專利名稱：一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)在操作、故障及雷擊等情況下，會產(chǎn)生各種暫態(tài)過程，其中暫態(tài)過電壓是危及設(shè)備絕緣的重要因素。110kV以上系統(tǒng)雖配有故障錄波裝置，但其僅適宜記錄穩(wěn)態(tài)和等值頻率不高的暫態(tài)過程，不能滿足雷電及等值頻率較高的操作過電壓波形的記錄需求。目前對于這類暫態(tài)過電壓導致的絕緣失效事故，缺少相應(yīng)的事故確認手段，從而不利于制訂反事故措施。10kV、35kV電網(wǎng)的暫態(tài)過電壓現(xiàn)象更為復雜，這類電網(wǎng)一般也沒有故障錄波裝置，一旦發(fā)生由暫態(tài)過電壓導致的事故，往往無從分析，因而也無從進行有效反制。可見準確記錄電網(wǎng)暫態(tài)過程對電網(wǎng)安全運行有重要意義。
如前所述，由于暫態(tài)過程的等值頻率可能相對較高，且一般事先難以判定暫態(tài)過程的性質(zhì)及其等值頻率，因此，為了準確記錄暫態(tài)過程，只能選擇較高的采樣速率，但高速采樣時可記錄的時間很有限，當遇到等值頻率相對較低但持續(xù)時間較長的暫態(tài)過程時，受存儲器容量的限制常常無法完整記錄?？梢?，高的采樣速率和長的記錄時間是對矛盾，如何解決這一矛盾是電力系統(tǒng)暫態(tài)過程記錄的關(guān)鍵問題。目前的技術(shù)無法兼顧持續(xù)時間短但快速變化和持續(xù)時間長但變化較緩的暫態(tài)過程的記錄需求。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其可確保在有限的存儲空間中完整地記錄整個暫態(tài)過程。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于它包括以下步驟(1)選擇采樣速率f；(2)設(shè)定最低存儲速率fx(f≥fx≥1)；(3)確定控制存儲的設(shè)定值；(4)按采樣速率f采樣，提取首個基準值；(5)計算新采樣值與基準值之間的差值，并與設(shè)定值作比較，存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，并從新采樣值中提取新的基準值。
所述步驟包括略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種工作方式。
所述略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種工作方式分別單獨使用。
兩種工作方式一并使用時，先使用略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法，然后對擬記錄的波形段使用高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法對波形進行壓縮。
在略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法中，所述首個基準值是開始采樣后從第一個工頻周期T內(nèi)提取的、可反映波形特征的若干特征點的采樣值；所述新采樣值與基準值之間的差值，是新采樣波形的特征點采樣值V1(i)與基準值V0(i)(i＝1，2，…n，n介于1與T×f之間，一般取16即可)進行點對點的差值計算，然后將這些差值進行均方根計算的結(jié)果；所述存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，是存儲差值超過基準值這一周期的采樣值、采樣時間及其前一周期和后兩個周期的采樣值；所述從新采樣值中提取新的基準值是令V0(i)＝V1(i)。
所述特征點數(shù)n為1時，該特征點為每一工頻周期T的峰值，通過峰值保持電路取樣。
在高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法中，所述基準值是第一個被存儲的采樣點的值V0，所述新采樣值與基準值之間的差值，是新采樣點的值V1與基準值V0之間的絕對差值；所述存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，是存儲差值超過基準值的采樣點的值及其與前一個存儲點之間相隔的采樣點數(shù)；所述從新采樣值中提取新的基準值是令V0＝V1。
在高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法中，若連續(xù)f/fx-1個采樣點不滿足差值超過設(shè)定值的存儲條件，則存儲第f/fx個采樣點的的值V1，同時存儲該點與基準點之間的采樣點數(shù)，并將該點的采樣值作為新的基準值，即令V0＝V1。前述f/fx不為整數(shù)時，進行取整運算。
