专利名称：一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法
技术领域：
本发明属于电力系统自动化装置采样技术领域，尤其是一种用于数字化 继电保护装置的自适应重采样方法。
背景技术：
变电站是电力输送系统中重要的一个环节，通过电压的变换可有效的降低 电力在输送过程中的损耗，并将较高的电压变换为工业用电或民用电。在变电 站中，监控设备实时的对现场的工作数据进行采集，根据这些数据进行综合分 析判断，最后按照事先预设的保护规则发出控制指令，这些控制指令被输送至 各保护装置以实现现场工作设备的切除、自投或者报警等保护动作。其中较常 见的保护装置就是电磁式互感器，包括电流互感器和电压互感器，该两种设备 可以对电缆上的电流、电压信号进行采样并传输至监控设备。随着变电站的相 关技术的发展，近几年来国内有大批的数字化变电站投入了运行，在这些数字 化变电站中，新型的以电子式互感器为核心的数字化继电保护装置正逐渐取代 了现有的以电磁式互感器为核心的传统保护装置，这些数字化继电保护装置与 常规继电保护相比，最大的差别是在数据的采样环节和开关量的输入、输出环 节。数据采样环节由原来的通过电缆的交流信号输入变为通过光纤的数字信号 输入，跳闸信号也通过光纤以太网进行传输。在数据采样环节，光纤输入与交 流输入主要存在以下几点差异1.光纤输入数据的采样率与常规保护采样率之 间存在差异；2.光纤输入的数据报文时间间隔与常规保护采样间隔存在差异； 3.光纤通讯存在误码或中断的可能，可能造成采样数据丢失；4.相比常规AD采 样，数字采样存在一定的延时。由上述差异可知，如果不能消除光纤输入与常 规AD采样的差异，就必须修改现有常规继电保护装置成熟的保护原理与处理方 法，从而增加数字化继电保护装置研发与维护的工作量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供消除采用光纤输入的数字 化继电保护装置与采用模拟信号输入的常规继电保护装置在釆样环节上差异的 自适应重采样方法，从而能在数字化继电保护装置中沿用现有常规继电保护装 置成熟的保护原理的一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的
一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法，该方法包括以下过
程a)初始化过程
① 从电子式互感器合并单元发送的数据报文中获取采样率s与每一帧
所包含的ASDU的个数N;
② 根据采样率计算出每两个采样点之间的时间间隔L;
③ 根据采样率和ASDU的个数计算出电子式互感器合并单元数据报文 的发送时间间隔TK;
④ 根据常规继电保护装置的采样率计算出采样中断的时间间隔Tk ,同 时计算采样时延Ty;
(2) 电子式互感器合并单元数据报文的接收过程
① 自动接收电子式互感器合并单元按时间间隔Td发送的数据报文；
② 校验所接收数据的有效性，若有效则将数据转存到循环缓存中，并 记录该数据报文的接收时间T,，若无效，不做任何处理；
③ 自动重复步骤① 步骤②；
(3) 重采样过程
① 该重采样过程由定时器自动触发，触发时首先记录触发时间T"计 算该触发时间T。与最近一次Tj之间的差值T，并进行比较，比较过程如下
当Ty〈T〈2Ty时，利用最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外 插出本次中断的重采样值并存储在重采样缓存中； 当T〉2Ty时，将本次中断的重采样值置零；
当T〈T,时，计算X二Ty-T.+T」的结果，査找X对应的循环缓存中存储的数 据，验证X对应时间点的前一个数据至循环缓存中最新数据的整体连续性， 当整体连续时，将X对应时间点的前一个数据和后一个数据进行线性插值 运算，并将结果作为本次中断的重采样值存储在重采样缓存中；当整体不 连续时，利用最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外插出本次中 断的重采样值并存储在重采样缓存中；
