CN114002555B - 一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法 - Google Patents

一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法，包括下列顺序的步骤：对被监测的馈线的电压、电流信号瞬时采样值的幅值和极性进行差异补偿；进行零序信号的合成；进行信号滤波；进行故障启动；确定故障起始点；计算故障相；故障结束；所有数据按标准的Comtrade数据格式记录，并以时间命名。本发明内置在分布在不同馈线或者馈线不同位置的分布式故障录波单元，能够有效地处理原始数据，避免将冗余数据上传到云端。并且对数据进行解析和阈值判断，有效识别异常信息,使得终端设备由被动监控转化为与主动分析与预警相结合的终端***，可以在第一时间高速实时处理终端应用的数据，增强时效性。

Description

一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法
技术领域
本发明涉及电力***故障录波技术领域，尤其是基于分布式故障录波单元的边缘计算方法。
背景技术
电力***故障动态记录装置广泛应用于110kV及以上变电站，用于记录当电力***中发生各种故障，各种参量及其导出量以及相关非电量变化的全过程。但对于35kV或10kV线路，目前并没有配备故障动态记录装置。
专利申请号为201510413369.X，专利名称为基于分布式录波的故障监测装置的专利，提供一种基于分布式录波的故障监测装置，主要用途在于可以对线路上的电流和电压进行实时监测，并且进行录波，同时可以进行稳态和瞬态数据分析。但并未提出具体的算法。
专利申请号为201610168937.9，专利名称为一种广域故障录波***及同步方法的专利，提出利用通信延时较长的一般性网络进行广域跨站同步录波，以满足铁路牵引供电等强关联***所需要的广域同步录波需求，主要解决的是同步启动问题，并未对故障启动等作出说明。
专利申请号为202010240114.9，专利名称为一种基于边缘计算的配电网单相接地故障定位装置及方法的专利，解决的是快速查找故障波形的波头，同时利用高精度时间同步机制，将各个测点测量装置的汇聚模块将各个测点的波头时刻发送至配电网自动化主站的定位计算模块进行故障定位。但其并未就测点测量装置的具体判据及算法作出说明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通过多台分布在不同馈线或者馈线不同位置的分布式故障录波单元分别进行录波，并根据配置的边缘计算方法对数据进行分析处理综合判断后，根据结果进行存贮或者上传，从而减轻带宽压力，增强终端的处理的实时性的基于分布式故障录波单元的边缘计算方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)对被监测的馈线的电压、电流信号瞬时采样值的幅值和极性进行差异补偿；
(2)进行零序信号的合成；
(3)进行信号滤波；
(4)进行故障启动；
(5)确定故障起始点；
(6)计算故障相；
(7)确定故障结束；
(8)记录故障数据：所有数据按标准的Comtrade数据格式记录，并以时间命名。
所述步骤(1)具体是指：
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行幅值补偿；当三相和零序电压通道/三相和零序电流通道之间的幅值差异<5％时，不进行幅值补偿；
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行极性补偿；当三相电压之间、三相电流之间，以及电压与电流之间的极性相同，不进行极性补偿。
所述步骤(2)具体是指：
进行零序电流瞬时值i0(k)的合成，合成值为3倍的i0(k)：
i0(k)＝iA(k)+iB(k)+iC(k)
其中，iA(k)、iB(k)、iC(k)分别为A相、B相、C相电流经过幅值和极性补偿后的采样值；k＝1,2,3……，k为采样点；
进行零序电压u0(k)的合成，合成值为倍的u0(k)：
其中，uA(k)、uB(k)、uC(k)分别为A相、B相、C相电压经过幅值和极性补偿后的采样值。
所述步骤(3)具体是指：对确定电压、电流录波数据进行数字滤波，滤除包含工频量在内的低频量和高频量，具体包括以下步骤：
(3a)将原始数据x[k]先滤除直流分量得到xd[k]：
其中，k＝1,2,......,K，K指的是第k个采样点，K为256或200，256或者200是每个周波的离散采样点的数量；
(3b)再将xd[k]进行带通滤波：
采用IIR数字带通滤波器，通带频率为100Hz<ω<1000Hz，通带内最大纹波为3dB，50Hz时最小衰减30dB，滤波器最长为9个点；
滤波公式为：
其中，k＝1,2,......,K，b、a均为滤波器系数，y为滤波后的数据，超出k＝1,2,......,K范围的xd(k),y(k)在首次使用时，均用0代替。
所述步骤(4)具体是指：
在一个工频周期内，零序电压真有效值UT的计算公式如下：
或者
以周波为单位，比较每个周波的零序电压幅值UT和电压启动门槛，如果大于门槛则进入故障处理程序；
故障启动后，故障起始点kF的确定：从故障启动的前一个周波开始，依次比较零序电压瞬时值，第一个瞬时值幅值>电压启动门槛1.4倍的点，则确定为该次故障启动的起始点；
当连续2个及以上周波的零序电压超过门槛时，确认为接地故障，否则认为暂态扰动；所述门槛为设定的电压的有效值；
暂态扰动的结束为故障启动后的第二个周波，即从第三个周波开始如果再发生零序电压超越门槛，则认为一次新的故障。
所述步骤(5)具体是指：
故障起始时间以故障起始点kF的时间为准；
在确定接地故障发生及故障起始点kF后首先确定故障起始时间；
故障起始时间等于当前时刻减去故障起始点kF到该采集周波末的时间，再减去采样结束到目前的时间。
