CN110579682B - 一种故障录波数据暂态同源对比方法及装置 - Google Patents

一种故障录波数据暂态同源对比方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种故障录波数据暂态同源对比方法及装置，所述方法包括：对继电保护装置和故障录波器的故障录波文件进行匹配；获取继电保护装置和故障录波器的故障录波文件精确对齐的暂态数据段；对暂态数据段进行曲线拟合，实现数据的精确对比，超出误差最大值时进行数据预警；本发明的优点在于：对继电保护装置或故障录波装置的采样值的精度进行在线监测及预警，提高继电保护装置的可靠性。

Description

一种故障录波数据暂态同源对比方法及装置
技术领域
本发明涉及电网中故障监测领域，更具体涉及一种故障录波数据暂态同源对比方法及装置。
背景技术
在电力***中，互感器作为电力***中不可缺少的测量单元，互感器在不同的测量范围内误差不同，直接影响着继电保护装置和故障录波器的采集精度。随着智能电网的不断发展，***规模越来越大，电压等级越来越高，结构愈加复杂，特别是在发生故障时受多种因素影响的暂态过程，十分复杂，对互感器的采样精度的影响最为严重。
目前，继电保护装置和故障录波器的采集单元均采用的是电磁式互感器，其通过一、二次侧线圈及铁芯间的磁耦合，将一次大电流按变比变换成二次小电流。采集过程中误差主要有以下几个来源：(1)互感器产生的分段线性误差，(2)互感器由于饱和、磁滞等原因造成的非线性误差，(3)采集***和信号链路的设计误差及零漂的影响，(4)A/D转换精度误差，(5)***的噪声和电磁噪声。当***发生故障时，其故障短路电流突增或超过互感器的额定限值一次电流时，极易造成铁芯饱和而导致失去固有的传变特性，造成采样精度出现误差，引起保护误动。由于暂态过程比较短暂，现有的监测方法无法准确获取实际运行中的继电保护装置和故障录波器的在暂态过程的电气量，因此，为保护电网的安全运行，提高继电保护装置的动作的准确性，需要对继电保护装置和故障录波器暂态过程中的采样值进行的在线监测。
随着通信技术的发展，继电保护装置和故障录波器的录波数据的远传上送等关键技术问题得到解决，故障录波详细记录了***发生故障前，故障时、故障后过程的各种电气量的变化情况，采样率高，因此，可以通过对比分析继电保护装置和故障录波器的故障录波文件，实现基于同一的一次信号的不同互感器采集的数据对比，实现互感器的暂态采样值的在线监测。
中国专利公开号CN109711573A，公开了一种录波采集单元和保护装置的稳态同源数据比对方法，是根据录波采集单元的数据和保护装置MMS的稳态数据进行比对，进而告警，但是其对稳态数据进行比对，没有对暂态过程的数据进行比对，因此比对结果不够准确，无法精确的反映暂态过程中的特征，从而比对结果可靠性低。
中国专利公开号CN109655692A，公开了一种基于录波文件的暂态同源数据比对方法，是根据保护装置和录波采集单元的各自的录波文件中对应通道的波形及开关量的采样零时刻点进行数据对齐，受NPS对时和启动算法等因素的影响，且仅仅比较采样零时刻点的横坐标X1的前一个周波、后一个周波和后两个周波的有效值以及相角，无法精确的反映暂态过程中的特征，导致对比结果不可靠性不高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术的故障录波数据暂态同源对比方法无法精确的反映暂态过程中的特征，比对结果可靠性低的问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：
一种故障录波数据暂态同源对比方法，所述方法包括：
步骤一：获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，最后对继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件进行匹配；
步骤二：解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；
步骤三：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，将各通道的暂态数据段分段并求差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。
优选的，所述步骤一包括：
步骤101：以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；
步骤102：解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，由于继电保护装置的采样率较低，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure GDA0003182176160000031
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
步骤103：根据公式
Figure GDA0003182176160000032
查找通道的采样数据是否有突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；
通过公式ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset(Φ＝A,B,C)判断突变是否越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值；
当任一通道的有效值满足突变越限公式，则该通道满足突变条件，记下突变值和突变前一周期的稳态值；
步骤104：依次对继电保护装置和故障录波器的通道的采样数据进行突变分析，统计每个故障录波文件的通道的突变值以及相别，以故障录波器的满足突变的记录的录波文件为基础，依次匹配继电保护装置的故障录波文件，当满足突变值的相别一致，且稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
优选的，ΔIset等于0.2In。
优选的，kf取0.25。
优选的，所述步骤二包括：
步骤201：解析匹配成功的录波文件，依据突变对应的通道，获取该突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期。
步骤202：采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure GDA0003182176160000041
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure GDA0003182176160000042
每次取采样间隔为
Figure GDA0003182176160000043
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure GDA0003182176160000044
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure GDA0003182176160000045
个方差组成方差组合；
步骤203：方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为两个录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段。
优选的，所述步骤三包括：
步骤301：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；
步骤302：构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝T/20·N)/M；
步骤303：对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算得到差值组合；
步骤304：将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
步骤305：构造拟合曲线的函数模型为
Figure GDA0003182176160000051