② 按定时器预设的时间间隔自动重复步骤① 步骤②。 而且，所述的初始化过程中的Td=20ms/S ， T,NX20ms/S ， Tk 二20ms/
模拟信号输入的微机式继电保护装置采样率，T,的定义为 厂Tk ，当T,L时
LMXTk ， M为使MXL大于Tg的最小整数，当L〈几时。 本发明的优点和有益效果为
l.本重采样方法消除了数字化继电保护装置与常规继电保护装置在采样环 节上的差异，能最大限度的沿用现有的常规继电保护原理与处理方法。针对常
5规继电保护装置程序而言，只要修改采样部分，其它程序基本上可以不用改变
而直接使用，从而縮短了研发周期，同时减少了BUG引入的可能性。
2. 本重采样方法能自动适应不用采样率与不同ASDU个数的数据报文，避免 了不同生产厂家装置在互换时需要修改电子式互感器合并单元配置的问题。
3. 本重采样方法能实时监测光纤的通讯状态，能在2 3个采样中断的时 间间隔内发现通讯中断。
4. 本重采样方法通过三角插值的方法对重采样值进行调整，能有效的处理 数据丢包的问题，减小通讯异常对重采样的影响。
5. 本发明为以电子式互感器合并单元为核心的数字化继电保护装置提供了 一种自适应的重采样方法，主要采用重采样与外插值的方法来解决采样率不一 致、采样间隔不一致以及通讯异常造成的数据丢失等问题，同时数据采集的过 程满足常规继电保护原理与处理方法要求，节省了用户成本，提高了与现有设 备的兼容性。
图1应用实施例中的重采样方法的数据分析示意图。
具体实施例方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是 描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法，包括三个过程，分别 为(l)初始化过程，该过程主要从装置上电后接收到的第一帧电子式互感器 合并单元输入采样数据报文提取电子式互感器合并单元采样率以及每一帧中 ASDU (应用服务数据单元)的个数，然后计算出重采样的采样时延以及每两个 采样点之间的时间间隔；(2)电子式互感器合并单元数据报文的接收过程，该 过程由网络数据接收中断触发，主要实现报文有效性校验，触发时间记录以及 数据转存等；(3)重采样过程，该过程由定时器触发，主要根据电子式互感器合 并单元的数据报文的接收情况进行重采样。下面结合附图，分别对三个过程 的工作流程进行描述。
l.初始化过程包括以下步骤
(1) 从电子式互感器合并单元发送的数据报文中获取采样率S与每一帧 所包含的ASDU的个数N，其中S在数字化设备中表示每个工频周期中采 样点数量。
(2) 根据采样率计算出每两个采样点之间的时间间隔Td ，计算公式为 L二20ms/S。
(3) 根据采样率和ASDU的个数计算出电子式互感器合并单元数据报文 的发送时间间隔L ，计算公式为TK=NX20ms/S 。
6(4)根据常规继电保护装置的采样率计算出采样中断的时间间隔Tk，同 时计算采样时延Ty其中各变量的定义为
Tk 二20ms/模拟信号输入的微机式继电保护装置采样率，其中的模拟输 入的微机式继电保护装置可以是常规的超高压线路成套保护装置等设备， 一般其采样率为20、 24或48等。 一 Tk ，当T》Tg时
《
MXTk ， M为使MXTk大于L的最小整数，当Tk〈TJ寸。 上述各变量存储备用。
2.电子式互感器合并单元数据报文的接收过程包括以下步骤
(1) 自动接收电子式互感器合并单元按时间间隔Td发送的数据报文，将 该数据报文的接收时间T」记录在临时变量中；
(2) 对采样数据报文的检验和、识别码及一些标准的数据位上的数值进行分 析判断，确定该采样数据报文的有效性。
数据有效
将数据按照时间先后顺序转存到循环缓存中，最新的数据放置在离当 前指针最近的位置，同时将记录该数据报文的接收时间T,，转存到全局变 量中，作为最近一次电子式互感器合并单元数据报文的接收时间；
