基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法及系统与流程

1.本发明涉及配电网故障录波数据同步技术领域，尤其涉及一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.配电线路双端故障录波数据同步有利于准确的故障分析、电流差动保护继电器正确动作以及基于双端同步数据的故障测距的准确性，对电网正常运行有着重要意义。
4.线路发生短路故障时，双端录波器流过的故障电流不同，基于相电流突变标记的启动时间也不同，传统数据自同步以此启动时间作为基准来进行双端数据同步忽略了启动时间误差，导致同步精度降低。由双端录波数据故障时刻前第一个过零点为参考进行数据同步对齐可以做到线路两端故障录波数据同步误差小于一个数据采样周期。
5.因此准确识别输电线路两端故障录波数据的故障前第一个过零点，以其作为双端数据同步基准，进行波形对齐，可有效提高双端数据同步的精度。
6.现有技术中，对于故障前首个过零点的识别，使用的方法是首先以保护启动元件启动时刻为起点，向前寻找过零点；但是，故障发生后由于幅值变化或者信号高频振荡等，可能会引起一些无效过零点；为了筛除真实故障时刻与保护启动元件启动时刻之间的无效过零点，需要根据配电线路两端故障电流幅值与过零点斜率的正负相结合，从而筛除掉无效过零点。这种方法使用时需要通过配电线路两端信号相互配合，同时结合无效过零点筛除判据，对无效过零点进行频繁筛除，在面对较为复杂的故障环境时，存在无效过零点筛除失败的可能，进而可能影响首个过零点的识别准确率。


