一种模板划分的录波数据压缩与解压方法及系统与流程

本发明涉及电力系统故障录波领域，特别是一种模板划分的录波数据压缩与解压方法。

背景技术：

1、如今电能质量问题日益突出，对电力系统故障的诊断和分析显得尤为重要，而故障录波作为电力系统故障诊断和分析的重要依据，存储庞大录波数据的技术成为一个重要的研究课题。在有限的存储空间内，存储尽可能多的有效信息，不仅可以减少设备存储空间不足的顾虑，还可以降低设备维护成本。现有的录波存储技术包括，基于转换的压缩技术，该技术压缩速度快、压缩率高，但是需要进行dft计算，压缩成本较高；基于预测的压缩技术，当有连续数据中的高度相关的样本点，可以实现高效压缩，但是预测参数的选择过于复杂；基于字典编码的压缩技术，该技术压缩速度快、压缩率高、压缩稳定，但是实现复杂且需要较大的空间存储字典表；基于小波变化的压缩技术，具有压缩速度快且易于实现的优点，但是对于不同的信号需要不同的小波基函数，计算成本较高。在录波存储技术方面，已经有很多研究者做了许多工作，不断地推动着技术进步，但是仍存在一些问题，主要表现为：压缩算法的计算开销大，这将导致压缩算法的实时性降低。对压缩算法的参数选择需要较高的专业知识，普通用户难以调整压缩参数。压缩算法解压效率低，解压时需要进行额外的计算，导致解压时间延长，增加数据传输的延时。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明所要解决的问题是：压缩算法解压效率低，解压时需要进行额外的计算，导致解压时间延长，增加数据传输的延时。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其包括，设置录波参数以及记录阈值，采集采样数据；计算采样数据与模板库中模板的欧氏距离；创建新模板，进行波形匹配，对录波文件进行读取。

5、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述录波参数以及记录阈值包括，根据录波设备的采样点数以及需要，设置录波参数以及记录阈值。

6、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述采样数据与模板库中模板的欧氏距离表示为，

7、

8、其中，ρ为采样数据与模板库中模板的欧氏距离，x1，x2为采样点数，y2是当前采集到的电压值，y1是模板的电压值。

9、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述采样数据与模板库中模板的欧氏距离还包括，在模板匹配的过程中，进行点对点的比对，当出现大的尖峰或者干扰时，保证波形具有高的还原度，计算方式表示为，

10、

11、其中，d为当前采集到的电压值与模板电压值的欧式距离。

12、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述新模板还包括，当计算的欧式距离大于记录阈值时，创建新模板，所述阈值的计算方式为，

13、

14、其中，vram为原始电压值，为一种表明相似度的指标。

15、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述相似度的指标包括，根据背景噪声的特性设定值；

16、背景噪声表示为，

17、

18、其中，h(z)是背景噪声的系统函数，a、b是时间序列模型的系数，a(z)、b(z)为a、b在z域的表示，p、q分别为时间序列模型x(n)、ω(n)的边界，i表示时间序列的下标；

19、时间序列模型表示为：

20、x(n)+a1x(n-1)+…+apx(n-p)＝ω(n)+b1ω(n-1)+…+bqω(n-q)

21、其中，ω(n)是一个均值为0，方差为2的高斯白噪声；

22、若背景噪声的幅度小，则视为平稳随机过程，在参数设置时将实际波形代入系统函数中得到噪声波形fnosie(x)，并设置参数表示为，

23、

24、若背景噪声的幅度大，在进行在录波时创建随机脉冲模板，判断随机脉冲噪声出现原因，其middleton a类模型的概率密度函数的代数式表示为，

25、

26、设置参数表示为，

27、

28、其中，x为随机变量的取值，k为时间序列，vmid表示脉冲幅度的中值，vtemp为前一个模板电压值，σ表示模型当中高斯噪声的平均功率与随机脉冲噪声的平均功率之和，γ是高斯脉功率比，表示高斯噪声和随机脉冲噪声分量的比值，a是脉冲重叠指数，是由脉冲的个数与单个冲激出现时间相乘得到，a∈[0.01，1]。

29、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的一种优选方案，其中：所述波形匹配包括，对波形中的每一点与模板进行映射对比，对比的方式为，

