本發(fā)明屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及智能變電站采樣值報(bào)文采樣值(即SV)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)中濾波補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)：

變電站是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，它擔(dān)負(fù)著電能轉(zhuǎn)換和電能重新分配的繁重任務(wù)，對(duì)電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著舉足輕重的作用。智能變電站中，合并單元接收電子式互感器或者合并單元自采模擬量，通過(guò)光纖以太網(wǎng)將采樣值SV報(bào)文傳送給保護(hù)、測(cè)控、PMU等間隔層設(shè)備。為了滿足不同設(shè)備對(duì)采樣值的要求，合并單元采用較高的采樣率，每周波80點(diǎn)，間隔層設(shè)備按自有需求對(duì)接收的SV報(bào)文進(jìn)行處理，比如測(cè)控設(shè)備使用每周波80點(diǎn)數(shù)據(jù)，保護(hù)設(shè)備對(duì)SV報(bào)文進(jìn)行重采樣變?yōu)槊恐懿?4點(diǎn)的采樣值。合并單元的穩(wěn)定性決定了整個(gè)變電站的可靠運(yùn)行，合并單元雖然經(jīng)過(guò)了多輪嚴(yán)格的測(cè)試，由于工作環(huán)境惡劣且技術(shù)成熟度不夠，輸出偶爾丟幀、誤碼，輕則影響到保護(hù)啟動(dòng)或退出，重則可能使保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘。合并單元同時(shí)為了滿足暫態(tài)特性要求，采樣信號(hào)頻帶寬，而保護(hù)測(cè)控對(duì)信號(hào)的采樣頻率和信號(hào)頻帶有一定要求。線路保護(hù)主要關(guān)心信號(hào)的基波分量，需要壓制信號(hào)的三次、五次諧波分量；變壓器保護(hù)需要關(guān)心五次以內(nèi)諧波分量；測(cè)控需要測(cè)量到十三次諧波分量。因此進(jìn)行重采樣插值前需要采用適當(dāng)?shù)臑V波前置算法對(duì)采樣值進(jìn)行濾波處理。濾波算法作為一種加權(quán)平均計(jì)算過(guò)程，會(huì)將異常點(diǎn)展寬，一個(gè)異常點(diǎn)經(jīng)過(guò)濾波后出現(xiàn)一串異常點(diǎn)觸發(fā)保護(hù)啟動(dòng)門檻。

而現(xiàn)有的繼電保護(hù)設(shè)備中，缺乏對(duì)數(shù)字濾波重要性的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有考慮濾波器特性與保護(hù)、測(cè)控類型相關(guān)聯(lián)，對(duì)采樣值異常處理濾波前置處理不當(dāng)，現(xiàn)場(chǎng)頻繁出現(xiàn)由此產(chǎn)生的故障，對(duì)異常點(diǎn)濾波補(bǔ)償成為裝置開發(fā)必要的部分。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種提高智能變電站SV數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)間隔層裝置SV數(shù)據(jù)正確處理，提升數(shù)字化二次設(shè)備的可靠性。

本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案：

一種提高智能變電站采樣值數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償方法，該方法通過(guò)對(duì)采樣值原始隊(duì)列進(jìn)行簡(jiǎn)易拋物線插值對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，為濾波器提供狀態(tài)字有效的采樣值數(shù)據(jù)，濾波 后的數(shù)據(jù)填入采樣值插值隊(duì)列進(jìn)行重采樣拋物線插值；該濾波補(bǔ)償方法包括以下步驟：

(1)數(shù)字化二次設(shè)備接收由合并單元通過(guò)光纖以太網(wǎng)上傳的采樣值SV報(bào)文；

(2)報(bào)文接收處理程序依據(jù)SV報(bào)文中采樣計(jì)數(shù)器smpCnt將當(dāng)前采樣值填入采樣值原始隊(duì)列，判斷接收到的當(dāng)前采樣值數(shù)據(jù)狀態(tài)字是否有效，若有效，進(jìn)入步驟(3)；若無(wú)效，進(jìn)入步驟(6)；

(3)判斷在采樣值原始隊(duì)列中當(dāng)前采樣值和前面相鄰的狀態(tài)字有效的采樣值之間異常點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果異常點(diǎn)數(shù)≤3，則進(jìn)入步驟(4)；否則將濾波后用于插值的采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前數(shù)據(jù)清零、狀態(tài)字置無(wú)效，轉(zhuǎn)入步驟(7)；其中，所述異常點(diǎn)是指采樣值為空，或者采樣值狀態(tài)字無(wú)效；

