CN1395350A - 快速消隐抖动识别开关量变位的方法 - Google Patents

Abstract

快速消隐抖动识别开关量变位的方法，在进行开关量输入信号变位测量时，以不低于开关量分辨率的频率进行全面采样扫描，记录所有变位信号的初始时刻和状态，随后跟踪记录其变化，利用自适应信号稳定时间的开关变位真伪判据Δt≥1/f1，在不大于1/f1的时间间隔内进行抖动的判定及其消隐处理，直至识别真实的开关量变位。采用软件方法，全程跟踪所有开关量变位信号的抖动时段，从而快速可靠地对抖动的伪变位信号进行消隐处理，准确认定真实变位信号，从根本上避免了误报和漏报，在不提高硬件成本的前提下妥善地解决了开关量采集的实时性和准确性之间的矛盾。本方法易于实现，编程简单，运算量小，工作可靠。

Description

快速消隐抖动识别开关量变位的方法

(一)技术领域

本发明涉及遥信信号采集中消隐抖动、识别开关量变位的方法。

(二)背景技术

在电力系统遥信信号采集中，需要对开关量输入信号变位状态和发生时刻进行高分辨率的测量，以保证对开关量变位作出正确的判断。因为开关量测量的正确与否直接影响着调度或运行人员对电力设备运行状态的判断。若开关量误判，轻者可能会给调度或运行人员造成情绪上的紧张，重者则可能误导调度运行人员的决策，甚至导致保护装置的误动作。在事故发生后，高分辨率的变位事件(包括变位状态和变位时标)可以正确反映事件发生的顺序，有助于分析故障发生的原因。由于继电器开关等硬件的原因，开关量信号在达到稳定之前存在着初始抖动时段，各信号抖动时段不相同，这种抖动的信号是一种伪变位信号，造成对测量真实变位信号的干扰，是造成误判的主要原因之一。要正确测量开关量变位，必须排除这种干扰。现有的防止开关量误判的解决方法存在着某些局限性，主要是难以同时满足准确性与实时响应性的要求或低成本高性能的要求。如对比文件1是通过软件设延时来避让开关抖动干扰，当开关动作时，开始计时直至达延时时限值，读取当前变位状态并与原状态比较，得到识别结果。其局限性在于延时时限值的设置具随意性。若时限值小于抖动稳定时间，会造成误判，达不到消隐抖动的目的。因此为了获得满意的正确性，通常将延时时限值选取得较大，这样响应速度会相应减慢，显然，这是一种以牺牲实时性为代价来实现准确性的方法。对比文件2是通过采取硬件措施，将开关的合闸、跳闸接点同时接到测量装置中，来消隐开关抖动干扰，实现准确性和实时性。但这使得一个遥信信息占用双输入通道，增加硬件设备的体积和成本，故障率升高，接线的工作量增大。

对比文件1：顾大庆“DISA-1变电站自动化系统中遥信误报的研究”《电力系统自动化》1995，Vol 19

对比文件2：赵金荣 徐石明“DISA变电站自动化系统中双接点遥信处理的研究”《电力系统自动化》1997，Vol 21

(三)发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服已有技术的缺点，发明一种在保证分辨率的前提下能快速及时地消隐抖动、准确识别开关量输入信号变位的测量方法。

本发明的技术解决方案如下：在进行开关量输入信号变位测量时，以不低于开关量分辨率的频率进行全面采样扫描，记录所有变位信号的初始时刻和状态，其后跟踪记录其变化，利用自适应信号稳定时间的开关变位真伪判据

≥1/f1，在不大于1/f1的时间间隔内进行抖动的判定及其消隐处理，直至识别真实的开关量变位，其中，

为变位信号脉冲宽度，f1为信号的抖动频率。

本发明方法的有益效果如下：采用软件方法，从所有开关量变位信号发生的第一时间起就将其作为变位事件进行跟踪，并利用自适应信号稳定时间的开关变位真伪判据 ≥1/f1随时进行抖动的判定及其消隐处理，因此本方法能全程跟踪所有开关量变位信号的抖动时段，在信号进入稳定的第一时间1/fl就识别出信号变位的真伪，从而快速可靠地对抖动的伪变位信号进行消隐处理，准确认定真变位信号。本方法不受变位信号数量和信号抖动过程时间的影响，既使在有大量的开关量同时发生信号变位(即所谓的“雪崩”现象)时，无论这些信号的稳定时间有何不同，都能快速而无误地识别出每一个变位信号的真伪，准确地记录每一个开关量变位发生的时刻，保证变位信号分辨率＜1毫秒，从而快速而可靠地消隐伪变位信号而不会漏掉真变位信号。本方法具有很强的开关量变位测量抗误防漏能力，而且响应速度迅速，仅取决于信号的稳定速度，使测量装置具有很强的开关量测量抗误防漏能力和很高的事件响应速度及分辨率，迅速准确地在大量的开关量变位中检出真实变位，从根本上避免了误报和漏报，在不提高硬件成本的前提下妥善地解决了开关量采集的实时性和准确性之间的矛盾。本发明方法易于实现，编程简单，运算量小，工作可靠。