本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明采用略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法主要是針對多段暫態(tài)+穩(wěn)態(tài)的間歇性暫態(tài)過程，或者暫態(tài)持續(xù)時間很長，但波形呈周期性變化的暫態(tài)過程。該方法是通過將新采樣周期波形的若干特征點與基準周期對應(yīng)特征點的比較，略去相似波形不予記錄的方式，實現(xiàn)了波形壓縮存儲的發(fā)明目的；特別是在僅關(guān)心峰值時，一個周期只需選擇峰值一個采樣點作為特征點，更宜于實現(xiàn)。2、本發(fā)明采用高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法主要是針對穩(wěn)態(tài)波形疊加了等值頻率高、但持續(xù)時間短的暫態(tài)信號的情形，方法是通過不斷判斷新的采樣點與基準值的絕對差值，僅存儲超過設(shè)定值的采樣點的值、并使其成為新的基準值的方式，實現(xiàn)了波形壓縮存儲的發(fā)明目的。3、本發(fā)明提供了略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種壓縮方式，其既可以分別獨立使用，也可以將兩種方式一并使用。一并使用時，先進行略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法，然后再對需要記錄的波形段進行變速存儲的實時波形壓縮存儲法，這樣的壓縮效果更加顯著。本發(fā)明的實時壓縮存儲方法突破了現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸，它可以廣泛用于電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程的監(jiān)測中。


圖1是本發(fā)明略去相似波形段波形特征判定法流程2是本發(fā)明略去相似波形段的波形記錄示意3是本發(fā)明高速采樣、變速存儲法流程4是工頻暫態(tài)輸入未壓縮時的波形記錄5是工頻暫態(tài)輸入運用本發(fā)明壓縮后的波形記錄6是操作沖擊暫態(tài)電壓輸入波形未壓縮時的波形記錄7是操作沖擊暫態(tài)電壓輸入波形運用本發(fā)明壓縮后的波形記錄圖具體實施方式
下面結(jié)合實施例，并配合附圖對本發(fā)明進行詳細說明。
在電力系統(tǒng)中，正常運行狀態(tài)下的電壓和電流波形稱之為穩(wěn)態(tài)電壓和穩(wěn)態(tài)電流波形。暫態(tài)過程，包括暫態(tài)電壓和電流，是指電力系統(tǒng)在操作、故障和雷擊等情況下，電壓和電流波形出現(xiàn)的非穩(wěn)態(tài)過程。暫態(tài)電壓的類別比較多，其等值頻率和持續(xù)時間差異很大，通常等值頻率低的暫態(tài)過程持續(xù)時間相對較長，等值頻率高的暫態(tài)過程持續(xù)時間相對較短。根據(jù)這一特點，波形壓縮的思路是等值頻率低可以采用低速存儲，以滿足波形持續(xù)時間長的需求；等值頻率高可以采用高速存儲，以滿足復現(xiàn)快速變化波形的需求。對于表現(xiàn)為多段暫態(tài)+穩(wěn)態(tài)的間歇性暫態(tài)過程，或者暫態(tài)持續(xù)時間很長，但波形呈周期性變化的暫態(tài)過程，可以采用略去相似波形段的重復存儲實現(xiàn)實時波形壓縮。本發(fā)明具體的實時波形壓縮存儲方法如下(下面僅以電壓波形實時壓縮存儲為例進行說明，但同樣適用于電流暫態(tài)波形的實時壓縮存儲)1、略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法以高的采樣速率(如1MHz)進行采樣，由于兩次暫態(tài)電壓之間可能有一段穩(wěn)態(tài)(如間歇性弧光接地過電壓等)，也有可能是持續(xù)時間很長、但波形類似的暫態(tài)電壓(如鐵磁諧振、單相永久接地等)，可以采用略去相似波形段的方法實現(xiàn)壓縮存儲，其原則是當新一周期的波形與最后一個被存儲波形有明顯差異時，則存儲該新波形，否則認為是相似波形，不予存儲，繼續(xù)比較下一個周期的波形。前述周期是指電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)波形的工頻周期，記為T。設(shè)定值根據(jù)誤差許可確定。具體實現(xiàn)方法是記錄過程啟動后，始終以高的采樣速率f對波形進行采樣。