所述步骤(6)具体是指：
根据故障启动后下一周波的各相电压工频分量的幅值和相位判断故障相；当一相电压小于额定电压，另两相电压大于额定电压时，电压降低的相为故障相；
当两相电压小于额定电压，另一相电压大于额定电压时，幅值降低的两相电压中相位超前的相为故障相；
其中，所述额定电压对应输入电压57.5V，所述相位超前的范围在0至180度之间。
所述步骤(7)具体是指：
对于确认的接地故障，按周波计算的零序电压幅值低于启动门槛的持续时间超过1分钟，则确定故障结束；
如果在1分钟之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；1分钟后，零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；
故障结束点的确定：为最后一次零序电压高于门槛的周波对应的时间，即判定故障结束的周波对应的时间向前退1分钟，所述门槛为设定的电压的有效值。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明内置在分布在不同馈线或者馈线不同位置的分布式故障录波单元，能够有效地处理原始数据，避免将冗余数据上传到云端。并且对数据进行解析和阈值判断，有效识别异常信息,使得终端设备由被动监控转化为与主动分析与预警相结合的终端***，可以在第一时间高速实时处理终端应用的数据，增强时效性。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法，该方法包括下列顺序的步骤：
(1)对被监测的馈线的电压、电流信号瞬时采样值的幅值和极性进行差异补偿；
(2)进行零序信号的合成；
(3)进行信号滤波；
(4)进行故障启动；
(5)确定故障起始点；
(6)计算故障相；
(7)确定故障结束；
(8)记录故障数据：所有数据按标准的Comtrade数据格式记录，并以时间命名。
所述步骤(1)具体是指：
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行幅值补偿；当三相和零序电压通道/三相和零序电流通道之间的幅值差异<5％时，不进行幅值补偿；
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行极性补偿；当三相电压之间、三相电流之间，以及电压与电流之间的极性相同，不进行极性补偿。
所述步骤(2)具体是指：
进行零序电流瞬时值i0(k)的合成，合成值为3倍的i0(k)：
i0(k)＝iA(k)+iB(k)+iC(k)
其中，iA(k)、iB(k)、iC(k)分别为A相、B相、C相电流经过幅值和极性补偿后的采样值；k＝1,2,3……，k为采样点；
进行零序电压u0(k)的合成，合成值为倍的u0(k)：
其中，uA(k)、uB(k)、uC(k)分别为A相、B相、C相电压经过幅值和极性补偿后的采样值。
所述步骤(3)具体是指：对确定电压、电流录波数据进行数字滤波，滤除包含工频量在内的低频量和高频量，具体包括以下步骤：
(3a)将原始数据x[k]先滤除直流分量得到xd[k]：
其中，k＝1,2,......,K，K指的是第k个采样点，K为256或200，256或者200是每个周波的离散采样点的数量；
(3b)再将xd[k]进行带通滤波：
采用IIR数字带通滤波器，通带频率为100Hz<ω<1000Hz，通带内最大纹波为3dB，50Hz时最小衰减30dB，滤波器最长为9个点；
滤波公式为：
其中，k＝1,2,......,K，b、a均为滤波器系数，y为滤波后的数据，超出k＝1,2,......,K范围的xd(k),y(k)在首次使用时，均用0代替。
所述步骤(4)具体是指：
在一个工频周期内，零序电压真有效值UT的计算公式如下：
或者
以周波为单位，比较每个周波的零序电压幅值UT和电压启动门槛，如果大于门槛则进入故障处理程序；
故障启动后，故障起始点kF的确定：从故障启动的前一个周波开始，依次比较零序电压瞬时值，第一个瞬时值幅值>电压启动门槛1.4倍的点，则确定为该次故障启动的起始点；
当连续2个及以上周波的零序电压超过门槛时，确认为接地故障，否则认为暂态扰动；所述门槛为设定的电压的有效值；
暂态扰动的结束为故障启动后的第二个周波，即从第三个周波开始如果再发生零序电压超越门槛，则认为一次新的故障。
所述步骤(5)具体是指：
故障起始时间以故障起始点kF的时间为准；
在确定接地故障发生及故障起始点kF后首先确定故障起始时间；
故障起始时间等于当前时刻减去故障起始点kF到该采集周波末的时间，再减去采样结束到目前的时间。
所述步骤(6)具体是指：
根据故障启动后下一周波的各相电压工频分量的幅值和相位判断故障相；当一相电压小于额定电压，另两相电压大于额定电压时，电压降低的相为故障相；
当两相电压小于额定电压，另一相电压大于额定电压时，幅值降低的两相电压中相位超前的相为故障相；
其中，所述额定电压对应输入电压57.5V，所述相位超前的范围在0至180度之间。
所述步骤(7)具体是指：
对于确认的接地故障，按周波计算的零序电压幅值低于启动门槛的持续时间超过1分钟，则确定故障结束；
如果在1分钟之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；1分钟后，零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；
故障结束点的确定：为最后一次零序电压高于门槛的周波对应的时间，即判定故障结束的周波对应的时间向前退1分钟，所述门槛为设定的电压的有效值。
综上所述，本发明内置在分布在不同馈线或者馈线不同位置的分布式故障录波单元，能够有效地处理原始数据，避免将冗余数据上传到云端。并且对数据进行解析和阈值判断，有效识别异常信息,使得终端设备由被动监控转化为与主动分析与预警相结合的终端***，可以在第一时间高速实时处理终端应用的数据，增强时效性。