(四)附图说明

图1为实施例中本发明方法程序框图。

图2为实施例中剖析一个开关量输入信号某一时段的波形示意图。

图3为本发明方法涉及的电路框图。

图4为图3中主控处理部分电路原理图。

(五)具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明进行详细描述。

如图1所示，本发明方法的一个具体实施例如下：在对经过滤波、升压预处理的遥信信号开关量某个批次的采集中，首先对所有开关量变位信号的状态、时标以微秒级同时进行地毯式扫描采集，若满足逻辑判别式(1)，将采集的变化状态和时刻保存在扫描数据缓冲区。

按图1程序框图所示流程、以逻辑判别式(2)、(3)、(4)对扫描数据缓冲区中的所有样本进行鉴别，消隐伪变位信号，提取真实变位信号。其具体过程说明如下：

第一步：缓冲区中待处理的扫描数据数目不为0，进入下一步；否者，进入第七步。

第二步：若数据满足逻辑算式(2)，是开关变位的初次样本，则记录变位的初始时刻和状态，开始脉冲宽度的计时 ，更新待识别处理标记F＝(AB)+F，转第六步。否则，进入下一步；

第三步：若数据满足逻辑算式(3)式，是脉冲沿时刻的样本。清脉冲宽度的计时

，转第六步；否则，本样本此次采集的状态与上次采集的状态相同，进入下一步。

第四步：若满足逻辑算式(4)，信号已进入稳定状态，抖动过程结束且有变位。即满足自适应信号稳定时间的开关量变位真伪判据，凡变位信号脉冲宽度 等于或大于信号的抖动频率f1倒数的变位信号为真实变位信号。记录变位状态与时标；否则，为伪变位信号，放弃。至此，成功识别出某一信号变位的真伪。进入下一步。

第六步：缓冲区中待处理数据数目减一。转第一步。

第七步：结束。

所涉及的逻辑判别式及其含义如下

(AB)+F             (1)

(\F)M(AB)          (2)

FM(AB)             (3)

FM(

≥T)(\(AB))(AC)      (4)其中，

A：每个BIT对应一个开关量本次扫描的样本状态

B：每个BIT对应一个开关量上次扫描的样本状态

C：每个BIT对应一个开关量开关变位前的稳定状态

M：处理屏蔽字(常数)  对于每一个BIT：1——样本选中，0——屏蔽

F：鉴别标志    对于每一个BIT：1——处于变位真伪识别中，0——不处于真伪识别中

满足逻辑判别式(1)≠0，至少有一个开关量变位或正处于变位识别处理中。

满足逻辑判别式(2)≡1，样本的属性是开关变位的初次样本，记录其发生时间为初始时标；

满足逻辑判别式(3)≡1，样本的属性是开关变位脉冲沿时刻的样本，脉冲计时

清零；

满足逻辑判别式(4)≡1，样本的属性是开关处于稳定状态的真变位样本；

电力系统的有关行业标准要求开关输入量分辨率≤10毫秒，某些应用场合要求开关输入量分辨率≤1毫秒，即变位发生的时标值误差不可大于1毫秒。同时，要正确反应被测信号，采样频率f3必须满足采样定理，所以采样频率f3必须同时满足

               f3≥1khz和f3≥2f2

所以，当根据截止频率f2≤f3/2来选择合适的元件参数，使无源滤波网络滤掉频率≥f2的干扰信号时，用频率f3采集的样本可包含输入信号的所有变化。

由于开关变位、触点抖动均为机械动作。从它们的机械特性及变电站控制和保护操作规程可知，触点的抖动频率f1和开关操作频率f0是低频信号，且有

                      f2＞f1＞f0

从上面的关系式可知，经过预处理的信号凡变化频率小于或等于f0的都是真实变位信号，或凡变化频率大于或等于f1的都是虚伪变位信号。显然，二者都可正确无误地判断出变位信号的真伪。但从判断过程需花费的时间看，后者远小于前者，或者说后者的响应速度远高于前者。所以，我们识别的判据定为：凡变位信号脉冲宽度

等于或大于信号的抖动频率f1倒数的变位信号为真实变位信号。否则，为伪变位信号。即：满足逻辑判别式(4)，为真实变位信号。

这一判据(4)仅与抖动频率有关，与它稳定时间的长短无关。我们称之为自适应信号稳定时间的开关量变位真伪判据。

在上述实施例中，地毯式扫描采样是以采样频率f3大于1khz的频率和中断方式进行采样。

如图2所示，是一个开关量输入信号某一时段的波形。

t＜t1时，信号处于稳定状态“0”；

t1≤t＜t4时，信号处于抖动状态“0”→“1”→“0”→“1”→“0”：

t4≤t＜t6时，信号处于稳定状态“0”：

t6≤t＜t8时，信号处于抖动状态“0”→“1”→“0”→“1”

t≥t8时，信号处于稳定状态“1”。

当用不低于分辨率的频率定时扫描采样时，在中断采样处理中，每个样本经由逻辑判断式(1)进行判断。可知S5，S10，S13，S18，S37，S43，S49共七个样本有变化，时刻分别是t1；其它样本无变化。