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure GDA0003182176160000052
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；
步骤306：将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
本发明还提供一种故障录波数据暂态同源对比装置，所述装置包括：
匹配模块，用于获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，最后对继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件进行匹配；
获取模块，用于解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；
预警模块，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，将各通道的暂态数据段分段并求差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。
优选的，所述匹配模块还包括：
故障录波数据获取单元，用于以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；
插值单元，用于解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，由于继电保护装置的采样率较低，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure GDA0003182176160000061
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
突变判定单元，用于根据公式
Figure GDA0003182176160000062
查找通道的采样数据是否有突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；
通过公式ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset(Φ＝A,B,C)判断突变是否越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值；
当任一通道的有效值满足突变越限公式，则该通道满足突变条件，记下突变值和突变前一周期的稳态值；
故障录波文件匹配单元，用于依次对继电保护装置和故障录波器的通道的采样数据进行突变分析，统计每个故障录波文件的通道的突变值以及相别，以故障录波器的满足突变的记录的录波文件为基础，依次匹配继电保护装置的故障录波文件，当满足突变值的相别一致，且稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
优选的，所述获取模块还包括：
电压通道数据获取单元，用于解析匹配成功的录波文件，依据突变对应的通道，获取该突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期。
方差组合获取单元，用于采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure GDA0003182176160000071
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure GDA0003182176160000072
每次取采样间隔为
Figure GDA0003182176160000073
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure GDA0003182176160000074
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure GDA0003182176160000075
个方差组成方差组合；
暂态数据段提取单元，用于方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为两个录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段。
优选的，所述预警模块还包括：
暂态数据段长度统一化单元，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；
暂态数据段分段单元，用于构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝T/20·N)/M；
差值计算单元，用于对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算得到差值组合；
平均值获取单元，用于将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
曲线拟合单元，用于构造拟合曲线的函数模型为
Figure GDA0003182176160000081
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure GDA0003182176160000082
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；
分析单元，用于将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本文发明了一种基于曲线拟合的故障录波数据暂态同源对比方法，智能匹配继电保护装置和故障录波器的故障录波文件，分析对比故障时暂态过程的特征，对继电保护装置或故障录波装置的采样值的精度进行在线监测及预警，提高继电保护装置的可靠性。
通过波形暂态数据的一致性实现数据的精确对齐，不受NPS对时的影响，与继电保护装置和录波采集单元的启动算法无关，同时采用了分段曲线拟合，对暂态的全过程的数据进行了分析比对，而不是仅仅比对几个值，比对结果更可靠。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的主流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的故障录波文件匹配的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的暂态数据段提取的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法中对暂态数据段进行曲线拟合的流程示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的主流程示意图，一种故障录波数据暂态同源对比方法，所述方法包括：
步骤S1：获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，最后对继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件进行匹配；
根据现场的继电保护装置和故障录波器的运行情况分析，对于一次暂态故障，通常会有多个故障录波文件，虽然现场的GPS授时装置会有统一的时标信息，但是由于不同的装置启动算法不同，各个录波文件的时标信息依然不可精确相同，因此需要对一个区间内的所有故障录波文件进行处理，使得继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件处于同样的时标下，使得继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件进行匹配，以下详细介绍对故障录波文件进行匹配的过程。如图2所示，为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的故障录波文件匹配的流程示意图，
步骤101：以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；当前***时间是指再以此暂态故障过程中随机选取的一个时刻，并依据该时刻向前推一个预设的时间间隔，向后推一个预设的时间间隔，形成一个时间范围，在此范围内提取继电保护装置的故障录波数据和故障录波器的故障录波数据。