(4)使用簡(jiǎn)易拋物線插值法對(duì)異常點(diǎn)補(bǔ)償，補(bǔ)償結(jié)果替換原有的采樣值原始隊(duì)列的異常點(diǎn)，并將經(jīng)簡(jiǎn)易拋物線插值法補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)狀態(tài)字置有效，進(jìn)入步驟(5)，同時(shí)將補(bǔ)償后的采樣值原始隊(duì)列傳送測(cè)量控制模塊，供測(cè)控使用；

(5)將采樣值原始隊(duì)列當(dāng)前點(diǎn)作為起始點(diǎn)，向前遞推長(zhǎng)度為濾波階數(shù)的一串?dāng)?shù)據(jù)作為濾波輸入序列，判斷濾波輸入序列中的數(shù)據(jù)狀態(tài)字是否都有效，如都有效，則進(jìn)入步驟(6)；否則將采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前數(shù)據(jù)清零、狀態(tài)字置無(wú)效，轉(zhuǎn)入步驟(7)；

(6)對(duì)判斷有效的濾波輸入序列數(shù)據(jù)進(jìn)行含基波幅值衰減補(bǔ)償FIR數(shù)字濾波，其中FIR濾波系數(shù)均乘以一個(gè)由于濾波器特性帶來(lái)的基波幅值衰減補(bǔ)償值后作為新的濾波系數(shù)，并將濾波后的數(shù)據(jù)填入采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前點(diǎn)，然后進(jìn)入步驟(7)；

(7)對(duì)采樣值插值隊(duì)列數(shù)據(jù)進(jìn)行固定頻率重采樣，重采樣使用拋物線插值法，將使用拋物線插值法重采樣的數(shù)據(jù)傳送保護(hù)模塊。

實(shí)施方式中的簡(jiǎn)易拋物線插值法，異常點(diǎn)補(bǔ)償方法直接采用異常點(diǎn)前后三個(gè)狀態(tài)字有效數(shù)據(jù)乘以固定系數(shù)累加求和，計(jì)算結(jié)果替換對(duì)應(yīng)的異常點(diǎn)。

當(dāng)完成固定頻率重采樣拋物線插值后，本發(fā)明還進(jìn)一步包括，如二次設(shè)備為線路光差保護(hù)，給保護(hù)模塊傳遞的延時(shí)參數(shù)要增加濾波引入的相位延遲。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果是：本發(fā)明提供一種提高智能變電站SV數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償算法，實(shí)現(xiàn)間隔層二次設(shè)備SV數(shù)據(jù)正確處理，提升保護(hù)裝置的可靠性。濾波前對(duì)異常點(diǎn)插值補(bǔ)償方法能有效減少異常點(diǎn)對(duì)保護(hù)的影響，實(shí)現(xiàn)原始報(bào)文自修復(fù)；所選用的FIR濾波算法具有線性相位，通帶紋波系數(shù)小。采樣模塊可以依據(jù)保護(hù)CPU類型取用不同的濾波參數(shù)，提取關(guān)心的頻率分量，消除頻率混疊影響；本方法適合在目前主流嵌入式芯片使用，存儲(chǔ)占用小，CPU消耗少，程序框架清晰。本發(fā)明符合現(xiàn)階段數(shù)字化二次運(yùn)行需求，推廣應(yīng)用可大幅提高數(shù)字繼電保護(hù)采樣裝置的可靠性，保證設(shè)備平穩(wěn)安全運(yùn)行。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明采樣值數(shù)據(jù)隊(duì)列轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖；

圖2為本發(fā)明提高智能變電站SV數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償方法流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)介紹。

圖1為采樣值數(shù)據(jù)隊(duì)列轉(zhuǎn)換關(guān)系示意圖，展示了數(shù)據(jù)隊(duì)列與數(shù)據(jù)處理過(guò)程間關(guān)系。圖2為提高智能變電站SV數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償方法流程示意圖，本申請(qǐng)公開的提高智能變電站采樣值數(shù)據(jù)可靠性的濾波補(bǔ)償方法包括以下步驟：

步驟1：數(shù)字化二次設(shè)備接收由合并單元通過(guò)光纖以太網(wǎng)上傳的采樣值SV報(bào)文。數(shù)據(jù)處理程序需要處理大量的報(bào)文，并且需要為繼電保護(hù)模塊或測(cè)量控制模塊提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)，同時(shí)兼顧內(nèi)存占用，采樣值原始隊(duì)列可以設(shè)定為半周波或整周波數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，本實(shí)施方式中隊(duì)列長(zhǎng)度采用了整周波數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

