CN110888016A - 一种基于dsp处理器的配电网行波故障数据分析处理*** - Google Patents

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宗志亚
刘华麟
袁龙
谢威
姚璐
王军
宋尧
饶贇
王师国
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Abstract

本发明提供一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，包括：uPP接口驱动模块、数据采集模块、动作检测模块和数据分析模块。通过动作检测模块可将采集数据中的工频量数据计算判断是否有故障发生，并通过数据分析模块，使用工频电压计算故障类型，使用多层小波变换提取故障行波首波头到达时间，产生分析结果。通过本发明的配电网行波故障数据分析处理***可提高故障判断的效率和准确性。可及时处理大量的采集数据，快速响应采集数据读取请求，***的处理效率较高。

Description

一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***
技术领域
本发明涉及配电网行波故障分析技术，尤其是一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***。
背景技术
现目前，当配电线路发生故障时，比较传统的故障的定位方法是由经验丰富的运行工作人员综合电力用户提供的信息，对可能的事故位置进行诊断，然后派遣巡线人员到现场查线确认故障位置并排除故障。这种人工方法浪费了大量的人力物力，并且由于小电流***中单相接地故障其故障电流微弱等原因，导致定位比较困难，传统的人工方法无法满足实际配电网中的需要。
故障定位是配电自动化的关键技术之一，它要求故障发生时能够快速定位故障点，并及时通知电力部门检修人员，为电力部门检修人员排查故障和恢复供电节约时间。目前随着计算机、通信及测量技术的不断进步，行波法得到了迅速发展，并逐步进入实用化阶段。行波法受外界因素影响小，测距精度高，被广泛应用在220k V及重要110k V输电线路中。采用行波法进行故障定位通常需要对所采集的数据进行复杂算法处理，现目前，基于DSP处理器具有较强的并行数据处理能力，已出现将DSP处理器用于行波故障定位的数据处理分析。然而，由于缺乏针对行波采样数据进行高效的分析处理方案设计，使得利用DSP处理的效率不够高，故障分析的准确性和及时性还有待进一步的提升。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种基于DSP处理器的可对配电网行波故障数据进行高效处理分析的***。
为实现本发明的目的，提供一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，包括：
uPP接口驱动模块，其使用DMA将采样数据包从外部数据采集设备传输至DSP内存；
数据采集模块，数据采集模块是一个数据环形缓冲区，采样数据包被循环存入环形缓冲区；
动作检测模块，用环形缓冲区内的数据中的工频量数据计算判断是否有故障发生；
数据分析模块，获取动作元件触发启动通知；从采样缓冲区获取动作前后各一个周波的所有采样数据节点；使用工频电压计算故障类型，使用多层小波变换提取故障行波首波头到达时间，产生分析结果。
优选的，行波故障数据分析处理***还包括：
任务调度器，处理动作检测模块检测到的故障事件，将事件发送至数据分析模块和XML文件生成模块进行处理；
XML文件生成模块，利用数据分析模块产生的分析结果生成XML文件，XML文件中存储了包括故障时刻前后几个周波的采样数据，变比参数等相关信息，可用于再次分析和计算。
优选的，行波故障数据分析处理***还包括：
RAM文件***，存储生成的XML文件；
数据传输服务，用于从RAM文件***读取XML文件，并传输至服务器。
优选的，所述数据分析模块中获取的动作元件触发方式包括：电压突变，电压越限，线电压突变，零序电压突变，零序电压越限。
优选的，所述任务调度器采用以下任务调度策略：
将uPP接口驱动、数据采集模块以及动作检测模块设置为高优先级任务；
将数据分析模块和XML文件生成器设置为中优先级任务；
将数据传输服务设置为低优先级任务。
优选的，所述DSP处理器采用零拷贝的引用计数型数据节点，节点结构如下所示：链表指针：用于维护链表完整性；采样数据包：一个采样数据包，当新数据包生成的同时，为这个新数据包创建一个新的引用计数型链表节点；引用计数器：用于计算节点被***到了多少个链表中，计数器初时值为0，当节点被***到一个链表时，引用计数器被加上1；当节点从链表中删除时，引用计数器减去1；当引用计数器为0时，表示该节点不再需要，节点可重新用于保存新采集的数据；否则说明该节点正在被其他链表使用，不能回收。
优选的，数据传输服务将保存在RAM文件***中的XML文件通过4G LTE无线调制解调器发送到服务器端，DSP处理器和4G LTE调制解调器使用AT指令集通讯，利用4G LTE内置的TCP/IP协议栈连接到服务器。