先采樣首個工頻周期T的波形數(shù)據(jù)，稱為基準周期，從中提取可反映波形特征的若干采樣點，簡稱特征點，記為V0(i)，(i＝1，2，…n)，n為特征點數(shù)(n介于1與T×f之間，一般取16即可)。從第二個周期T開始，要進行波形相似性判斷決定是否存儲，步驟是先完成采樣，再從中提取與基準周期完全對應(yīng)的特征點的采樣值，記為V1(i)，然后，與基準周期對應(yīng)特征點進行點對點采樣值的差值計算，然后將這些差值進行均方根計算，計算結(jié)果稱為波形差異系數(shù)，記為K。若K低于設(shè)定值，認為波形相似，不存儲這一周期的波形；若K超過設(shè)定值，則認為新一周期與基準周期波形不一致，存儲這一周期的波形及發(fā)生時間，并將該周期作為新的基準周期。為了便于了解暫態(tài)過程的發(fā)展演變過程，實際存儲時，同時存儲新的基準周期前一個周期和后兩個周期的采樣數(shù)據(jù)。如此周而復始。方法如圖1所示。n＝1作為前述方法的特例，即當僅關(guān)心峰值時，一個周期T只選擇峰值一個采樣點作為特征點，其中峰值通過峰值保持電路采樣。
本方法對于持續(xù)時間較長、暫態(tài)過程按周期T呈相似變化、或者穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)交替出現(xiàn)的暫態(tài)過程，壓縮效果明顯。如圖2所示，是一個采用本發(fā)明略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法對暫態(tài)電壓存儲的實例。
2、高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法如圖3所示，f為采樣速率(如1MHz)，ΔV為控制存儲的最小幅值增量，ΔV一般設(shè)定為被采波形穩(wěn)態(tài)幅值的百分之幾(如2％)，fx為最低存儲速率(f≥fx≥1)的設(shè)定值。記錄過程開始后，首先存儲第一個采樣點的值，記為V0，該點稱為基準點，V0稱為基準值，之后不斷判斷新的采樣點V1與基準值的絕對差值，如果這一絕對差值沒有超過設(shè)定值ΔV，則該采樣點被略去，不予存儲，繼續(xù)判斷下一個采樣點，直至這一差值超過設(shè)定值ΔV，或者該采樣點與上一個基準點之間已有f/fx-1采樣點未被存儲，則存儲該采樣點的值V1及其與上一個基準點之間的相隔的采樣點數(shù)，前述f/fx不為整數(shù)時，進行取整運算。之后，該采樣點成為新的基準點，V1作為新的基準值V0，如此反復。這樣對于變化緩慢的波形，實際存儲速率僅為fx；對于快速變化的波形，最高存儲速率可達f，其它情形的存儲速率介于fx和f之間。由于一般fx可設(shè)為1kHz，本方法的壓縮效果非常明顯，從而實現(xiàn)了高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲。
如圖4所示，是工頻電壓輸入且沒有進行實時波形壓縮存儲的波形，其波形細密，詳細記錄了每一個采樣點的數(shù)值變化，需占用160048bytes(字節(jié))的存儲量。
如圖5所示，是采用本發(fā)明方法進行實時波形壓縮存儲后的波形，其忽略了波形的細微變化，所得到的波形與圖4所示的波形是一致的，卻只需占用11640bytes的存儲量，壓縮了92.73％。
如圖6所示，為暫態(tài)電壓輸入且沒有進行實時波形壓縮存儲的波形，其不僅記錄了過電壓的發(fā)生情況，也記錄了所有的電壓波動情況，因此存儲量巨大，需占用320000bytes的存儲空間。
如圖7所示，為采用本發(fā)明方法進行實時波形壓縮存儲后的波形，其忽略了對電壓無影響的細微變化，記錄了足以對電網(wǎng)造成影響的暫態(tài)電壓的發(fā)生情況，所記錄的電壓波形與圖6所示的波形也沒有大的區(qū)別，卻只需占用13566bytes的存儲量，壓縮了95.77％。
由以上實施例可知，采用本發(fā)明的實時波形壓縮存儲方法，可以在存儲器容量有限的情況下，滿足長時間電力系統(tǒng)暫態(tài)波形記錄的要求。
權(quán)利要求
1.一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于它包括以下步驟(1)選擇采樣速率f；(2)設(shè)定最低存儲速率fx(f≥fx≥1)；(3)確定控制存儲的設(shè)定值；(4)按采樣速率f采樣，提取首個基準值；(5)計算新采樣值與基準值之間的差值，并與設(shè)定值作比較，存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，并從新采樣值中提取新的基準值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于所述步驟包括略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種工作方式。