步驟2：報(bào)文接收處理程序依據(jù)SV報(bào)文中采樣計(jì)數(shù)器smpCnt將當(dāng)前采樣值填入采樣值原始隊(duì)列，如果該smpCnt的SV報(bào)文丟失，對(duì)應(yīng)的采樣值原始隊(duì)列空缺。判斷接收到的當(dāng)前采樣值數(shù)據(jù)狀態(tài)字是否有效，若有效，進(jìn)入步驟3；若無(wú)效，進(jìn)入步驟5。

目前常用的保護(hù)算法為24點(diǎn)采樣率，SV報(bào)文采用的采樣率為每周波80點(diǎn)，需要對(duì)報(bào)文進(jìn)行固定頻率重采樣。同時(shí)為了滿足保護(hù)對(duì)諧波特性的要求，進(jìn)行重采樣插值前需要采用適當(dāng)?shù)臑V波器對(duì)采樣值進(jìn)行濾波處理，濾波算法作為一種加權(quán)平均計(jì)算過(guò)程，會(huì)將異常點(diǎn)展寬，影響到保護(hù)正確判別。所以在進(jìn)行濾波前需要對(duì)異常點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)償，本實(shí)施過(guò)程中的異常點(diǎn)包括沒(méi)有接收到正確的采樣值報(bào)文，采樣值數(shù)據(jù)隊(duì)列對(duì)應(yīng)為位置的采樣值為空，或者接收到的采樣值狀態(tài)字無(wú)效。操作過(guò)程為：當(dāng)處理采樣值原始隊(duì)列當(dāng)前的采樣值時(shí)，將半個(gè)隊(duì)列長(zhǎng)度前的已使用過(guò)的采樣值狀態(tài)字均置位無(wú)效；如果沒(méi)有接收到新的正確報(bào)文，或者接收到的報(bào)文采樣值狀態(tài)字無(wú)效，該位置的數(shù)據(jù)狀態(tài)字仍無(wú)效；再次處理到該位置時(shí)，可以通過(guò)判別數(shù)據(jù)的狀態(tài)字即可識(shí)別出異常點(diǎn)。

步驟3：判斷在采樣值原始隊(duì)列中當(dāng)前采樣值和前面相鄰的狀態(tài)字有效采樣值之間異常點(diǎn)個(gè)數(shù)，如果異常點(diǎn)數(shù)≤3，則進(jìn)入步驟4；否則將采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前數(shù)據(jù)清零、狀態(tài)字置無(wú)效，轉(zhuǎn)入步驟7。

步驟4：異常點(diǎn)補(bǔ)點(diǎn)采用一種簡(jiǎn)易拋物線插值法。完整的拋物線插值算法如下：

其中：x₀、x₁、x₂為接收采樣值絕對(duì)時(shí)標(biāo)，

y₀、y₁、y₂為接收采樣值，

x為插值計(jì)算的絕對(duì)時(shí)標(biāo)，

y_(x)為插值計(jì)算結(jié)果。

對(duì)于采樣值數(shù)據(jù)，橫坐標(biāo)x為時(shí)間。SV發(fā)送間隔近似為250us，即x0，x1，xt1，xt2，xt3，x3間差均為250us的整數(shù)倍；且補(bǔ)點(diǎn)過(guò)程中，當(dāng)前點(diǎn)是有效的，當(dāng)前點(diǎn)之前有1到3個(gè)異常點(diǎn)，異常點(diǎn)之前又是有效的數(shù)據(jù)點(diǎn)。帶入插值公式，可以將插值公式進(jìn)行簡(jiǎn)化，如下表所示。特定的異常點(diǎn)類型，插值系數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄏ禂?shù)，無(wú)需頻繁進(jìn)行插值系數(shù)計(jì)算，使用簡(jiǎn)化的插值公式取代完整的拋物線插值公式，節(jié)省系統(tǒng)開銷，精度也可以滿足系統(tǒng)要求，運(yùn)算結(jié)果直接替換原有的采樣值原始隊(duì)列的異常點(diǎn)，并將數(shù)據(jù)狀態(tài)字置有效。

●——有效點(diǎn)○——異常點(diǎn)

采樣值原始隊(duì)列3個(gè)點(diǎn)及以內(nèi)異常點(diǎn)補(bǔ)點(diǎn)，此時(shí)補(bǔ)點(diǎn)的精度較高；出現(xiàn)4個(gè)異常點(diǎn)時(shí)，此時(shí)補(bǔ)點(diǎn)的精度較差，且80到24點(diǎn)重采樣內(nèi)插值算法已經(jīng)給繼電保護(hù)模塊一個(gè)無(wú)效點(diǎn)，繼電保護(hù)模塊可以進(jìn)入短期閉鎖。所以不采用補(bǔ)點(diǎn)，不進(jìn)行濾波，采樣值 插值隊(duì)列數(shù)據(jù)清零、狀態(tài)字置無(wú)效，重采樣插值產(chǎn)生無(wú)效點(diǎn)保護(hù)閉鎖。