技术实现要素：

7.为了解决上述问题，本发明提出了一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法及系统，利用录波信号故障发生时信号幅值和点斜率的变化两个判据互相验证，来确定故障发生时刻所处的过零点区间，可以准确地识别到故障发生前的第一个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，实现数据同步对齐。
8.在一些实施方式中，采用如下技术方案：一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，包括：获取单端故障录波数据中所有的过零点；基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；若存在连续两段有效值差大于设定的第一系数，记前一段有效值差对应的过零点为a；若存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数，记前一段斜率平方和差对应的过
零点为b；若a和b为同一个过零点，则该端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。
9.作为进一步的方案，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点，具体过程为：
①
减小第一系数的值，判断第一系数是否大于零；若是，进入
②
；否则，进入
③
；
②
基于修改后的第一系数重新寻找过零点a，若存在新的a和b为同一个过零点，则该过零点为首个过零点；若不存在，返回
①
；
③
减小第二系数，基于修改后的第二系数重新寻找过零点b，判断新的b与最后一次修改的第一系数寻找到的过零点a是否为同一过零点；若是，则该过零点为首个过零点；若否，重复
③
，直至满足a和b为同一个过零点。
10.基于每一端的故障录波数据，得到该端的首个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。
11.在另一些实施方式中，采用如下技术方案：一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步系统，包括：数据获取模块，用于获取单端故障录波数据中所有的过零点；基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；数据计算模块，用于将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；首个过零点判断模块，用于在存在连续两段有效值差大于设定的第一系数时，记前一段有效值差对应的过零点为a；在存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数时，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；若a和b为同一个过零点，则该端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点；数据同步模块，用于双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）本发明利用录波信号故障发生时信号幅值、点斜率的变化两个判据互相验证，来确定故障发生时刻所处的过零点区间，可以准确地识别到故障发生前的第一个过零点。本发明方法能够直接准确的找到第一个过零点，可以有效避开故障发生后由于幅值变化、信号高频振荡引起的一些无效过零点，提高了过零点数据自同步的同步成功率。
13.本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
14.图1为本发明实施例中基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法流程图；
图2为本发明实施例中110kv输电线路发生两相短路故障时负荷侧录波数据图；图3为本发明实施例中各段信号有效值示意图；图4为本发明实施例中各段信号各点斜率平方和示意图；图5为本发明实施例中各段信号有效值差示意图；图6为本发明实施例中各段信号各点斜率平方和差示意图。
具体实施方式
15.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
16.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
17.实施例一一般地，由于故障发生时常常伴随信号的突变，以故障前第一个过零点为起点的半个工频周期长度的信号中，存在斜率变化较大的点，此段信号各采样点斜率平方和相较于非故障段半个工频周期信号的各采样点斜率平方和具有较大的变化，因此，可以通过斜率平方和差寻找故障前第一个过零点，由于各采样点斜率平方和故障前后变化较大，因此这种方式寻找到的第一个过零点正确率较高；但是，也可能会存在一定的偏差。
18.另外，故障发生时，负荷侧故障信号幅值也会发生变化，但是，变化幅值可能会较小，仅通过有效值差寻找故障前第一个过零点，可能会寻找到错误的过零点。
19.本实施例通过比较两个判据寻找到的过零点a和b，基于两者是否为同一个过零点来相互验证，若两个判据得到的故障点相同，则认为寻找到的故障点即为故障前第一个过零点；这样能够更加准确地找到故障前第一个过零点。
20.基于此，在一个或多个实施方式中，公开了一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，该方法可以基于每一端的故障录波数据，得到该端故障前的第一个过零点，进而双端可以根据各自找到的第一个故障前过零点为参考进行数据同步，保证两端故障录波数据同步误差小于一个数据采样周期。
21.结合图1，本实施例方法具体包括过程：步骤（1）：通过遍历故障录波数据中所有幅值为零的点，获取单端故障录波数据中所有的过零点；步骤（2）：基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；具体地，本实施例首先获取每一个过零点为起点的半个工频周期长度的信号，形成多段信号；然后计算每段信号的有效值，具体为：
；其中，n为第n段信号中采样点的个数；为采样点k处的电流值；为第n段信号的有效值。
22.计算每段信号内所有点的斜率平方和，具体为：其中，为第n段信号内所有点的斜率平方和，为采样点k处的电流值，为采样点k+1处的电流值。
23.步骤（3）：将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；其中，第一段信号为：以录波信号中第一个过零点为起点所取的半个工频周期长度信号。
24.具体地，第段信号有效值差计算公式为：；第段信号斜率平方和差计算公式为：；其中，i1和k1分别为第一段信号的有效值和所有点的斜率平方和。
25.步骤（4）：若存在连续两段有效值差大于设定的第一系数，记前一段有效值差对应的过零点为a；若存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；本实施例中，分别设置用于进行有效值差判定的第一系数和用于进行斜率平方和差判定的第二系数。
26.作为具体的示例，第一系数的取值范围为：；第二系数的取值范围为：。
27.当有效值差连续两次大于第一系数时，记录两次中前一段有效值差对应的过零点为点a；即：其中，为第段信号的有效值差，为第+1段信号的有效值差，为第n段信号的有效值，为第n+1段信号的有效值，i1为第一段信号的有效值。
28.当斜率平方和差连续两次大于第二系数时，记录两次中前一段斜率平方和差对应的过零点为点b；即：
其中，第段信号斜率平方和差，第+1段信号斜率平方和差，为第n段信号内所有点的斜率平方和，为第n+1信号内所有点的斜率平方和；k1分别为第一段信号所有点的斜率平方和。
29.步骤（5）：若a和b为同一个过零点，则该端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点。
30.本实施例中，比较a与b是否为同一个过零点；若为同一个过零点，则双端信号分别以各自寻找的此过零点为同步基准进行数据同步。
31.若不为同一个过零点，则说明第一系数选取过大，对故障发生时幅值变化不够敏感，此时修改第一系数和/或第二系数，具体过程如下：
①
减小第一系数的值，判断第一系数是否大于零；若是，进入
②
；否则，进入
③
；
②
基于修改后的第一系数重新寻找过零点a，若存在新的a和b为同一个过零点，则该过零点为首个过零点；若不存在，返回
①
；
③
