CN110888020B - 基于阈值的同异步交流混合采样方法 - Google Patents

Abstract

一种基于阈值的同异步交流混合采样方法，解决在电力***出现故障时***频率发生急剧变化后采样的数据不精确的问题。步骤是：确定两种采样方式切换的频率阈值；采集电力实时数据，数据已知如下：[(t₁,y₁)、(t₂,y₂)、……、(t_i,y_i)、……(t_n,y_n)]，且上述采集点所对应的频率为(f₁,f₂,……f_i……f_n)，其中t_i,(i＝1至n)为按时序采集的时间，y_i,(i＝1～n)为采集数据的幅值；对频率变动点进行验证；确定采样方式，在t_i前面时间采集方式为同步采样方法，在t_i后面时间采集方式为异步采样方法；在t_p前面时间采集方式为异步采样方法，在t_p后面时间采集方式为同步采样方法。

Description

基于阈值的同异步交流混合采样方法

技术领域

本发明涉及电力***自动化技术领域，尤其涉及一种基于阈值的同异步交流混合采样方法。

背景技术

目前，电网内部越来越智能化，电网中存在很多高级应用软件，因此，对电力数据的精度要求越来越高。精确的电力数据使监测更加准确，调度决策更加正确。目前，在电力***中，对采集的数据处理研究比较多，如利用准同补算法、加窗法、软件补偿算法等进行数据处理。而关于数据采集方面，在周期电气信号的微机测量中，目前普遍采用交流采样，采样方式中分为同步采样与异步采样。

同步采样中又细分为软件同步采样与硬件同步采样，且多数运用软件同步采样方式，即用软件方法确定采样时刻。在软件同步采样中，由于CPU无法测量出交流电力信息的目前的周期,只能用上个周期代替,如果工频信号变化范围不大，CPU可以测量出上一个周期；但是，如果电力***出现故障(电网短路故障、电网低频震荡、电网高频振荡，如图2-图4所示)，工频信号的频率急剧变化,CPU可能测量的上一个周期不精确或无法测量上一周期，使得采样点并不是均匀分布在信号周期中,采样时间间隔不完全一致，并存在同步误差，这将加大***非同步采样误差,而后续对电力数据的分析中却要求其采样点均匀分布,限制了它在高精度测量中的应用。

异步采样是假定电网频率为某一定值，根据这一定值和每周波内的采样点数确定定时器的定时值，以此实现同步。由于异步采样实现简单，硬件要求低，因而广泛用于微机保护或精度要求不高的测量中。当电网频率与这一定值不符或发生变化时，异步采样的同步误差相当大，故对精度要求较高的场合是不适用的。但当电网运行出现故障时，其采样速度比同步采样快。

发明内容

针对目前采集方式的技术缺陷，即当电力***运行出现故障电网频率波动较大，运用同步采样进行采集，因需算前一个采样周期确定下一个采样周期的采样频率，使得处理器处理数据较慢，而异步采样采样频率为固定值，不需要进行预计算，本发明提供一种基于阈值的同异步交流混合采样方法，解决在电力***出现故障时，***频率发生急剧变化后，采样的数据不精确的问题。

本发明的技术解决方案是：

基于阈值的同异步交流混合采样方法，其步骤如下：

步骤1：确定两种采样方式切换的频率阈值

步骤1.1：采集电力实时数据，数据已知如下：

[(t₁，y₁)、(t₂，y₂)、……、(t_i，y_i)、……(t_n，y_n)]，且上述采集点所对应的频率为(f₁，f₂，……f_i……f_n)，其中t_i，(i＝1至n)为按时序采集的时间，y_i，(i＝1～n)为采集数据的幅值；

步骤1.2：对频率变动点进行验证

步骤1.2.1：对频率阈值进行设定

f_N＝50；根据GB/T15945《电能质量电力***频率允许偏差》标准：我国电网频率正常为50±0.2HZ；

步骤1.2.2：电力***运行出现故障后，寻找频率变动点：

步骤1.2.3：电力***恢复正常运行后，寻找频率变动点：

步骤2：确定采样方式

步骤2.1：由步骤1.2.2.1-步骤1.2.2.2可知t_i处频率越过阈值，故在t_i前面时间采集方式为同步采样方法，在t_i后面时间采集方式为异步采样方法；

步骤2.2：由步骤1.2.3.1-步骤1.2.3.2可知t_p处频率回归阈值内，故在t_p前面时间采集方式为异步采样方法，在t_p后面时间采集方式为同步采样方法。