相比于现有技术，本发明的有益效果体现在：可通过提取采样数据包中的工频量数据判断是否有故障发生，提高了故障判断的效率和准确性。通过设置合理的多线任务调度策略，可及时处理大量的采集数据，快速响应采集数据读取请求，防止出线数据丢失和动作检测盲区。此外，通过设计合理的结构保存采样值数据，可以大幅度减少***性能开销，提高***的处理效率。
附图说明
图1为本发明实施例的配电网行波故障数据分析处理***的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***进行详细的阐述说明，应该说明的是，本发明的实施方式并不限于以下具体实施例。
提供一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，包括：uPP接口驱动模块，其使用DMA将采样数据包从外部数据采集设备传输至DSP内存；
数据采集模块，数据采集模块是一个数据环形缓冲区，采样数据包被循环存入环形缓冲区；
动作检测模块，用环形缓冲区内的数据中的工频量数据计算判断是否有故障发生；
数据分析模块，获取动作元件触发启动通知；从采样缓冲区获取动作前后各一个周波的所有采样数据节点；使用工频电压计算故障类型，使用多层小波变换提取故障行波首波头到达时间，产生分析结果。
应该说明的是，本实施例的配电网行波故障数据分析处理***可适用于处理包含有工频量数据的采集数据，该采集数据可以为直接导入的数据，或者通过外部数据采集设备采集处理后输入的数据。配电网行波故障数据分析处理***通过DSP处理器的uPP接口从外部数据采集设备接收采集数据，进行动作检测，动作检测模块支持的启动元件包括：手动启动元件、相电压越限启动元件、相间电压越限启动元件、负序电压越限启动元件、零序电压越限启动元件、相电压突变启动元件、相间电压突变启动元件、负序电压突变启动元件、零序电压突变启动元件。即可通过监测到的电压突变、电压越限、线电压突变、零序电压突变、零序电压越限等形式触发启动。由此，对于包含有工频量数据的采集数据，启动元件仅需简单进行判断而不需要再进行大量计算，因此可以实现高达每周波40次的动作判断，具有很高的故障检测灵敏度。
作为优选的方案，行波故障数据分析处理***还包括：
任务调度器，处理动作检测模块检测到的故障事件，将事件发送至数据分析模块和XML文件生成模块进行处理；
XML文件生成模块，利用数据分析模块产生的分析结果生成XML文件，XML文件格式灵活可扩展，可以将分析结果按XML对象保存，XML文件中存储了包括故障时刻前后几个周波的采样数据，变比参数等相关信息，可用于再次分析和计算。
进一步的，行波故障数据分析处理***还包括：
RAM文件***，存储生成的XML文件；
数据传输服务，用于从RAM文件***读取XML文件，并传输至服务器。
在以上方案中，完成动作检测后，如检测到动作事件的发生，则由任务调度器生成一个分析任务将故障数据交给数据分析模块进行故障类型的判断和行波信号的提取，生成XML格式的数据文件存入RAM文件***。当有新的XML数据文件生成时，数据传输服务将保存在RAM文件***中的XML文件通过4G LTE无线调制解调器发送到服务器端，DSP处理器和4GLTE调制解调器使用AT指令集通讯，利用4G LTE内置的TCP/IP协议栈连接到服务器。4G LTE调制解调器可提供100Mbps的下行传输速度和50Mbps的上行传输速度，能够满足分析后的XML文件数据传输。作为进一步的应用，服务器收到本分析处理***发送的包含故障数据的XML文件后，可对当前故障时刻的故障数据进行汇总分析，使用电压行波选线算法和电压行波故障定位算法确定故障分支和故障点位置。
作为一种具体的，本发明的行波故障数据分析处理***可基于Ti的TMS320C6748数字信号处理器。可使用TI的SYS/BIOS实时操作***实现进行数字信号的实时处理。
作为优选的，所述任务调度器采用以下任务调度策略：
将uPP接口驱动、数据采集模块以及动作检测模块设置为高优先级任务；
将数据分析模块和XML文件生成器设置为中优先级任务；
将数据传输服务设置为低优先级任务。
一般而言，时间的精度决定了算法的准确度，为提高任务处理的实时性，在上述方案中，将uPP接口驱动、数据采集模块以及动作检测模块设置为高优先级任务，可尽可能的将时间延迟缩小，提高数据处理的准确性和有效性。此外，通过优先处理实时性要求较高的数据采集任务，可以快速响应对采集数据的读取请求，防止出现数据丢失和动作检测盲区。可在发生触发事件时实时将故障前和故障后的数据保存下来，运行非实时的数据分析任务，在非实时分析数据时，实时的动作检测和数据采集可保持继续运行，而不被数据的分析任务所阻塞。
作为优选的，由于本发明的分析处理***通常需要处理大量采样数据，为了避免采样数据在内存中的重复复制导致的开销，所述DSP处理器采用零拷贝的引用计数型数据节点，节点结构如下所示：链表指针：用于维护链表完整性；采样数据包：一个采样数据包，当新数据包生成的同时，为这个新数据包创建一个新的引用计数型链表节点；引用计数器：用于计算节点被***到了多少个链表中，计数器初时值为0，当节点被***到一个链表时，引用计数器被加上1；当节点从链表中删除时，引用计数器减去1；当引用计数器为0时，表示该节点不再需要，节点可重新用于保存新采集的数据；否则说明该节点正在被其他链表使用，不能回收。采用上述节点结构保存采样值数据，后续分析计算时无需多次拷贝数据也无需多次分配释放内存，可以大幅度减少***性能开销。