30、ρ≥λ且ρ≥10-5

31、若满足创建模板的条件，则将为模板分配一个内存空间，并开始记录模板重复次数，若不满足创建模板的条件，则当前模板次数加一，并更新模板信息，回到采集信号进行重复操作；所述对录波文件进行读取包括，按照顺序从模板库中提取出波形和重复次数，将对应的模板重复相应的次数。

32、本发明的另外一个目的是提供一种模板划分的录波数据压缩与解压方法的系统，其能通过构建数据处理和波形展示系统，对录波文件进行读取和展示。

33、作为本发明所述一种模板划分的录波数据压缩与解压系统的一种优选方案，其中：包括，数据采集模块，数据处理模块，显示模块；所述数据采集模块用于采集录波数据；所述数据处理模块用于对采集到的数据进行处理，计算采样数据与模板库中模板的欧氏距离，并创建新模板进行波形匹配，同时实时监测背景噪声的特性并根据其幅度大小选择对应的模型进行处理；所述显示模块用于展示处理后的数据和相关信息，以便用户进行分析和决策。

34、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。

35、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。

36、本发明有益效果为该方法通过分析在长时间录波过程中，各波形之间的相似度关系，建立一个有序波形模板库，能够在保证不错过关键信息的情况下，快速压缩。同时在进行解压的过程中，只需要按顺序将模板进行拼接，可以高效解压出原始波形而无需复杂的计算。

技术特征：

1.一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：包括，

2.如权利要求1所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述录波参数以及记录阈值包括，根据录波设备的采样点数以及需要，设置录波参数以及记录阈值。

3.如权利要求2所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述采样数据与模板库中模板的欧氏距离表示为，

4.如权利要求3所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述采样数据与模板库中模板的欧氏距离还包括，在模板匹配的过程中，进行点对点的比对，当出现大的尖峰或者干扰时，保证波形具有高的还原度，计算方式表示为，

5.如权利要求4所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述新模板包括，当计算的欧式距离大于记录阈值时，创建新模板，所述阈值的计算方式为，

6.如权利要求5所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述相似度的指标包括，根据背景噪声的特性设定值；

7.如权利要求6所述的一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，其特征在于：所述波形匹配包括，对波形中的每一点与模板进行映射对比，对比的方式为，

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的一种采用模板划分的录波数据压缩与解压方法的系统，其特征在于：包括，数据采集模块，数据处理模块，显示模块；

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种模板划分的录波数据压缩与解压方法，涉及电力系统故障录波领域，包括设置录波参数以及记录阈值，采集采样数据；计算采样数据与模板库中模板的欧氏距离；创建新模板，进行波形匹配，对录波文件进行读取。在录波存储的过程中，大量相似的数据被重复的存储，导致内存占用过多、分析复杂等问题。为了降低录波存储过程中消耗的存储空间，并减少压缩过程中的计算量，同时能够简单高效的进行解压。该方法通过分析在长时间录波过程中，各波形之间的相似度关系，建立一个有序波形模板库，能够在保证不错过关键信息的情况下，快速压缩。同时在进行解压的过程中，只需要按顺序将模板进行拼接，可以高效解压出原始波形而无需复杂的计算。

技术研发人员：朱勇,陶用伟,李泽群,王常沛,徐坤,张韵,王泽芬,刘岑俐,丁志敏,陈愿米,陈舸,肖彬,沈祖涛,周斌,杨晓燕,黄琼,王秀境,滕阳,任小诚,周西南,吴应双,范俊秋,郝丽萍,姚璐,王婵,时敏,王瑞祥,王雨,龙夫,薛严,杨键,吴秋君,蒋进芳,袁光沧,肖浩宇,潘云,陈琳,苏华英,王国松,王寅,姚刚,戴雯菊,曹杰,陈锐,汪明清,田年杰,代江,姜有泉,王融融,张俨,蒲清昕,廖玉琼,梁颢馨,舒晓晴,唐洁瑶,杨名雯,陈龙,付麟淞,张正雄,程萍锐,顾本洪,陶国昌,曾泓霖,杨瑞,张淳珍,潘平路,罗晶,尚晓霞,潘光俐,袁一方,杨胜仙,龙安州,黄才云,王月阳,谭宏晓雅,陈成,龙邦江,叶朝政,潘智遥,潘承超,陈麒宇
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15