CN103543353A - 一种宽温环境下的直流采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽温环境下的直流采集方法，在不增加硬件成本，仍选用非宽温A/D采集器件的情况下，将采集数据与标准数据进行比对，得到当前环境温度下的实际状态量，提高了对变压器进行状态监测的准确度。标准信号源是指对应传感器采集的物理量，通过预先对标准信号源进行测试，得到温度、准确的状态量、预采集数据的对应关系，然后将实际的测量数据代入上述对应关系中进行比对，从而或者准确的状态量，并将该状态量作为实际输出。本发明在不更新设备的基础上实现宽温环境下的待测状态量采集，降低了成本。

Description

一种宽温环境下的直流采集方法

技术领域

本发明属于电力***变电站自动化技术领域，涉及一种宽温环境下的直流采集方法，尤其涉及智能变电站过程层变压器智能终端在宽温范围下进行高精度直流采集的方法。

背景技术

110kV及其以上电压等级的变压器是电力***中的主要设备，也是连接各个电网的主要节点，一旦出现故障往往会造成大面积停电。通过对变压器本体运行的状态如绕组温度、顶层油温等进行准确和及时的检测，分析变压器的运行状况，能够及早发现运行中的异常，有针对性进行预防式维护和检修，从而消除潜在的故障隐患、有效避免不必要的停电、降低变压器停运检修时间。

变压器智能终端作为智能变电站中过程层的关键IED，是监控后台和测控装置与变压器本体之间的接口设备，需要对变压器本体的状态量进行高精度的直流采集，并转换为一次值后在直接或通过过程层网络基于GOOSE（面向通用对象的变电站事件，Generic Object Oriented Substation Event的简称）服务进行发布。

传统的二次设备工作环境温度为-25℃～+55℃，而变压器智能终端由于直接安装在变压器控制柜中，工作环境温度可达到-40℃～+85℃。在这样的宽温范围下，受温漂影响，常规方法进行直流采集获得的数值误差较大，不能满足状态监测所需要的测量精度。

另外，在宽温环境下工作的装置，由于器件的高温漂特性，会使得采集到的数据有较大的离散性。但这些离散的数据并不能精确反映变压器状态的变化，而且由于直流采集的通道较多，直流采集量数量较多，如果把这些数据通过网络发送给监控后台和测控装置，会加重CPU和网络的负担，也容易使监控后台做出错误的故障诊断和进行不妥当的控制命令。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽温环境下的直流采集方法，以解决现有直流采集方法在宽温环境下数值误差大、测量精度低的问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种宽温环境下的直流采集方法，该方法的步骤如下：

（1）对当前环境温度下待测设备的待测状态量进行采集；

（2）将采集数据与标准数据进行比对，得到当前环境温度下的实际状态量；所述标准数据是指：该环境温度下，对标准信号源进行采集，得到预采集数据所述预采集数据、环境温度、标准信号源对应形成所述标准数据。

将所述标准数据中的预采集数据与标准值相减，得到修正值，结合标准数据中的各环境温度数据，得到一个标准修正表；所述标准值是指在正常温度范围内对标准信号源进行采集得到的数据。

将采样数据进行两级滤波处理。

所述两级滤波的过程如下：将所有采样数据去除最大值和最小值后取其余数据的平均值；将所有采样数据与之前得到的平均值进行比对，去除超出该平均值设定范围的数据，再对余下的数据取平均值。

通过修改所述标准修正表中预采集数据的方式对标准数据进行在线配置。

对步骤（2）中经过比对后的数据按照如下公式进行转换，得到待测状态量的实际测量状态量值，其采用的公式如下：

$U1=\frac{(U2-{\mathrm{Oup}}_{\min })\×({\mathrm{Inp}}_{\max }-{\mathrm{Inp}}_{\min })}{{\mathrm{Oup}}_{\max }-{\mathrm{Oup}}_{\min }}+{\mathrm{Inp}}_{\min }$

其中：U1——直流输出值；U2——直流输入值；

Inp_min——输入最小值；Inp_max——输入最大值；

Oup_min——输出最小值；Oup_max——输出最大值。

将步骤（2）中经过比对后的数据与该采集通道前一次经过该步骤得到的数据进行对比，如果变化值未大于设定值，则认为本次采样处理时该采集通道数值未发生变化，否则认为该采集通道数值发生了突变；采用GOOSE报文事件传输机制，在该采集通道数值未发生变化时，按设定的第一时间间隔重复发送；在数值发生突变时，进入突发状态，在第二时间间隔内，连续发送多帧，然后再回到稳定状态时的发送方式，且第一时间间隔值大于第二时间间隔值。

