一种用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法与流程

本发明属于互联电网技术领域，尤其涉及一种用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法。

背景技术：

互联电网，是将电力系统进行互联，实现一定范围内电力资源的优化配置。在互联电网中，由于组成互联电网的电力系统的动态特性，使得互联电网中存在电力系统的动态安全稳定问题。电力系统同步测量系统(wide-areameasurementsystem，wams)的出现为解决大电网动态安全稳定问题提供了极为有利的数据基础。但是，随着互联电网的规模越来越大，同步测量数据的量越来越大，爆发式增加的数据量成为了限制同步测量系统进一步发展和应用的瓶颈。

电力系统同步测量系统中，其中一个关键技术是数据压缩。现有技术中，相关专家提出了相关数据压缩算法对电流和电压同步相量数据压缩方法进行改进。专利号为201210044972.1的中国专利，提出了一种适用于电力系统终端设备的实时数据压缩通信方法，通过电力系统测量终端依次计算并判断持续未上传数据时间是否超过极限上传时间及各量测量的变化速率是否超过设定的最大变化速率，根据判断结果决定上传新一批数据或上传空数据包，然后通过电力数据服务器判断是否通信有效，若有效则判定是否接收到新数据。专利号为201210425494.9的中国专利提出了一种适用于广域测量系统的数据压缩通信方法，通过融合对比广域测量系统的最大传输间隔的超时条件、衡量电力系统状态数据的测量值容许误差大小的过滤条件和衡量电力系统状态数据的测量值变化速率容许的误差大小的压缩条件，依次通过超时、过滤、压缩条件判断是否发送数据，从而实现实时数据压缩通信。另外，也有专家提出旋转门压缩算法。

上述同步相量数据压缩方法存在以下两方面问题。

一方面，同步相量数据压缩方法通常需要很大的数据窗以提供足够多的有效信息并进一步实现数据压缩，而在相量测量终端上进行同步相量数据测量时，同步相量数据的上传间隔通常在十到几百毫秒之间；当同步测量的数据出现剧增时，在相量测量终端不可能积攒分钟级的数据窗供数据压缩使用，从而无法进行数据压缩。因此，以基于小波变换的数据压缩，基于主成分分析方法的数据压缩均需要非常大的数据窗，通常超过180秒以上，这种非常大的数据窗导致这些方法不能用于实时的数据压缩。

另一方面，针对同步相量的数据压缩方法是基于实数域的，必须将一个相量的幅值和相位数据序列分别考虑，首先将相量数据分为幅值和相量两部分，然后分别进行相量幅值和相量相位的压缩，直到需要对压缩数据进行恢复重建时再将重建的相量幅值和相量相位重新一一对应；这种方法会导致原本具有严格物理意义的两个量被强制分别处理而难以保持原有的一一对应关系，从而在数据压缩导致的误差之外会产生额外的误差，影响测量精度。

技术实现要素：

为了提高互联电网同步相量测量中的数据压缩速率，克服测量精度低的问题，本发明提供一种用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法，所述数据压缩方法所使用的数据窗长度随实际应用需求调整，同时，相量的幅值和相位在复数域进行处理，从而保证相量的幅值和相位在数据压缩过程中始终保持一一对应，降低数据重建时的误差，同时有效保留数据序列的时序性。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明提供了一种用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，计算数据时间判定条件；

步骤s2，判断超时条件，若判定为超时，则执行步骤s5，否则，执行步骤s3；

步骤s3，计算相量压缩判定条件；

步骤s4，判断是否满足相量压缩判定条件，若满足相量压缩判定条件，则执行步骤s6，否则执行步骤s5；

步骤s5，保留数据压缩后的一个相量数据点，并对下一次数据压缩判定进行初始化，转入步骤s1；

步骤s6，不保留任何数据，对下一次数据压缩判定进行初始化，转入步骤s1。

进一步地，所述步骤s1之前还包括：获得一个新的相量数据其中，的模为vn，幅角为αn。

进一步地，所述步骤s1计算数据时间判定条件为持续未保留相量数据的时间dt，具体计算为：根据的时标tn和最近一次数据压缩保留的相量数据的时标ts计算，且dt＝tn-ts。

进一步地，所述步骤s2判断超时条件，具体为：比较dt与tmax，若dt＜tmax则判定为不超时；若dt≥tmax则判定为超时；其中，所述tmax为设定的两个同步相量数据的最大传输间隔。

进一步地，所述步骤s3中计算相量压缩判定条件具体为：

计算

且，

其中，为与之间的其他相量数据点的判定条件，相量的模为vs，幅角为αs，，相量的模为vc,i，幅角为αc,i，对应时标为ti，且s＜i＜n。

进一步地，所述步骤s4中判断是否满足相量压缩判定条件具体为：

判断所有是否都满足

其中，相量为与之间的其他相量数据点，的模为vi，幅角为αi；对应时标与相同，为ti，s＜i＜n。

进一步地，所述步骤s5初始化过程进一步为：

保留相量的模为vi，幅角为αi，即为数据压缩后保留的一个相量数据点，先执行后执行最后发送

进一步地，所述步骤s6初始化过程进一步为：令

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法，所使用的数据窗长度可由随实际应用需求调整，数据窗长度通常可取为20毫秒至1秒，相比与其他数据压缩方法分钟级的数据窗长度具有显著优势；所使用的数据压缩判据将相量的幅值和相位一一对应地同时处理，在数据压缩过程中，相量的幅值和相位保留与否始终是一一对应的，保证了相量数据的完整性及其严谨的物理含义；相量的幅值和相位在复数域进行处理将有效避免两者分别处理时的误差在数据重建时进一步导致误差的问题，相比于分别对相量的幅值和相位在实数域进行数据压缩方法，降低了数据重建时的误差；相比与实数域主成分分析方法，由于相量的相位信息已经包含了时序信息，相量主成分分析方法克服了传统实数域主成分分析方法必然忽略数据时序性的缺点，有效保留了数据序列的时序性，可以用于相量测量终端的实时数据压缩中。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例提供了一种用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法。