步骤102：解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，由于继电保护装置的采样率较低，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure GDA0003182176160000101
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
步骤103：根据公式
Figure GDA0003182176160000111
查找通道的采样数据是否有突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；kf一般取0.25，对于现场多次实验后，突变系数也可以是其他值，只要能够实现突变的判断即可。
上面判断是否有突变以后，并不是所有的突变都要进行报警，对于突变有一个突变限值，如果突变越限，说明需要报警，如果突变没有越限说明突变属于正常的突变，并不是故障引起的，所以通过公式ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset(Φ＝A,B,C)判断突变是否越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值，ΔIset一般取0.2In。对于通道的每一相都计算其突变是否越限，从而判断突变发生在哪一通道以及该通道的哪一相。
当任一通道的有效值满足突变越限公式，则该通道满足突变条件，记下突变值和突变前一周期的稳态值；
步骤104：依次对继电保护装置和故障录波器的通道的采样数据进行突变分析，统计每个故障录波文件的通道的突变值以及相别，以故障录波器的满足突变的记录的录波文件为基础，依次匹配继电保护装置的故障录波文件，当满足突变值的相别一致，且稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
步骤S2：解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；
录波文件匹配成功以后，由于录波文件的时标关系，选择合适的录波文件后需要对暂态过程进行精确对齐或提取，通过分析录波数据暂态过程，对于一次完整的故障，可以按照时间将数据划分为以下几种状态：故障前状态、故障时状态、故障后状态。故障前和故障后的状态均为稳态，无暂态过程。由于稳态过程中，无谐波及非周期分量等信号的影响，继电保护装置和故障录波器的采样精度一般是误差较小，因此，可以通过稳态信号，实现暂态过程中的数据对齐，如图3所示，为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法的暂态数据段提取的流程示意图，以下详细介绍暂态过程中的数据对齐的过程，
步骤201：解析匹配成功的录波文件，依据突变对应的通道，获取该突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期。
步骤202：采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure GDA0003182176160000121
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure GDA0003182176160000122
每次取采样间隔为
Figure GDA0003182176160000123
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure GDA0003182176160000124
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure GDA0003182176160000125
个方差组成方差组合；
步骤203：方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为两个录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段。
由于故障前，同电压等级的电压值均应该是相同的，因此可认为方差最小的数据，其波形的特征应是一致的，故取方差最小的点，即为两个录波文件精确对齐点，并以此点为基准提取暂态数据段。
同时，差值计算方法是以E在第一区间
Figure GDA0003182176160000126
上的数据为基准，而对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure GDA0003182176160000131
每次取采样间隔为
Figure GDA0003182176160000132
的数据与E在第一区间
Figure GDA0003182176160000133
上的数据求差值后求方差，相当于对E和F的数据进行逐时刻比对，方差小说明该区段波形的一致性高，故取方差最小的区段为两个录波文件精确对齐区段，提取该区段内的暂态数据段。
步骤S3：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，将各通道的暂态数据段分段并求差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。如图4所示，为本发明实施例提供的一种故障录波数据暂态同源对比方法中对暂态数据段进行曲线拟合的流程示意图，以下详细介绍曲线拟合的过程以及曲线拟合的意义。
步骤301：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；本实施例中，以长度最短的暂态数据段为基准，将所有暂态数据段的长度统一为最短的暂态数据段的长度，即所有暂态数据段对齐。
步骤302：构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝T/20·N)/M；
步骤303：对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算得到差值组合；此处差值计算是继电保护装置在持续时间T上所有的数据段与故障录波器在持续时间T上所有的数据段依据时间轴对应的求差值，同时刻的数据进行相减，得到差值组合。
步骤304：将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
步骤305：构造拟合曲线的函数模型为
Figure GDA0003182176160000134
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure GDA0003182176160000141
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；求出拟合曲线的目的是进行录波文件的数据预警，预测下一暂态数据段发生的时间范围。
步骤306：将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
本发明还提供一种故障录波数据暂态同源对比装置，所述装置包括：
匹配模块，用于获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，最后对继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件进行匹配；
获取模块，用于解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；
预警模块，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，将各通道的暂态数据段分段并求差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。
优选的，所述匹配模块还包括：
故障录波数据获取单元，用于以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；
插值单元，用于解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，由于继电保护装置的采样率较低，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure GDA0003182176160000151