本发明的宽温环境下的直流采集方法在宽温工作环境下，在不增加硬件成本，仍选用非宽温A/D采集器件的情况下，将采集数据与标准数据进行比对，以达到所需要的高精度，得到当前环境温度下的实际状态量，提高了对变压器进行状态监测的准确度。标准信号源是指对应传感器采集的物理量，通过预先对标准信号源进行测试，得到温度、准确的状态量、预采集数据的对应关系，然后将实际的测量数据代入上述对应关系中进行比对，从而或者准确的状态量，并将该状态量作为实际输出。本发明在不更新设备的基础上实现宽温环境下的待测状态量采集，降低了成本。

通过对采集的数据进行两级滤波处理，可以有效去除高频噪声，获得与当前数据源较为接近的采样值。

另外，通过配置工具对直流采集的转换输出最小值、输出最大值、输出量选择、突变门槛、上送周期等进行设置，与GOOSE服务机制相配合，使监控后台可以定时获取到当前的高精度直流采集数据，又可以在采集数据发生突变时以最快的速度进行更新。

附图说明

图1为本发明的***结构示意图；

图2为本发明的采集处理流程图；

图3为本发明两级滤波流程图；

图4为本发明的采样值转换和判定流程图；

图5为本发明的GOOSE报文事件传输机制的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明实施例的***结构示意图，由图可知，该***的变压器智能单元通过过程层网络基于GOOSE报文传输机制与监控后台和测控装置进行数据传输和通讯。该变压器智能单元的A/D采集模块的信号输入端与标准信号源和本体传感器的信号输出端连接，A/D采集模块的输出端在数据缓冲区进行缓存后送入两级滤波模块进行处理，滤波处理后的数据传输至校正判别模块与对应温度的标准修正值进行削峰或补偿处理，最后将数据通过GOOSE报文发送模块传输给监控后台和测控装置。另外，该变压器智能单元还设有用于通过配置工具进行校正模式设定及修改标准修正表中预采集数据的的在线配置控制模块。

本实施例中相比传统二次设备工作环境温度为-25℃～+55℃，宽温工作环境温度范围为-40℃～+85℃。

如图2所示，本发明的宽温环境下的直流采集方法包括步骤如下：

（1）对当前温度下待测设备的待测状态量进行采集；

（2）将采集数据与标准数据进行比对，得到当前环境温度下的实际状态量；所述标准数据是指：该环境温度下，对标准信号源进行采集，得到预采集数据所述预采集数据、环境温度、标准信号源对应形成所述标准数据。

本实施例中在进行数据采集时每隔设定时间采样一次，连续采样设定次数后对采样数据进行两级滤波处理；其滤波过程如下：将所有采样数据去除最大值和最小值后取其余数据的平均值；将所有采样数据与之前得到的平均值进行比对，去除超出该平均值设定范围的数据，再对余下的数据取平均值。

将所述标准数据中的预采集数据与标准值相减，得到修正值，结合标准数据中的各环境温度数据，得到一个标准修正表；所述标准值是指在正常温度范围内对标准信号源进行采集得到的数据。将两级滤波处理后的数据与对应当前温度的修正值对比修正，进行削峰或补偿处理，以达到设定的高精度（本实施例取0.5%）。

本实施例的标准修正表作为一个单独的配置文件，可以在程序中预设后直接使用，也可以通过修改定值的方式进行灵活的在线配置，以最大程度提高直流采集的精度。标准修正表的生成过程如下：在宽温环境范围内的不同温度下，对一个标准信号源进行直流采集，用采集到的数据与标准值进行校对得到修正值，各温度和对应的修正值组合即形成标准修正表。本实施例的标准信号源是指对应传感器采集的物理量。

通过傅里叶频谱分析可知，采样信号的能量主要集中在基波处，在滤波处理中，取一定范围的平均值可达到滤除高频噪声的目的。结合变电站中直流量变化的频度和装置CPU运行的速度，本实施例采用从整秒起采样的方式，每20ms采样一次，连续采样500次后CPU执行一次滤波算法，两级滤波均采用去极值平均滤波法，如图3所示，其过程如下：将所有采样数据去除最大值和最小值后取其余数据的平均值；将所有采样数据与之前得到的平均值进行比对，去除超出该平均值设定范围（正负20%）的数据，再对余下的数据取平均值。经过两级滤波处理，可以有效去除高频噪声，获得与当前数据源较为接近的采样值。

通过配置工具对直流采集的转换输出最小值、输出最大值、输出量选择、突变门槛、上送周期等进行设置，可以使输出的直流采集值与变压器的实际状态契合。对经过对比修正过的数据按照如下公式进行转换，得到待测状态量的实际测量状态量值，其公式如下：

