基于三阶样条插值法的损失采样数据处理方法

1.一种基于三阶样条插值法的损失采样数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：
1)根据数字化变电站中MU的采样频率和每帧传输的采样数据点数确定在满足一定计算精度条件下允许损失的采样点数；
2)对保护缓冲区中的各采样点数据建立状态位，当相应采样数据为真实有效值时，置“有效”标志，无效时，置“无效”标志，若为估计值，则置“估计”，初始化时，所有采样数据状态均置成“无效”；
3)实时监测装置通信情况，若有丢帧/误帧情况发生，标记对应采样数据状态位为“无效”，待通信状态恢复后，若损失的采样点数不大于已设定的允许求取损失采样点数时，则以损失数据段前后各不少于3个点的有效采样数据为基础，运用三阶样条函数进行波形拟合，然后用插值法求损失采样数据的近似值，并将损失采样数据的近似值对应状态置“估计”标记；否则不采取任何措施，或仅求损失采样数据近似值，但不改变其状态位的“无效”标志；
4)在保护运算时，保护计时元件对参与运算的采样数据状态进行甄别统计，当发现参与运算的“无效”采样数据点数大于M时，闭锁保护，所述M≥3；当发现参与运算的“估计”采样数据点数不大于N时，将其保护延时增加相应点数的时间；当发现参与运算的“估计”采样数据点数大于N时，则闭锁保护，直到参与运算的均为“有效”采样数据为止，所述N的范围为5～10。

基于三阶样条插值法的损失采样数据处理方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种采样数据值近似求解方法，适用于数字化变电站因误帧/丢帧造成的损失采样数据处理，属于电力系统技术领域。\n背景技术\n[0002] 数字化变电站中，当过程层数据传输部分受到严重电磁干扰后，误码的产生将不可避免，从而导致传输数据出现误帧/丢帧现象。当发生误帧/丢帧时，目前保护装置采取的普遍措施是闭锁保护，待数据传输状态稳定后再重新开放。显然这种做法是以牺牲保护动作速度换取其可靠性的，若系统因稳定问题要求保护快速切除各种故障时，保护性能将无法满足要求。同时，受扰保护装置无法迅速动作，或将影响系统内各级保护的配合，进而导致事故影响的扩大化。\n发明内容\n[0003] 本发明所要解决的技术问题是，克服数字化站中保护装置因少量采样数据点损失造成的拒动或延迟动作，确保装置在此情况下动作的快速性和准确性。\n[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供一种基于三阶样条插值法的损失采样数据处理方法，其特征在于包括以下步骤：\n[0005] 1)根据数字化变电站中MU的采样频率和每帧传输的采样数据点数确定在满足一定计算精度条件下允许损失的采样点数；\n[0006] 2)对保护缓冲区中的各采样点数据建立状态位，当相应采样数据真实有效值时，置“有效”标志，无效时，置“无效”标志，若为估计值，则置“估计”，初始化时，所有采样数据状态均置成“无效”；\n[0007] 3)实时监测装置通信情况，若有丢帧/误帧情况发生，标记对应采样数据状态位为“无效”，待通信状态恢复后，若损失的采样点数不大于已设定的允许求取损失采样点数时，则以损失数据段前后各不少于3个点的有效采样数据为基础，运用三阶样条函数进行波形拟合，然后用插值法求损失采样数据的近似值，并将损失采样数据的近似值对应状态置“估计”标记；否则不采取任何措施，或仅求损失采样数据近似值，但不改变其状态位的“无效”标志；\n[0008] 4)在保护运算时，保护计时元件对参与运算的采样数据状态进行甄别统计，当发现参与运算的“无效”采样数据点数大于M时，闭锁保护，所述M≥3；当发现参与运算的“估计”采样数据点数不大于N时，可将其保护延时增加相应点数的时间；当发现参与运算的“估计”采样数据点数大于N时，则闭锁保护，直到参与运算的均为“有效”采样数据为止，所述N的范围为5～10。\n[0009] 本发明所达到的有益效果如下：本发明提供的基于三阶样条插值法求取损失采样数据近似值的方法，可以充分适应系统富含谐波情况，解决因丢帧/误帧导致的数据源不完整问题所引起的数字化保护装置动作延时或闭锁，确保保护装置的速动性和准确性。