若第一系数已经小于或等于零，仍不能满足a和b为同一个过零点；则说明是第二系数选取不合理，此时由于足够小，记录最后一次修改的第一系数（取值大于零且最接近零）得到的过零点a；此时减小第二系数，基于修改后的第二系数重新寻找过零点b，判断新的b与最后一次修改的第一系数得到的过零点a是否为同一过零点；若是，则该过零点为首个过零点；若否，继续减小第二系数，直至满足a和b为同一个过零点。
32.步骤（6）：基于每一端的故障录波数据，得到该端的首个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步，提高了数据同步的准确率。
33.作为具体的示例，图2为10kv输电线路发生两相短路故障时负荷侧故障电流录波数据；此信号共12个过零点，从左到右分别记为点1、点2
ꢀ…ꢀ
点12，经分析判断故障发生在了点8和点9这个区间内，因此故障前第一个过零点为点8。
34.图2中从左至右第一个双箭头指的是点1起半个工频周期长度的信号，第二个双箭头指的是点2起半个工频周期长度的信号，依此类推，第三个双箭头指的是点8起半个工频周期长度的信号，第四个双箭头指的是点9起半个工频周期长度的信号。
35.以点1、点2
…ꢀ
点11为起点半个工频周期长度信号（分别记为第1段、第2段
…ꢀ
第11段信号）的有效值和各点斜率平方和分别如图3和图4所示。
36.由图3和图4可以看出，第8段信号的有效值和各点斜率平方和均开始发生变化。
37.计算得到的每一段的有效值差和每一段的斜率平方和差分别如图5和图6所示。如图5所示，根据有效值差判据，当第一系数选取时，且，则过零点9记为点a。
38.如图6所示，根据斜率平方和差判据，当第二系数选取时，且，则过零点8记为点b。
39.由于第8段信号有效值变化较小，而使得有效值差判据对信号幅值变化不敏
感，导致通过有效值差判据得到的故障前第一个过零点a为点9，通过与斜率平方和差判据得到的点8进行比较，不为同一个过零点，此时应减小重新选取点a，当减小到时，通过有效值差判据选取点8作为点a，此时与斜率平方和差判据得到的点8再比较，即可认定点8即为要寻找的故障前第一个过零点，即图2中示出的故障前第一个过零点。
40.本实施例方法能够直接准确的找到第一个过零点，可以有效避开故障发生后由于幅值变化、信号高频振荡引起的一些无效过零点，提高了过零点数据自同步的同步成功率。
41.实施例二在一个或多个实施方式中，公开了一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步系统，包括：数据获取模块，用于获取单端故障录波数据中所有的过零点；基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；数据计算模块，用于将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；首个过零点判断模块，用于在存在连续两段有效值差大于设定的第一系数时，记前一段有效值差对应的过零点为a；在存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数时，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；若a和b为同一个过零点，则该端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点。
42.数据同步模块，用于双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。
43.上述各模块的具体实现方式与实施例一中相同，不再详述。
44.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，包括：获取单端故障录波数据中所有的过零点；基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；若存在连续两段有效值差大于设定的第一系数，记前一段有效值差对应的过零点为a；若存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；若a和b为同一个过零点，则单端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。2.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点，具体过程为：
①
减小第一系数的值，判断第一系数是否大于零；若是，进入
②
；否则，进入
③
；
②
基于修改后的第一系数重新寻找过零点a，若存在新的a和b为同一个过零点，则该过零点为首个过零点；若不存在，返回
①
；
③
减小第二系数，基于修改后的第二系数重新寻找过零点b，判断新的b与最后一次修改的第一系数寻找到的过零点a是否为同一过零点；若是，则该过零点为首个过零点；若否，重复
③
，直至满足a和b为同一个过零点。3.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，计算每段信号的有效值，具体为：其中，n为第n段信号中采样点的个数；为采样点k处的电流值；为第n段信号的有效值。4.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，计算每段信号内所有点的斜率平方和，具体为：其中，为第n段信号内所有点的斜率平方和，为采样点k处的电流值，为采样点k+1处的电流值。5.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，第一系数的取值范围为：；
第二系数的取值范围为：；其中，i1和k1分别为第一段信号的有效值和所有点的斜率平方和，in和kn分别为第n段信号的有效值和所有点的斜率平方和。6.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，基于每一端的故障录波数据，得到该端的首个过零点；双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。7.如权利要求1所述的一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法，其特征在于，以每一个过零点为起点的设定长度的信号，具体为：以每一个过零点为起点的半个工频周期长度的信号。8.一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于获取单端故障录波数据中所有的过零点；基于以每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段信号的有效值，以及每段信号内所有点的斜率平方和；数据计算模块，用于将每段信号的有效值与第一段信号的有效值做差，记为每段有效值差；将每段信号所有点的斜率平方和与第一段信号所有点的斜率平方和做差，记为每段斜率平方和差；首个过零点判断模块，用于在存在连续两段有效值差大于设定的第一系数时，记前一段有效值差对应的过零点为a；在存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数时，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；若a和b为同一个过零点，则单端信号以此过零点作为首个过零点；否则，修改第一系数和/或第二系数，直至满足a和b为同一个过零点；数据同步模块，用于双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。

技术总结
本发明涉及配电网故障录波数据同步技术领域，具体公开了一种基于首个过零点识别的双端故障录波数据同步方法及系统，方法包括：基于以单端故障录波数据中每一个过零点为起点的设定长度的信号，计算每段有效值差和每段斜率平方和差，若存在连续两段有效值差大于设定的第一系数，记前一段有效值差对应的过零点为a；若存在连续两段斜率平方和差大于设定的第二系数，记前一段斜率平方和差对应的过零点为b；若a和b为同一个过零点，则该端信号以此过零点作为首个过零点，双端信号分别以各自得到的首个过零点为同步基准，进行数据同步。本发明可以有效避开故障发生后的一些无效过零点，提高了过零点数据自同步的同步成功率。高了过零点数据自同步的同步成功率。高了过零点数据自同步的同步成功率。


技术研发人员：刘祥波 王森 高芳 梁伟 扈佃爱 杜善慧 张文轩 刘玲 于海洋 钟燕
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司日照供电公司
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/9/16