3.如權(quán)利要求2所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于所述略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種工作方式分別單獨使用。
4.如權(quán)利要求2所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于兩種工作方式一并使用時，先使用略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法，然后使用高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法對擬記錄的波形段壓縮。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于在略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法中，所述首個基準值是開始采樣后從第一個工頻周期T內(nèi)提取的、可反映波形特征的若干特征點的采樣值；所述新采樣值與基準值之間的差值，是新采樣波形的特征點采樣值V1(i)與基準值V0(i)(i＝1，2，...n，n為特征點數(shù))進行點對點的差值計算，然后將這些差值進行均方根計算的結(jié)果；所述存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，是存儲差值超過基準值這一周期的采樣值、采樣時間及其前一周期和后兩個周期的采樣值；所述從新采樣值中提取新的基準值是令V0(i)＝V1(i)(i＝1，2，...n)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于所述特征點數(shù)n為1時，該特征點為每一工頻周期T的峰值，通過峰值保持電路取樣。
7.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于在高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法中，所述基準值是第一個被存儲的采樣點的值V0，所述新采樣值與基準值之間的差值，是新采樣點的值V1與基準值V0之間的絕對差值；所述存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，是存儲差值超過基準值的采樣點的值及其與前一個存儲點之間相隔的采樣點數(shù)；所述從新采樣值中提取新的基準值是令V0＝V1。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于在高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法中，若連續(xù)f/fx-1個采樣點不滿足差值超過設(shè)定值的存儲條件，則存儲第f/fx個采樣點的值V1，同時存儲該點與基準點之間的采樣點數(shù)，并將該點的采樣值作為新的基準值，即令V0＝V1。前述f/fx不為整數(shù)時，進行取整運算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種記錄電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的實時波形壓縮存儲方法，其特征在于它包括以下步驟(1)選擇采樣速率f；(2)設(shè)定最低存儲速率fx(f≥fx≥1)；(3)確定控制存儲的設(shè)定值；(4)按采樣速率f采樣，提取首個基準值；(5)計算新采樣值與基準值之間的差值，并與設(shè)定值作比較，存儲差值超過設(shè)定值的采樣點的值，并從新采樣值中提取新的基準值。本發(fā)明提供了略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法和高速采樣、變速存儲的實時波形壓縮存儲法兩種工作方式，其既可以分別單獨使用，也可以將兩種方式合并使用。兩種方式合并使用時，先進行略去相似波形段的實時波形壓縮存儲法，然后再對需要記錄的波形段進行變速存儲的實時波形壓縮存儲法，這樣的壓縮效果更加顯著。本發(fā)明的實時壓縮存儲方法突破了現(xiàn)有技術(shù)的瓶頸，它可以廣泛用于電力系統(tǒng)的暫態(tài)過程的監(jiān)測中。
文檔編號G01R31/00GK1808132SQ20061000287
公開日2006年7月26日 申請日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月9日
發(fā)明者劉有為, 鞠登峰, 李忠晶, 楊曉洪 申請人:中國電力科學研究院