首先对本实施例中出现的变量进行定义或解释如下：

电力系统同步相量数据测量中，电压和电流相量由幅值与相位组成；

当前正在处理的新相量数据为的模为vn，幅角为αn，即最近一次数据压缩保留的相量数据为的模为vs，幅角为αs，即当前正在处理的新相量数据的前一时刻的相量数据为的模为vp，幅角为αp，即这些相量分别对应时标tn，ts，tp。

综合矢量误差(totalvectorerror,tve),结合了幅值误差和相角误差，是对相量误差的综合衡量。tve的定义为:

式中，etve为tve的值，xr为相量的实部，xi为相量的虚部，xr′和xi′分别为xr和xi的理论值，xr(n)和xi(n)分别为xr和xi的理论值。

tve考虑了所有的误差源，例如时间、频率、相角、幅值等误差，因此tve是对pmu测量数据的综合评价。从ieeec37.118标准可知，在满足etve＝1％的要求下，当相角误差为0°时，幅值的最大允许误差为1％，当幅值误差为0时，相角的最大允许误差为0.573°。

用于判断相量数据是否被保留的阈值有etve和tmax，etve为计算数据压缩条件的tve值，tmax为设定的两个同步相量数据的最大传输间隔以保证数据的连续性；etve和tmax的取值由实际需求设定，不同电压等级、母线的电压相量或电流相量的etve和tmax的取值不同。越小的etve和tmax的取值对应更高的压缩数据重建精度，但将导致压缩率降低。

本实施例在相量测量终端实现同步相量数据的实时压缩，在确定需要保留的数据点后，该数据点可以根据实际需求选择相应的后续处理方式，如上传或在本地保存。

图1所示为本实施例所述用于同步相量数据测量的实时数据压缩方法流程示意图。如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，计算数据时间判定条件。

在本步骤中计算数据时间判定条件之前，还包括：相量测量单元获得一个新的相量数据的模为vn，幅角为αn。

根据的时标tn和最近一次数据压缩保留的相量数据的时标ts计算持续未保留相量数据的时间dt，且dt＝tn-ts，将dt设定为数据时间判定条件。

步骤s2，判断超时条件：若判定为超时，则执行步骤s5，否则，执行步骤s3。

本步骤中，所述判断超时条件，具体为，比较dt与tmax，若dt＜tmax，则判定为不超时，执行步骤s3；若dt≥tmax则判定为超时，执行步骤s5。其中，所述tmax为设定的两个同步相量数据的最大传输间隔。这里的最大传输间隔可以根据实际需要进行设定。

步骤s3，计算相量压缩判定条件。

本步骤中，所述计算相量压缩判定条件具体为：

计算

且，

其中，为与之间的其他相量数据点的判定条件，相量的模为vs，幅角为αs，，相量的模为vc,i，幅角为αc,i，对应时标为ti，且s＜i＜n。

步骤s4，判断是否满足相量压缩判定条件，若满足相量压缩判定条件，则执行步骤s6，否则执行步骤s5。

所述判断是否满足相量压缩判定条件具体为：

判断所有是否都满足

其中，相量为与之间的其他相量数据点，的模为vi，幅角为αi；对应时标与相同，为ti，s＜i＜n。

本步骤中，对处于与之间的其他相量数据点逐个地按所述步骤s3计算所述相量压缩判定条件，得到若所有都能使成立，则执行步骤s6；若存在一个使不成立，执行步骤s5。步骤s5，保留数据压缩后的一个相量数据点，并对下一次数据压缩判定进行初始化，转入步骤s1。

本步骤中，保留即为数据压缩后保留的一个相量数据点，并对下一次数据压缩判定进行初始化，先执行后执行最后发送随后进入下一次数据压缩操作，执行步骤s1。

步骤s6，不保留任何数据，对下一次数据压缩判定进行初始化，转入步骤s1。

本步骤中，进一步为，不保留任何数据，对下一次数据压缩判定进行初始化，随后进入下一次数据压缩操作，执行步骤s1。

由以上技术方案可以看出，本实施例中的数据压缩操作所使用的数据窗长度可由随实际应用需求调整，数据窗长度通常可取为20毫秒至1秒，相比与其他数据压缩方法分钟级的数据窗长度具有显著优势；所使用的数据压缩判据将相量的幅值和相位一一对应地同时处理，在数据压缩过程中，相量的幅值和相位保留与否始终是一一对应的，保证了相量数据的完整性及其严谨的物理含义；相量的幅值和相位在复数域进行处理将有效避免两者分别处理时的误差在数据重建时进一步导致误差的问题，相比于分别对相量的幅值和相位在实数域进行数据压缩方法，降低了数据重建时的误差；相比于实数域主成分分析方法，由于相量的相位信息已经包含了时序信息，相量主成分分析方法克服了传统实数域主成分分析方法必然忽略数据时序性的缺点，有效保留了数据序列的时序性，可以用于相量测量终端的实时数据压缩中。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的部件可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的部件可以合并为一个部件，也可以进一步拆分成多个子部件。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。