步驟5：再次核驗(yàn)濾波輸入序列的數(shù)據(jù)狀態(tài)字均有效，如是，進(jìn)入步驟6進(jìn)行濾波計(jì)算；否則將采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前數(shù)據(jù)清零、狀態(tài)字置無(wú)效，轉(zhuǎn)入步驟7。步驟5能保證連續(xù)出現(xiàn)4個(gè)異常點(diǎn)后濾波器平滑退出，保護(hù)閉鎖，同時(shí)狀態(tài)字有效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)重新填滿濾波輸入序列后重啟濾波，保護(hù)恢復(fù)。

步驟6：進(jìn)行濾波計(jì)算，本發(fā)明采用FIR濾波算法，相對(duì)IIR濾波算法，具有線性相位，并能有效降低現(xiàn)場(chǎng)偶發(fā)生的異常大數(shù)對(duì)保護(hù)的影響。FIR濾波基于一定長(zhǎng)度的原始連續(xù)數(shù)據(jù)，即必須有一定長(zhǎng)度的濾波輸入序列，以采樣值原始隊(duì)列當(dāng)前點(diǎn)為序列起始點(diǎn)，向前遞推序列長(zhǎng)度為濾波階數(shù)的一串?dāng)?shù)據(jù)。本實(shí)施方式中FIR計(jì)算公式如下：

其中：Y為濾波前原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，

h為含基波幅值衰減補(bǔ)償?shù)臑V波器系數(shù)，

N為濾波器階數(shù)，

n為計(jì)算點(diǎn)，

Yc為濾波后計(jì)算結(jié)果。

濾波特性與濾波階數(shù)相關(guān)，濾波階數(shù)高，濾波特性較好，但會(huì)帶來(lái)高相位延遲，同時(shí)計(jì)算量升高。延遲相位與濾波器階數(shù)n成正比，與采樣頻率fs成反比。繼電保護(hù)的速動(dòng)性要求延時(shí)較小，所以在選擇濾波器時(shí)，需要綜合考慮速度和性能。同時(shí)也需要降低濾波器通帶紋波和減小間斷點(diǎn)的吉布斯(Gibbs)現(xiàn)象，在采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)時(shí)要反復(fù)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，選擇合適的濾波器模型。另外由于通帶紋波的影響，經(jīng)過(guò)濾波后基波會(huì)產(chǎn)生幅值失真，直接使用原始的濾波系數(shù)基波會(huì)產(chǎn)生衰減，如濾波后進(jìn)行衰減補(bǔ)償需要額外增加計(jì)算量，本實(shí)施中，濾波系數(shù)在程序中作為常數(shù)，直接使用FIR濾波系數(shù)乘以基波幅值衰減補(bǔ)償值后作為新的濾波系數(shù)。

對(duì)于不同的保護(hù)，濾波模型不同，本發(fā)明使用的線路保護(hù)和元件保護(hù)模型如下，數(shù)據(jù)處理模塊依據(jù)保護(hù)模塊下發(fā)的型號(hào)類型選擇不同的濾波器模型。

濾波計(jì)算結(jié)果填入采樣值插值隊(duì)列當(dāng)前點(diǎn)，狀態(tài)字透?jìng)鳌?/p>

步驟7：采樣值插值隊(duì)列的數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足保護(hù)諧波特性要求，繼電保護(hù)模塊采用每周波24點(diǎn)，SV原始報(bào)文為每周波80，此時(shí)需要采用固定頻率重采樣拋物線插值實(shí)現(xiàn)80點(diǎn)到24點(diǎn)轉(zhuǎn)換，相當(dāng)于3個(gè)點(diǎn)插值產(chǎn)生1個(gè)點(diǎn)。為了保證數(shù)據(jù)精度，采用數(shù)據(jù)內(nèi)插的方法，挑選插值時(shí)標(biāo)前后相鄰的5點(diǎn)數(shù)據(jù)，取3點(diǎn)狀態(tài)字有效數(shù)據(jù)，插值系數(shù)通過(guò)有效數(shù)據(jù)的絕對(duì)時(shí)標(biāo)計(jì)算，若5點(diǎn)數(shù)據(jù)無(wú)3點(diǎn)狀態(tài)字有效數(shù)據(jù)，不進(jìn)行插值，給保護(hù)的數(shù)據(jù)為零，狀態(tài)字無(wú)效。