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
突变判定单元，用于根据公式
Figure GDA0003182176160000152
查找通道的采样数据是否有突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；
通过公式ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset(Φ＝A,B,C)判断突变是否越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值；
当任一通道的有效值满足突变越限公式，则该通道满足突变条件，记下突变值和突变前一周期的稳态值；
故障录波文件匹配单元，用于依次对继电保护装置和故障录波器的通道的采样数据进行突变分析，统计每个故障录波文件的通道的突变值以及相别，以故障录波器的满足突变的记录的录波文件为基础，依次匹配继电保护装置的故障录波文件，当满足突变值的相别一致，且稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
优选的，所述获取模块还包括：
电压通道数据获取单元，用于解析匹配成功的录波文件，依据突变对应的通道，获取该突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期。
方差组合获取单元，用于采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure GDA0003182176160000161
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure GDA0003182176160000162
每次取采样间隔为
Figure GDA0003182176160000163
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure GDA0003182176160000164
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure GDA0003182176160000165
个方差组成方差组合；
暂态数据段提取单元，用于方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为两个录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段。
优选的，所述预警模块还包括：
暂态数据段长度统一化单元，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；
暂态数据段分段单元，用于构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝(T/20·N)/M；
差值计算单元，用于对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算得到差值组合；
平均值获取单元，用于将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
曲线拟合单元，用于构造拟合曲线的函数模型为
Figure GDA0003182176160000166
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure GDA0003182176160000171
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；
分析单元，用于将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
通过以上技术方案，本发明提供的一种基于曲线拟合的故障录波数据暂态同源对比方法，智能匹配继电保护装置和故障录波器的故障录波文件，分析对比故障时暂态过程的特征，对继电保护装置或故障录波装置的采样值得精度进行在线监测及预警，提高继电保护装置的可靠性。通过波形暂态数据的一致性实现数据的精确对齐，不受NPS对时的影响，与继电保护装置和录波采集单元的启动算法无关，同时采用了分段曲线拟合，对暂态的全过程的数据进行了分析比对，而不是仅仅比对几个值，比对结果更可靠。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种故障录波数据暂态同源对比方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，当满足故障录波器与继电保护装置的突变值的相别一致，且两者的稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功；
步骤二：解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；具体过程为：
步骤201：解析匹配成功的故障录波文件，依据突变对应的通道，获取突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期；
步骤202：采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure FDA0003214320720000011
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure FDA0003214320720000012
每次取采样间隔为
Figure FDA0003214320720000013
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure FDA0003214320720000014
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure FDA0003214320720000015
个方差组成方差组合；
步骤203：方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为故障录波器与继电保护装置的故障录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段；
步骤三：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算，所述差值计算是继电保护装置在持续时间T上所有的数据段与故障录波器在持续时间T上所有的数据段依据时间轴对应的求差值，同时刻的数据进行相减，得到差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。
2.根据权利要求1所述的一种故障录波数据暂态同源对比方法，其特征在于，所述步骤一包括：
步骤101：以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；
步骤102：解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure FDA0003214320720000021
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
步骤103：针对每一个采样数据，判断所述采样数据是否满足以下公式，
Figure FDA0003214320720000022
若是，判定所述采样数据发生突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；
针对每一个采样数据，判断所述采样数据是否满足以下公式，ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset，Φ＝A,B,C，若是，判定所述采样数据越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值；
在采样数据越限的情况下，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值；