进一步，步骤1.2.2中电力***运行出现故障后，寻找频率变动点过程：

假设频率变动点(t_i，y_i)，i∈(1～n)，由步骤1.1已知(t_i-2，y_i-2)、(t_i-1，y_i-1)、(t_i+1，y_i+1)、(t_i+2，y_i+2)；

步骤1.2.2.1：判断频率变动点，运用公式(1)、公式(2)进行判断：

其中

为频率变动前一个时刻采集的频率间隔，

为频率变动后一个时刻采集的频率间隔；其中f_N为工频，f_i-1为频率变动点前一点，f_i+1频率变动点后一点；

若

则说明此点频率越过阈值；

步骤1.2.2.2：确定频率变动点是否正确；

其中

为频率变动前二个时刻采集的频率差值，

为频率变动后二个时刻采集的频率差值；f_i-2为频率变动点前第二个采集点，f_i+2频率变动点后第二个采集点；

若

则说明t_i不是异常点，为故障时正常频率变动点。

进一步，步骤1.2.3：电力***恢复正常运行后，寻找频率变动点：

假设频率变动点(t_p，y_p)，p∈(1～n)，由步骤1.1已知(t_p-2，y_p-2)、(t_p-1，y_p-1)、(t_p+1，y_p+1)、(t_p+2，y_p+2)；

步骤1.2.3.1：判断频率变动点；运用公式(1)、公式(2)进行判断：

其中

为频率变动前一个时刻采集的频率插值，

为频率变动后一个时刻采集的频率插值；f_p-1为频率变动点前1个采集点，f_p+1频率变动点后1个采集点；

若

则说明此点频率未越过阈值；

步骤1.2.3.2：确定频率变动点是否正确；

若

则说明t_p不是异常点，为正常频率变动点，式中f_p-2为频率变动点前2个采集点，f_P+2为频率变动点后2个采集点。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供了一种电力数据采集方法，当电力***出现故障时，频率变动大，经过公式判断后，确定采集方式由同步采集转换到异步采集。当电力***恢复正常运行时，频率回归到正常阈值内，经过公式判断后，确定采集方式由异步采集转换到同步采集。因此，提升了电力***运行出现故障时采集数据的精度，为后续数据处理提供了更加可靠的基础。

附图说明

图1为本发明实施例提供的交流混合采样技术方法转换的流程图；

图2为本发明实施例提供的电网运行短路故障时的电流采集图；

图3为本发明实施例提供的电网运行低频震荡故障时的电流采集图；

图4为本发明实施例提供的电网运行高频震荡故障时的电流采集图；

图5为本发明实施例的电网运行由稳态到暂态过程频率变动图；

图6为本发明实施例的电网运行由暂态到稳态过程频率变动图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明由电网运行的采集数据为例，使用本发明的交流同步采样与异步采样的方法，对电网频率出现波动时进行采样方式切换，如图1所示。

步骤1：确定两种采样方式切换的频率阈值方法。

步骤1.1：如图4所示，同步采样装置检测出在C点频率出现波动。由稳态过渡到暂态，在H点由暂态过渡到稳态。选取频率变动点前面2个点，与后面2个点进行分析，如图5、图6，具体检测数值见表1、2。

表1：稳态-暂态数据

采样点	采样时间	幅值	频率
				A	0.022222	15.32089	49.9HZ
B	0.022278	15.09419	49.8HZ
				C	0.022333	14.8629	50.1HZ
D	0.022389	13.97095	53.1HZ
				E	0.022444	12.78903	52.4HZ