\n附图说明\n[0010] 图1是每隔4点连续损失4个点采样数据的三次样条插值后拟合波形图；\n[0011] 图2是每隔4点连续损失8个点采样数据的三次样条插值后拟合波形图；\n[0012] 图3是每隔4点连续损失12个点采样数据的三次样条插值后拟合波形图；\n[0013] 图4是每隔4点连续损失16个点采样数据的三次样条插值后拟合波形图；\n[0014] 图5是每隔4点连续损失20个点采样数据的三次样条插值后拟合波形图。\n具体实施方式\n[0015] 本发明的一种基于三阶样条插值法的损失采样数据处理方法，包括以下步骤：\n[0016] 1)根据数字化变电站中MU的采样频率和每帧传输的采样数据点数确定在满足一定计算精度条件下允许损失的采样点数。以MU采样频率为4800点/秒，每帧包含4个采样点数据为例，在百分之一计算误差要求下，可求取近12个点的损失采样数据近似值，即允许连续3帧通信数据出现误码或损失；\n[0017] 2)对保护缓冲区中的各采样点数据建立状态位，当相应采样数据真实有效值时，置“有效”标志，无效时，置“无效”标志，若为估计值，则置“估计”，初始化时，所有采样数据状态均置成“无效”；\n[0018] 3)实时监测装置通信情况，若有丢帧/误帧情况发生，标记对应采样数据状态位为“无效”，待通信状态恢复后，若损失的采样点数不大于已设定的允许求取损失采样点数时，则以损失数据段前后各不少于3个点的有效采样数据为基础，运用三阶样条函数进行波形拟合，然后用插值法求损失采样数据的近似值，并将此数据对应状态置“估计”标记；否则不采取任何措施，或仅求损失采样数据近似值，但不改变其状态位的“无效”标志；\n[0019] 4)保护运算时，保护计时元件对参与运算的采样数据状态进行甄别统计。当发现参与运算的“无效”采样数据点数大于M(可取3)时，闭锁保护；当发现参与运算的“估计”采样数据点数不大于N(对不同类型保护其值可以不同，如对速动段保护可取较小值，长延时段保护则取较大值)时，可将其保护延时增加相应点数的时间；当发现参与运算的“估计”采样数据点数大于N时，则闭锁保护，直到参与运算的均为“有效”采样数据为止。\n[0020] 图1至图5是在不同损失采样数据点数情况下用三阶样条插值法求取采样数据近似值后的波形拟合情况。\n[0021] 选用线路末端设有串补电容和并联电抗器的330kV、250km高压线路，电容器后发生三相短路时的电流波形作为仿真对象，其方程描述为：\n[0022] \n[0023] \n[0024] 为检验三次样条插值法对计算结果的影响，对从t＝0时刻开始的20ms内损失不同数量采样数据情况进行了仿真，现将损失一段数据(包含采样点数分别为4、8、12、16、\n20，下同)和两段数据(两段数据间隔4个有效采样点)的仿真结果表述如下。\n[0025] 仿真过程中数据采样率为4800点/秒，付氏计算采用采用96点/周波的DFT算法。在进行DFT计算结果比较时，插值计算起始点固定在第11点(t≈2.2917ms)处；在进行波形拟合比较时，插值计算起始点固定在第1点(t＝0ms)处。\n[0026] 其中表1-表3记录了在不同损失采样数据点数情况下三阶样条插值法对保护计算误差的影响。对其进一步分析，可以得到下述结论：1)插值结果对不同次数谐波的保护算法(DFT算法)计算结果影响不同，谐波次数越高，影响越大；2)一般情况下，插值结果误差随损失采样点数的增多而增大，对基波而言，当损失采样点数不大于12个时，相对误差精度在千分之几以内，等于16个时，相对误差精度在百分之几以内。\n[0027] 表1在损失多点采样数据情况下应用三次样条插值法后各谐波的DFT计算结果[0028] 表1\n[0029] \n[0030] 表2是在损失单段采样数据情况下应用三次样条插值法后各谐波的DFT计算误差[0031] 表2\n[0032] \n[0034] 表3是在损失两段采样数据情况下应用三次样条插值法后各谐波的DFT计算误差[0035] 表3\n[0036] \n[0037] 以上已以较佳实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。