步骤104：针对每个故障录波文件对应通道的突变值以及故障录波文件对应的相别，依次匹配继电保护装置和故障录波器的故障录波文件，当满足故障录波器与继电保护装置的突变值的相别一致，且两者的稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
3.根据权利要求2所述的一种故障录波数据暂态同源对比方法，其特征在于，ΔIset等于0.2In。
4.根据权利要求2所述的一种故障录波数据暂态同源对比方法，其特征在于，kf取0.25。
5.根据权利要求1所述的一种故障录波数据暂态同源对比方法，其特征在于，所述步骤三包括：
步骤301：对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；
步骤302：构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝(T/20·N)/M；
步骤303：对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算，所述差值计算是继电保护装置在持续时间T上所有的数据段与故障录波器在持续时间T上所有的数据段依据时间轴对应的求差值，同时刻的数据进行相减，得到差值组合；
步骤304：将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
步骤305：构造拟合曲线的函数模型为
Figure FDA0003214320720000041
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure FDA0003214320720000042
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；
步骤306：将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取采样误差y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
6.一种故障录波数据暂态同源对比装置，其特征在于，所述装置包括：
匹配模块，用于获取一个预设时间范围内的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，然后解析获得的继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据获取采样数据，对每一个采样数据进行突变判断以及越限判断，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值，当满足故障录波器与继电保护装置的突变值的相别一致，且两者的稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功；
获取模块，用于解析匹配成功的故障录波文件获取同电压等级的电压通道数据，对同电压等级的电压通道数据采用差值计算法获取方差组合，以方差组合中最小的方差对应的区间的数据为基准获取继电保护装置的故障录波文件和故障录波器的故障录波文件精确对齐后的暂态数据段；所述获取模块还用于：
电压通道数据获取单元，用于解析匹配成功的故障录波文件，依据突变对应的通道，获取突变点前1周期和前2周期的同电压等级的电压通道数据，分别记为E，F，采样区间为[0，N]，N为经插值处理后的采样周期；
方差组合获取单元，用于采用差值计算法，提取E在第一区间
Figure FDA0003214320720000043
上的数据，同时提取F在第二区间上的数据，第二区间为动态区间，依次对F从采样时刻0循环至采样时刻
Figure FDA0003214320720000051
每次取采样间隔为
Figure FDA0003214320720000052
的数据，F在第二区间上的数据分别与E在第一区间
Figure FDA0003214320720000053
上的数据计算差值后求取方差，共得出
Figure FDA0003214320720000054
个方差组成方差组合；
暂态数据段提取单元，用于方差组合中最小的方差对应的区间的数据，为故障录波器与继电保护装置的故障录波文件精确对齐区间，以此区间为基准提取暂态数据段；
预警模块，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算，所述差值计算是继电保护装置在持续时间T上所有的数据段与故障录波器在持续时间T上所有的数据段依据时间轴对应的求差值，同时刻的数据进行相减，得到差值组合，对差值组合求平均值，平均值超过预设的误差，进行报警，根据差值组合的数据对暂态数据段进行曲线拟合，在采样误差超出误差最大值时进行数据预警。
7.根据权利要求6所述的一种故障录波数据暂态同源对比装置，其特征在于，所述匹配模块还包括：
故障录波数据获取单元，用于以当前***时间t为基准，获取T1＝t-Δt至T2＝t+Δt的时间范围内继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，其中，Δt为预设的时间间隔；T1为时间范围左边界，T2为时间范围右边界；
插值单元，用于解析继电保护装置故障录波数据和故障录波器的故障录波数据，获取故障录波数据的各通道的通道号和通道类型，并根据通道号获取该通道对应的采样数据，通过拉格朗日一阶插值算法公式
Figure FDA0003214320720000055
对继电保护装置的采样数据进行插值，其中，x0为第一采样点对应的采样时刻，x1为第二采样点对应的采样时刻，y0为第一采样点对应的采样值，y1为第二采样点对应的采样值，x为插值点对应的时刻，y(x)为插值点对应的采样值；
突变判定单元，用于针对每一个采样数据，判断所述采样数据是否满足以下公式，
Figure FDA0003214320720000061
若是，判定所述采样数据发生突变，其中，A(t)为通道的瞬时采样值，N为经插值处理后的采样周期，kf为突变系数，In为通道的额定值；
针对每一个采样数据，判断所述采样数据是否满足以下公式，ΔIΦ>1.25ΔIT+ΔIset，Φ＝A,B,C，若是，判定所述采样数据越限，其中，ΔIΦ为通道的有效值，A表示A相，B表示B相，C表示C相，ΔIT为浮动门槛，ΔIset为通道越限起动定值；
在采样数据越限的情况下，获取所述采样数据的突变值和以及突变前一周期的稳态值；
故障录波文件匹配单元，用于针对每个故障录波文件对应通道的突变值以及故障录波文件对应的相别，依次匹配继电保护装置和故障录波器的故障录波文件，当满足故障录波器与继电保护装置的突变值的相别一致，且两者的稳态值的误差在预设阈值以内，则录波文件匹配成功，进入下一步骤，否则继续查找，依次循环。
8.根据权利要求6所述的一种故障录波数据暂态同源对比装置，其特征在于，所述预警模块还包括：
暂态数据段长度统一化单元，用于对所有通道的暂态数据段的长度进行统一化，获取各暂态数据段的持续时间T；
暂态数据段分段单元，用于构建分段区间，根据暂态数据段的持续时间T，将暂态数据段分为M段，每段数据段长度为X＝(T/20·N)/M；
差值计算单元，用于对继电保护装置和故障录波器分段后的暂态数据段依次进行差值计算，所述差值计算是继电保护装置在持续时间T上所有的数据段与故障录波器在持续时间T上所有的数据段依据时间轴对应的求差值，同时刻的数据进行相减，得到差值组合；
平均值获取单元，用于将获取的差值组合求取平均值，如果平均值小于预设的误差，则该暂态数据段的采样精度满足要求，如果平均值超过预设的误差，则采样精度超出误差范围，进行报警；
曲线拟合单元，用于构造拟合曲线的函数模型为
Figure FDA0003214320720000071
其中，I0为恒定直流分量，Id0为衰减直流分量，Im为短路后周期分量，Td为衰减时间常数，ω为角频率，
Figure FDA0003214320720000072
为初相位；
根据差值组合的数据，进行曲线拟合，求出拟合曲线；
分析单元，用于将经拟合的多段曲线函数进行分析，求取采样误差y(t)<δmax中的t的范围，δmax为误差最大值，采样误差超出误差最大值时，表示暂态数据的采样误差将偏大，进行数据预警。
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