Claims (1)

1.一种基于分布式故障录波单元的边缘计算方法，其特征在于：该方法包括下列顺序的步骤：
(1)对被监测的馈线的电压、电流信号瞬时采样值的幅值和极性进行差异补偿；
(2)进行零序信号的合成；
(3)进行信号滤波；
(4)进行故障启动；
(5)确定故障起始点；
(6)计算故障相；
(7)确定故障结束；
(8)记录故障数据：所有数据按标准的Comtrade数据格式记录，并以时间命名；
所述步骤(1)具体是指：
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行幅值补偿；当三相和零序电压通道/三相和零序电流通道之间的幅值差异<5％时，不进行幅值补偿；
对于电压、电流信号的瞬时采样值进行极性补偿；当三相电压之间、三相电流之间，以及电压与电流之间的极性相同，不进行极性补偿；
所述步骤(2)具体是指：
进行零序电流瞬时值i0(k)的合成，合成值为3倍的i0(k)：
i0(k)＝iA(k)+iB(k)+iC(k)
其中，iA(k)、iB(k)、iC(k)分别为A相、B相、C相电流经过幅值和极性补偿后的采样值；k＝1,2,3……，k为采样点；
进行零序电压u0(k)的合成，合成值为倍的u0(k)：
其中，uA(k)、uB(k)、uC(k)分别为A相、B相、C相电压经过幅值和极性补偿后的采样值；
所述步骤(3)具体是指：对确定电压、电流录波数据进行数字滤波，滤除包含工频量在内的低频量和高频量，具体包括以下步骤：
(3a)将原始数据x[k]先滤除直流分量得到xd[k]：
其中，k＝1,2,......,K，K指的是第k个采样点，K为256或200，256或者200是每个周波的离散采样点的数量；
(3b)再将xd[k]进行带通滤波：
采用IIR数字带通滤波器，通带频率为100Hz<ω<1000Hz，通带内最大纹波为3dB，50Hz时最小衰减30dB，滤波器最长为9个点；
滤波公式为：
其中，k＝1,2,......,K，b、a均为滤波器系数，y为滤波后的数据，超出k＝1,2,......,K范围的xd(k),y(k)在首次使用时，均用0代替；
所述步骤(4)具体是指：
在一个工频周期内，零序电压真有效值UT的计算公式如下：
或者
以周波为单位，比较每个周波的零序电压幅值UT和电压启动门槛，如果大于门槛则进入故障处理程序；
故障启动后，故障起始点kF的确定：从故障启动的前一个周波开始，依次比较零序电压瞬时值，第一个瞬时值幅值>电压启动门槛1.4倍的点，则确定为该次故障启动的起始点；
当连续2个及以上周波的零序电压超过门槛时，确认为接地故障，否则认为暂态扰动；所述门槛为设定的电压的有效值；
暂态扰动的结束为故障启动后的第二个周波，即从第三个周波开始如果再发生零序电压超越门槛，则认为一次新的故障；
所述步骤(5)具体是指：
故障起始时间以故障起始点kF的时间为准；
在确定接地故障发生及故障起始点kF后首先确定故障起始时间；
故障起始时间等于当前时刻减去故障起始点kF到该次采集周波末的时间，再减去采样结束到目前的时间；
所述步骤(6)具体是指：
根据故障启动后下一周波的各相电压工频分量的幅值和相位判断故障相；
当一相电压小于额定电压，另两相电压大于额定电压时，电压降低的相为故障相；
当两相电压小于额定电压，另一相电压大于额定电压时，幅值降低的两相电压中相位超前的相为故障相；
其中，所述额定电压对应输入电压57.5V，所述相位超前的范围在0至180度之间；
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对于确认的接地故障，按周波计算的零序电压幅值低于启动门槛的持续时间超过1分钟，则确定故障结束；
如果在1分钟之内，零序电压再次大于启动门槛，则认为同一次故障；1分钟后，零序电压再次大于启动门槛，则认为一次新的启动；
故障结束点的确定：为最后一次零序电压高于门槛的周波对应的时间，即判定故障结束的周波对应的时间向前退1分钟，所述门槛为设定的电压的有效值。
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