数据无效
直接退出本次数据报文的接收过程；
(3) 自动重复步骤① 步骤②；
3.重采样过程包括以下步骤
(1) 该重采样过程由定时器自动触发，触发时首先记录触发时间L ;
(2) 计算该触发时间T。与最近一次Tj之间的差值T，并进行比较，比较
过程如下
当Ty〈T〈2Ty时，认为通讯存在异常，可能最近有数据报文丢失，并利 用最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外插出本次中断的重采样 值并存储在重采样缓存中；
当T〉2Ty时，认为通讯中断，并置通讯异常标志，将本次中断的重采 样值置零；
当T〈Ty时，计算X二T「T。+Tj的结果，查找X对应的循环缓存中存储的数 据，验证X对应时间点的前一个数据至循环缓存中最新数据的整体连续性，当整体连续时，认为接收的电子式互感器合并单元数据报文正常，将x对
应时间点的前一个数据和后一个数据进行线性插值运算，并将结果作为本
次中断的重采样值存储在重采样缓存中；当整体不连续时，认为电子式互 感器合并单元数据报文丢失，利用最近三次重采样获得的重采样值进行三 角插值外插出本次中断的重采样值并存储在重采样缓存中； (2)按定时器预设的时间间隔自动重复步骤① 步骤②。
应用实施例
本中应用重采样方法的数据分析示意图如图1所示，A和B表示发生重采 样中断的时刻，1、 2和3表示电子式互感器合并单元发送数据报文的时刻。 本例中初始化过程中，各变量的计算结果为
电子式互感器合并单元发送的数据报文中获取采样率S二200点/工频 周期，每一帧所包含的ASDU的个数5，每两个采样点之间的时间间隔L =20ms/S=0. lms，电子式互感器合并单元数据报文的发送时间间隔TK=NX 20mS/S=0.5ms ，采样中断的时间间隔T^20ms/模拟信号输入的微机式继电 保护装置采样率二20ms/24i. 833ms,采样时延Ty=Tk=0. 833ms (Tk〉Tfi)，上述 各变量计算完毕后存储备用。
本例以图4中的B重采样中断为例，当B中断触发时，首先记录下B中断 触发时刻1.667ms;然后査找最近一次电子式互感器合并单元发送数据报文的时 刻，若3报文接收无误，则其值为1.5ms。计算出两者之间的差值为O. 167ms， 该差值符合T〈Ty ，如区间③所示。用采样时延0.833ms减去B中断触发时刻 1.667ms，再加上最近一次数据报文接收时间1.5ms，计算结果为0.666ms，因 为存放电子式互感器合并单元数据报文的循环缓存中每两个点之间的时间间隔 为O. lms，所以对应査找时间轴上的时刻0.833ms，当前中断所对应的采样点落 在循环缓存中第7个点与第8个点之间(如区间①所示)，正好在A重采样中断 处(如⑥所示)。如果第8个点到第1个点(与B中断时刻最接近的最新点的数 据)的数据整体连续时，利用第7个点的值与第8个点的值通过线性插值就可 以得到B中断的重采样值，当第8个点到第1个点的数据整体不连续时，利用 最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外插出本次中断的重采样值 并存储在重采样缓存中。
若3号报文接收有误(未收到或收到的数据有错误)，而2号报文接收无误， 仍然符合T〈Ty的处理方式，通过以上方法也可以得到B中断的重采样值，而不 会收到数据报文丢失的任何影响。若2号、3号报文均接收有误，符合Ty〈T〈2T 的处理方式，则认为通讯异常，采样前三次中断时获得的重采样值通过三角差 值外插出B中断时刻的重采样值。若1号，2号，3号报文均接收有误，符合
8，此时认为通讯中断，对当前中断所对应的重采样点的值用 零值填充。若1号，3号报文接收无误，而2号报文接收有误，则在采样点连 续性检查时会检测到循环缓存中的数据不连续，从而采样前三次中断时获得的 重采样值通过三角插值外插出B中断时刻的重采样值。 图4中其它标记的说明如下