表2：暂态-稳态数据

步骤1.2：对频率变动点进行验证。

步骤1.2.1：对频率阈值进行设定

根据GB/T15945《电能质量电力***频率允许偏差》标准：我国电网频率正常为50±0.2HZ，本实施例的频率阈值

步骤1.2.2：电力***运行出现故障后，寻找频率变动点。由步骤1.1已知经过采样***采样分析，频率变动点为为C点。

步骤1.2.2.1：判断频率变动点。依据B、D点数据运用公式(1)、(2)进行判断：

0.2＝|49.8-50|

3.1＝|53.1-50|

因为0.2≤0.2，3.1＞0.2，说明此点频率越过阈值，C点应该为频率越阈点。

步骤1.2.2.2：确定频率变动点是否正确，依据A、E点数据运用公式(3)、(4)、(5)、进行判断。

0.1＝|49.9-50|

2.4＝|52.4-50|

因为0.1≤0.2，2.4＞0.2，则说明t_i不是异常点，为故障时正常频率变动点。

步骤1.2.3：电力***恢复正常运行后，寻找频率变动点。由步骤1.1已知经过采样***采样分析，频率变动点为为H点。

步骤1.2.3.1：判断频率变动点。运用公式(1)、(2)进行判断：

0.8＝|49.2-50|

0＝|50-50|

因为0.8≥0.2，0＜0.2，说明H点频率未越过阈值。

步骤1.2.3.2：确定频率变动点是否正确。

1.5＝|48.5-50|

0.1＝|50.1-50|

因为1.5≥0.2，0.1＜0.2，说明t_p不是异常点，为正常频率变动点。

步骤2：确定采样方式

步骤2.1：由步骤1.2.2.1-步骤1.2.2.2可知C处频率越过阈值，故在0.022333s前面时间采集方式为同步采样方法，在0.022333s后面时间采集方式为异步采样方法。

步骤2.2：由步骤1.2.3.1-步骤1.2.3.2可知H处频率回归阈值内，故在0.044056s前面时间采集方式为异步采样方法，在0.044056s后面时间采集方式为同步采样方法。

以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于阈值的同异步交流混合采样方法，其特征是步骤如下：

步骤1：确定两种采样方式切换的频率阈值

步骤1.1：采集的电力实时数据，数据已知如下：

[(t₁,y₁)、(t₂,y₂)、……、(t_i,y_i)、……(t_n,y_n)]，且上述采集点所对应的频率为(f₁,f₂,……f_i……f_n)，其中t_i,(i＝1至n)为按时序采集的时间，y_i,(i＝1～n)为采集数据的幅值；

步骤1.2：对频率变动点进行验证

步骤1.2.1：对频率阈值进行设定

f_N＝50；根据GB/T15945《电能质量电力***频率允许偏差》标准：我国电网频率正常为50±0.2HZ；

步骤1.2.2：电力***运行出现故障后，寻找频率变动点：

假设频率变动点(t_i,y_i),i∈(1～n)，由步骤1.1已知(t_i-2,y_i-2)、(t_i-1,y_i-1)、(t_i+1,y_i+1)、(t_i+2,y_i+2)；

步骤1.2.2.1:判断频率变动点，运用公式(1)、公式(2)进行判断:

其中

为频率变动前一个时刻采集的频率间隔，

为频率变动后一个时刻采集的频率间隔；其中f_N为工频，f_i-1为频率变动点前一点，f_i+1频率变动点后一点；

若

则说明此点频率越过阈值；

步骤1.2.2.2：确定频率变动点是否正确；

其中

为频率变动前二个时刻采集的频率差值，

为频率变动后二个时刻采集的频率差值；f_i-2为频率变动点前第二个采集点，f_i+2频率变动点后第二个采集点；

若

则说明t_i不是异常点，为故障时正常频率变动点；

步骤1.2.3：电力***恢复正常运行后，寻找频率变动点：

假设频率变动点(t_p,y_p),p∈(1～n)，由步骤1.1已知(t_p-2,y_p-2)、(t_p-1,y_p-1)、(t_p+1,y_p+1)、(t_p+2,y_p+2)；

步骤1.2.3.1:判断频率变动点；运用公式(1)、公式(2)进行判断:

其中

为频率变动前一个时刻采集的频率插值，

为频率变动后一个时刻采集的频率插值；f_p-1为频率变动点前1个采集点，f_p+1频率变动点后1个采集点；

若

则说明此点频率未越过阈值；

步骤1.2.3.2：确定频率变动点是否正确；

若

则说明t_p不是异常点，为正常频率变动点，式中f_p－2为频率变动点前2个采集点，f_P+2为频率变动点后2个采集点；

步骤2：确定采样方式

步骤2.1：由步骤1.2.2.1-步骤1.2.2.2可知t_i处频率越过阈值，故在t_i前面时间采集方式为同步采样方法，在t_i后面时间采集方式为异步采样方法；

步骤2.2：由步骤1.2.3.1-步骤1.2.3.2可知t_p处频率回归阈值内，故在t_p前面时间采集方式为异步采样方法，在t_p后面时间采集方式为同步采样方法。

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