Claims (7)

1.一种基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，包括：
uPP接口驱动模块，其使用DMA将采样数据包从外部数据采集设备传输至DSP内存；
数据采集模块，数据采集模块是一个数据环形缓冲区，采样数据包被循环存入环形缓冲区；
动作检测模块，用环形缓冲区内的数据中的工频量数据计算判断是否有故障发生；
数据分析模块，获取动作元件触发启动通知；从采样缓冲区获取动作前后各一个周波的所有采样数据节点；使用工频电压计算故障类型，使用多层小波变换提取故障行波首波头到达时间，产生分析结果。
2.根据权利要求1所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，还包括：
任务调度器，处理动作检测模块检测到的故障事件，将事件发送至数据分析模块和XML文件生成模块进行处理；
XML文件生成模块，利用数据分析模块产生的分析结果生成XML文件，XML文件中存储了包括故障时刻前后几个周波的采样数据，变比参数等相关信息，可用于再次分析和计算。
3.根据权利要求2所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，还包括：
RAM文件***，存储生成的XML文件；
数据传输服务，用于从RAM文件***读取XML文件，并传输至服务器。
4.根据权利要求2所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，所述数据分析模块中获取的动作元件触发方式包括：电压突变，电压越限，线电压突变，零序电压突变，零序电压越限。
5.根据权利要求2所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，所述任务调度器采用以下任务调度策略：
将uPP接口驱动、数据采集模块以及动作检测模块设置为高优先级任务；
将数据分析模块和XML文件生成器设置为中优先级任务；
将数据传输服务设置为低优先级任务。
6.根据权利要求2所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，所述DSP处理器采用零拷贝的引用计数型数据节点，节点结构如下所示：链表指针：用于维护链表完整性；采样数据包：一个采样数据包，当新数据包生成的同时，为这个新数据包创建一个新的引用计数型链表节点；引用计数器：用于计算节点被***到了多少个链表中，计数器初时值为0，当节点被***到一个链表时，引用计数器被加上1；当节点从链表中删除时，引用计数器减去1；当引用计数器为0时，表示该节点不再需要，节点可重新用于保存新采集的数据；否则说明该节点正在被其他链表使用，不能回收。
7.根据权利要求2所述的基于DSP处理器的配电网行波故障数据分析处理***，其特征在于，数据传输服务将保存在RAM文件***中的XML文件通过4G LTE无线调制解调器发送到服务器端，DSP处理器和4G LTE调制解调器使用AT指令集通讯，利用4G LTE内置的TCP/IP协议栈连接到服务器。
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