②表示当3号报文接收无误时，重采样点的搜索路径。区间④表示示当3 号报文接收有误而2号报文接收无误时，最近一次数据报文接收与采样中断触 发之间的时间差。⑤表示当3号报文接收有误而2号报文接收无误时，重采样 点的搜索路径。⑦表示循环缓存中最新采样值存放的位置。⑧表示重采样点区 间的前一个采样点在时间轴上对应位置与在缓存中存放的位置。⑨表示重采样 点区间的后一个采样点在时间轴上对应位置与在缓存中存放的位置。
综上所述，本发明为以电子式互感器合并单元为核心的数字化继电保护装 置提供了一种自适应的重采样方法，主要采用重采样与外插值的方法来解决采 样率不一致、采样间隔不一致以及通讯异常造成的数据丢失等问题，使得数字
化继电保护装置能沿用现有常规继电保护成熟的原理与处理方法，节省了研发 时间与成本，减少了引入BUG的可能性，并提高了与现有设备的兼容性。
权利要求
1、一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法，其特征在于该方法包括以下过程(1)初始化过程①从电子式互感器合并单元发送的数据报文中获取采样率S与每一帧所包含的ASDU的个数N；②根据采样率计算出每两个采样点之间的时间间隔Td；③根据采样率和ASDU的个数计算出电子式互感器合并单元数据报文的发送时间间隔Tg；④根据常规继电保护装置的采样率计算出采样中断的时间间隔Tk，同时计算采样时延Ty；(2)电子式互感器合并单元数据报文的接收过程①自动接收电子式互感器合并单元按时间间隔Td发送的数据报文；②校验所接收数据的有效性，若有效则将数据转存到循环缓存中，并记录该数据报文的接收时间Tj，若无效，不做任何处理；③自动重复步骤①～步骤②；(3)重采样过程①该重采样过程由定时器自动触发，触发时首先记录触发时间Tc，计算该触发时间Tc与最近一次Tj之间的差值T，并进行比较，比较过程如下当Ty＜T＜2Ty时，利用最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外插出本次中断的重采样值并存储在重采样缓存中；当T＞2Ty时，将本次中断的重采样值置零；当T＜Ty时，计算X＝Ty-Tc+Tj的结果，查找X对应的循环缓存中存储的数据，验证X对应时间点的前一个数据至循环缓存中最新数据的整体连续性，当整体连续时，将X对应时间点的前一个数据和后一个数据进行线性插值运算，并将结果作为本次中断的重采样值存储在重采样缓存中；当整体不连续时，利用最近三次重采样获得的重采样值进行三角插值外插出本次中断的重采样值并存储在重采样缓存中；②按定时器预设的时间间隔自动重复步骤①～步骤②。
2、 根据权利要求1所述的一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样 方法，其特征在于所述的初始化过程中的Td:20ms/S ， Ts=NX20ms/S ， Tk 二20ms/模拟信号输入的微机式继电保护装置采样率，Ty的定义为/2页Tk ，当Tk〉TJ寸T =《MXTk ， M为使MXTk大于L的最小当Tk〈TJ寸
全文摘要
本发明涉及一种用于数字化继电保护装置的自适应重采样方法，该方法包括以下过程(1)初始化过程；(2)电子式互感器合并单元数据报文的接收过程；(3)重采样过程。本发明为以电子式互感器合并单元为核心的数字化继电保护装置提供了一种自适应的重采样方法，主要采用重采样与外插值的方法来解决采样率不一致、采样间隔不一致以及通讯异常造成的数据丢失等问题，使得数字化继电保护装置能沿用现有常规继电保护成熟的原理与处理方法，节省了研发时间与成本，减少了引入BUG的可能性，并提高了与现有设备的兼容性。
文档编号H02J13/00GK101645611SQ20091006983
公开日2010年2月10日 申请日期2009年7月22日 优先权日2009年7月22日
发明者宁 康, 科 徐, 琼 方, 曾兵元, 金华锋, 毅 黄 申请人:天津市电力公司;江苏金智科技股份有限公司