$U1=\frac{(U2-{\mathrm{Oup}}_{\min })\×({\mathrm{Inp}}_{\max }-{\mathrm{Inp}}_{\min })}{{\mathrm{Oup}}_{\max }-{\mathrm{Oup}}_{\min }}+{\mathrm{Inp}}_{\min }$

其中：U1——直流输出值；U2——直流输入值；

Inp_min——输入最小值；Inp_max——输入最大值；

Oup_min——输出最小值；Oup_max——输出最大值。

如本体的绕组温度范围为-40℃~+85℃，对应传感器输出的为4-20mA，可以通过读取设置的输出最小值和最大值将获取的4-20mA数据转换为-40℃~+85℃范围内的对应数值；又如变压器的环境湿度为0~100%，对应传感器输出的为0~5V信号，可以讲输出数据转换为0～100%之间的对应数值，这样便于用户读取和分析。

另外，如图4和图5所示，为了降低CPU和网络的负担，将经过对比修正过的数据与该采集通道前一次经过该步骤得到的数据进行对比，如果变化值未大于设定值，则认为本次采样处理时该采集通道数值未发生变化，否则认为该采集通道数值发生了突变；与基于发布和订阅的GOOSE服务机制相配合，即采用GOOSE报文事件传输机制（GOOSE报文是符合DL/T860变电站通信网络与***标准定义中的GOOSE报文服务格式），在该采集通道数值未发生变化时，按设定的第一时间间隔重复发送；在数值发生突变时，进入突发状态，在第二时间间隔内，连续发送多帧，然后再回到稳定状态时的发送方式，并且第一时间间隔值大于第二时间间隔值。如图5所示为本发明的GOOSE报文事件传输机制的示意图，图中的T0为稳定条件（长时间无事件）下重传的时间间隔；(T0)为稳定条件下的重传时间间隔，在发生突发事件时，该时间有可能缩短；T1为突发事件发生后，最短的传输时间；T2和T3为达到稳定条件的重传时间。采用这样传输方式监控后台可以定时获取到当前的高精度直流采集数据，又可以在采集数据发生突变时以最快的速度进行更新。

本申请受国家高技术研究发展计划（863计划）课题资助，课题编号：2012AA050206。

Claims (7)

1.一种宽温环境下的直流采集方法，其特征在于，该方法的步骤如下：

（1）对当前环境温度下待测设备的待测状态量进行采集；

（2）将采集数据与标准数据进行比对，得到当前环境温度下的实际状态量；所述标准数据是指：该环境温度下，对标准信号源进行采集，得到预采集数据所述预采集数据、环境温度、标准信号源对应形成所述标准数据。

2.根据权利要求1所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：将所述标准数据中的预采集数据与标准值相减，得到修正值，结合标准数据中的各环境温度数据，得到一个标准修正表；所述标准值是指在正常温度范围内对标准信号源进行采集得到的数据。

3.根据权利要求1所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：将采样数据进行两级滤波处理。

4.根据权利要求3所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：所述两级滤波的过程如下：将所有采样数据去除最大值和最小值后取其余数据的平均值；将所有采样数据与之前得到的平均值进行比对，去除超出该平均值设定范围的数据，再对余下的数据取平均值。

5.根据权利要求2所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：通过修改所述标准修正表中预采集数据的方式对标准数据进行在线配置。

6.根据权利要求1所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：对步骤（2）中经过比对后的数据按照如下公式进行转换，得到待测状态量的实际测量状态量值，其采用的公式如下：

$U1=\frac{(U2-{\mathrm{Oup}}_{\min })\×({\mathrm{Inp}}_{\max }-{\mathrm{Inp}}_{\min })}{{\mathrm{Oup}}_{\max }-{\mathrm{Oup}}_{\min }}+{\mathrm{Inp}}_{\min }$

其中：U1——直流输出值；U2——直流输入值；

Inp_min——输入最小值；Inp_max——输入最大值；

Oup_min——输出最小值；Oup_max——输出最大值。

7.根据权利要求1所述的宽温环境下的直流采集方法，其特征在于：将步骤（2）中经过比对后的数据与该采集通道前一次经过该步骤得到的数据进行对比，如果变化值未大于设定值，则认为本次采样处理时该采集通道数值未发生变化，否则认为该采集通道数值发生了突变；采用GOOSE报文事件传输机制，在该采集通道数值未发生变化时，按设定的第一时间间隔重复发送；在数值发生突变时，进入突发状态，在第二时间间隔内，连续发送多帧，然后再回到稳定状态时的发送方式，且第一时间间隔值大于第二时间间隔值。

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