文件，再通过编程实现上述两个波形相减，得到交流电流波形部分，如图4所示。
本发明提供的一种交直流波形提取方法，方案简单易行，提取交直流波形十分容易，并且能够得到有效的交直流波形信息，有利于分析研究变压器直流偏磁的分布规律；与此同时，分离提取直流偏磁电流中交直流部分的波形，能够对交流分量和直流分量进行频谱分析，得到其中各自的谐波含量，分析不同频率电流含量占比关系，有助于研究变压器直流偏磁的分布规律，消除直流偏磁对交流电网的不利影响；除此之外，不同变电站直流偏磁来源不同，根据得到的分析结果，可以制定不同的滤波方案。
应当理解，本发明实现上述交直流波形提取方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述交直流波形提取方法的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
图5所示为本发明提供的一种交直流波形提取装置的一个优选实施例的结构示意图，所述装置能够实现上述任一实施例所述的交直流波形提取方法的全部流程及达到相应的技术效果。
如图5所示，所述装置包括：
接地电流波形录取模块51，用于通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
采样点个数获取模块52，用于根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
直流偏置量波形获取模块53，用于根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
交流电流波形获取模块54，用于使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
在一个优选实施例中，所述接地电流波形录取模块51包括：
第一连接单元，用于通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
第二连接单元，用于通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
数据录取单元，用于通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
在一个优选实施例中，所述采样点个数获取模块52具体包括：
采用频率确定单元，用于确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
采样点个数计算单元，用于根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
在一个优选实施例中，所述直流偏置量波形获取模块53具体包括：
平均值计算单元，用于根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure BDA0003170537270000131
其中，
Figure BDA0003170537270000132
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure BDA0003170537270000133
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
直流偏置量波形获取单元，用于根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure BDA0003170537270000134
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
图6所示为本发明提供的一种交直流波形提取设备的一个优选实施例的结构示意图，所述设备能够实现上述任一实施例所述的交直流波形提取方法的全部流程及达到相应的技术效果。
如图6所示，所述设备包括：
存储器61，用于存储计算机程序；
处理器62，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器62执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述的交直流波形提取方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器61中，并由所述处理器62执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述交直流波形提取设备中的执行过程。
所称处理器62可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器61可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器62通过运行或执行存储在所述存储器61内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在所述存储器61内的数据，实现所述交直流波形提取设备的各种功能。所述存储器61可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，所述存储器61可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述交直流波形提取设备包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图6结构示意图仅仅是上述交直流波形提取设备的示例，并不构成对交直流波形提取设备的限定，可以包括比图示更多部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
以上所述，仅是本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干等效的明显变型方式和/或等同替换方式，这些明显变型方式和/或等同替换方式也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种交直流波形提取方法，其特征在于，包括：
通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
2.根据权利要求1所述的交直流波形提取方法，其特征在于，所述通过数据记录仪录取变压器中心点接地线的接地电流波形，具体包括：
通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
3.根据权利要求1所述的交直流波形提取方法，其特征在于，所述根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数，具体包括：
确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
4.根据权利要求1所述的交直流波形提取方法，其特征在于，所述根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形，具体包括：
根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure FDA0003170537260000021
其中，
Figure FDA0003170537260000022
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure FDA0003170537260000023
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure FDA0003170537260000024
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
5.一种交直流波形提取装置，其特征在于，包括：
接地电流波形录取模块，用于通过数据记录仪录取变压器中性点的接地电流波形；
采样点个数获取模块，用于根据采样频率获取工频50Hz下每个周期的采样点个数；
直流偏置量波形获取模块，用于根据所述接地电流波形、所述采样频率以及所述每个周期的采样点个数，计算工频50Hz下每个周期内数据点的平均值，获得直流偏置量波形；
交流电流波形获取模块，用于使用所述接地电流波形减去所述直流偏置量波形，获得交流电流波形。
6.根据权利要求5所述的交直流波形提取装置，其特征在于，所述接地电流波形录取模块包括：
第一连接单元，用于通过霍尔传感器连接变压器中性点的接地线；
第二连接单元，用于通过信号传输线将所述霍尔传感器与所述数据记录仪建立连接；
数据录取单元，用于通过数据线将所述数据记录仪测量得到的数据传输至虚拟录波仪，录取所述接地电流波形。
7.根据权利要求5所述的交直流波形提取装置，其特征在于，所述采样点个数获取模块具体包括：
采用频率确定单元，用于确定所述采样频率，其中，所述采样频率大于100Hz；
采样点个数计算单元，用于根据如下公式计算所述每个周期的采样点个数：
N＝f/50；其中，N为所述每个周期的采样点个数，f为所述采样频率。
8.根据权利要求5所述的交直流波形提取装置，其特征在于，所述直流偏置量波形获取模块具体包括：
平均值计算单元，用于根据如下公式计算每个周期内数据点的平均值：
Figure FDA0003170537260000041
其中，
Figure FDA0003170537260000042
为第i个周期内数据点的平均值，1≤i≤n，
Figure FDA0003170537260000043
t为采样时间，xk为第i个周期的第k数据点对应的值；
直流偏置量波形获取单元，用于根据每个周期内数据点的平均值，绘制出采样时间0～ts内
Figure FDA0003170537260000044
的曲线，获得所述直流偏置量波形。
9.一种交直流波形提取设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述的交直流波形提取方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1至4任一项所述的交直流波形提取方法。
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