按图1程序框图所示流程对扫描数据缓冲区中的所有样本逐一进行鉴别，跟踪信号的变化，可知S5，S37是二次抖动过程中的首次变位样本；S5，S10，S13，S18，S37，S43，S49是抖动过渡过程中变位脉冲沿时刻的样本，抖动脉冲宽度的计时

分别为， 均＜1/f1， ，抖动过程已结束。据此可判定S5，...，S26，S37，...，S57的样本是抖动中的样本，S27，S58是稳定时的样本，S27的状态值为“0”与稳定状态相同，此次变位是伪变位，应消隐，第一次抖动过程识别结束；S58的状态值为“1”，与稳定状态相异，此次变位是真变位，第二次抖动过程识别结束。

由上例可看出：

1.由于采样频率f3＞2f2，既采样频率＞信号频率，所以信号的每

  个变化状态都能在样本中反映出来，不会遗漏开关输入信号的

  任何变位状态。

2.自适应信号稳定时间的开关量变位真伪判据可以自适应信号稳

  定时间，识别速度很快，仅取决于信号的稳定速度。

3.无论开关动作的稳定时间是多少，都会在开关动作到达稳定态

  的1/f1时间时立即得出正确的结论。实效性很高。

4.由于在发生变位的初始时刻，就记录了发生的时刻和状态，直

  至判断结束。所以，变位事件的时标不是在得出正确判断的时

  刻，而是在发生变位的初始时刻。确保正确反映各事件的发生

  顺序。

5.采样频率f3≥1khz，在每一个采样时刻，地毯式扫描方式同时

  扫描采集全部开关输入量，在装置允许的最大配置内，即使发

  生极端情况，全部开关输入量同时变位或在数毫秒内相继变位

  (或称之为“雪崩”)时，都能保证不会遗漏任何一个开关的动

  作，分辩率仍可达1毫秒。

6.若采用拍照方式将发生的开关动作及时刻随时保存在

  EEPROM。则不会因通讯发生故障时而丢失变位事件。

如图3和图4所示，本发明方法在一套远程测控装置中应用，其中的开关量输入模块数量是可灵活配置的。硬件由无源低通滤波网络、光电隔离电路、开关量采样电路、输入控制接口电路、中央处理芯片(内含DSP处理功能)、大规模可编程逻辑芯片CPLD，非挥发性存储器、现场网络CAN通讯口等组成。开关量变位信号输入电平的提高和光电偶合电路技术的采用，可抑制各种干扰产生的尖峰脉冲串或缓慢变化的小信号。无源低通滤波网络滤去高频干扰信号。应用本方法所描述的扫描方式和逻辑算式及自适应信号稳定时间的开关变位真伪判据，快速地消隐信号继电器动作时触点的机械抖动所产生的伪变位信号，正确筛选出真实变位信号并记录变位的初始时刻。在每个采样周期，定时进入采样中断对已配置的全部开关量状态及时刻进行采集，并将变化状态和时标存储于数据缓冲区中。在程序主循环体中，根据自适应信号稳定时间的开关量变位真伪判据分辨出它的稳定状态，从而识别出每一个开关量发生变位的真伪。

Claims (3)

1、快速消隐抖动识别开关量变位的方法，在进行开关量输入信号变位测量时，以不低于分辨率的频率进行全面采样扫描，记录所有变位信号的初始时刻和状态，随后跟踪记录其变化，利用自适应信号稳定时间的开关变位真伪判据

≥1/f1，在不大于1/f1的时间间隔内进行抖动的判定及其消隐处理，直至识别真实的开关量变位，其中， 为变位信号脉冲宽度，f1为信号的抖动频率。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征是在对经过滤波、升压预处理的遥信信号开关量某个批次的采集中，首先对所有开关量变位信号的状态、时标以微秒级同时进行地毯式扫描采集，若满足逻辑判别式(1)，将采集的变化状态和时刻保存在扫描数据缓冲区，然后以逻辑判别式(2)、(3)、(4)对扫描数据缓冲区中的所有样本进行识别，消隐伪变位信号，提取真实变位信号，其中逻辑判别式(1)、(2)、(3)、(4)及其含义如下：

(AB)+F               (1)

(\F)M(AB)            (2)

FM(AB)               (3)

FM( ≥1/f1)(\(AB))(AC)     (4)

A：每个BIT对应一个开关量本次扫描的样本状态

B：每个BIT对应一个开关量上次扫描的样本状态

C：每个BIT对应一个开关量开关变位前的稳定状态

M：处理屏蔽字(常数)对于每一个BIT：1——样本选中，0——屏蔽

F：鉴别标志  对于每一个BIT：1——处于变位真伪识别中，0——不处于真伪识别中

3、根据权利要求2所述的快速消隐抖动识别开关量变位的方法，其特征为地毯式扫描采样是以大于1khz的采样频率f3和中断方式进行采样。

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