一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法

技术领域

本发明涉及智能变电站运维技术领域，具体涉及一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法。

技术背景

采样回路对于保护装置的正常运行具有至关重要的作用。采样回路发生单点接地等异常一般难以发现。虽然目前有些基于录波文件的比对方法，但都有一些问题，没有解决保护装置对时异常、双回线区外转区内故障、高次谐波误差等问题。因此为了提高变电站采样回路异常定位能力，研究一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法，对变电站的安全可靠运行具有重要意义。

发明内容

针对目前现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法，可实现智能变电站采样回路的故障诊断和异常定位，提升了变电站的安全可靠性。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法，包括以下步骤：

步骤1、在管理单元设置参数，参数包括业务自动启动的周期、启动信号时间差阈值、突变量启动阈值、采样率无效阈值、模拟量瞬时值比对差异阈值、模拟量有效值幅值比对差异阈值、模拟量有效值相角比对差异阈值、开关量比对差异阈值、滤波处理控制字和滤波频率，通道配置将保护装置以及采集单元的录波文件中相同采样源的模拟量通道进行关联，并将反映相同开关量变位的开关量通道进行关联；

步骤2、计算IED与管理单元的时间偏差；

步骤3、管理单元根据通道配置获取各IED相关联的比对IED，将IED和相关联的比对IED的启动信号进行匹配，并获取对应的录波文件作为待比对录波文件；

步骤4、将待比对录波文件名记载时间按各自IED的时间偏差修正，将本IED和比对IED的录波文件记录时间区段有重叠的录波文件进行组队获得组队的录波文件；

步骤5、相关联的模拟量通道中，从组队的录波文件中分别找到启动突变点和复归突变点；

步骤6、组队的录波文件中各自电流有效值最大的电流通道为计算过零点的基础通道，根据组队的录波文件各自基础通道的启动突变点计算得到本IED和对比IED之间的精确时间偏差t_diff；

步骤7、找出的组队的录波文件中所有成组的启动突变点和复归突变点之间时间上有重合的重合区段；

步骤8、根据管理单元滤波处理控制字对采集单元的录波文件的采样点数据进行数字滤波；

步骤9、在管理单元从组队的录波文件中选取采样率低的录波文件为基准录波文件；组队的录波文件中的另一个录波文件为非基准录波文件，基准录波文件和非基准录波文件中的各个采样点按照精确时间偏差t_diff进行修正，基准录波文件中的模拟通道的采样点为基准采样点，在非基准录波文件中找到对应的比对采样点，基准采样点与比对采样点进行比对，根据精确时间偏差t_diff对参与比对的开关量录波通道的时间进行修正对齐；将关联的开关量录波通道的变位点的时间进行比对。

如上所述的步骤2中时间偏差通过以下步骤获取；

管理单元通过NTP方式获取并存储保护装置的当前时间和采集单元的当前时间，定义管理单元发送NTP请求的时间为T1，保护装置或采集单元接收NTP请求的时间为T2，保护装置或采集单元的答复时间为T3，管理单元接收答复的时间为T4，则网络延时d和保护装置或采集单元与管理单元的时间偏差△t计算公式如下：

d＝(T2-T1)+(T4-T3)；

△t＝[(T2-T1)+(T3-T4)]/2。

如上所述的步骤3包括以下步骤：

步骤3.1、在管理单元对每个IED构建启动信号缓存队列，将各IED的启动信号缓存在启动信号缓存队列中；

步骤3.2、管理单元根据通道配置获取各IED相关联的比对IED；

步骤3.3、每隔启动信号时间差阈值定义的时间长度，查看IED启动信号缓存队列是否为空，如果不为空，则将IED的启动信号缓存队列里的启动信号到比对IED的启动信号缓存队列中进行匹配，具体为：

若IED的启动信号缓存队列和比对IED的启动信号缓存队列中的启动信号的启动信号时间差值小于配置的启动信号时间差阈值，则IED的启动信号缓存队列和比对IED的启动信号缓存队列中的启动信号匹配上，上述启动信号时间为经步骤2获得的时间偏差修正后的启动信号时间；

步骤3.4、启动信号缓存队列里未匹配上的启动信号经历过三次业务自动启动的周期还未被匹配上则清除；

步骤3.5、根据匹配上的本IED启动信号和比对IED的启动信号去已召唤成功的录波文件中去找对应录波文件，若启动信号时间和录波文件名记载时间小于50ms则判断找到启动信号对应录波文件；

步骤3.6、当本IED和比对IED都找到匹配的启动信号对应的录波文件，则将两个录波文件作为待比对录波文件；

步骤3.7，若当前业务自动启动的周期未找到启动信号对应的录波文件则在下一业务自动启动的周期重新找，连续三次业务自动启动的周期未找到则丢弃本IED和比对IED的匹配的启动信号对应的录波文件。

如上所述的步骤4包括以下步骤：

步骤4.1、在管理单元将步骤3中获得的本IED和比对IED各自的待比对录波文件的录波文件名记载时间按各自IED的时间偏差修正，本IED和比对IED各自的待比对录波文件按照修正后的录波文件名记载时间分别进行排序；

步骤4.2、解析本IED和比对IED各自的待比对录波文件并获取对应的记录时间区段；

步骤4.3、将本IED和比对IED的录波文件记录时间区段有重叠的录波文件进行组队获得组队的录波文件；

步骤4.4、丢弃未找到重叠区域的录波文件。

如上所述的步骤5包括以下步骤：

步骤5.1，在管理单元挑选出步骤4中组队的录波文件在通道配置已建立关联关系的模拟量通道；

步骤5.2，在组队的录波文件中，在相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内采样率低于采样率无效阈值的录波区段去除掉；

步骤5.3，在组队的录波文件中，将相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内出现时间不连续的录波区段去除掉；

步骤5.4，在组队的录波文件中，将相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内出现瞬时值小于0.001倍额定值的采样点去除掉；

步骤5.5，在组队的录波文件中，在相关联的模拟量通道中剩余的每个录波区段内，从第三个周波的第一个采样点起，连续三个采样点的突变瞬时值大于突变量启动阈值时，连续三个采样点的第一个采样点为启动突变点，当启动突变点之后连续一个周波的采样点的突变瞬时值小于突变量启动阈值，连续一个周波的第一个采样点为复归突变点。

如上所述的步骤5.5中突变瞬时值的计算方式如下：

记i

Δi

如上所述的步骤6包括以下步骤：

步骤6.1，在管理单元挑选出组队的录波文件中在通道配置已建立关联关系的电流通道，找组队的录波文件中各自电流有效值最大的电流通道为计算过零点的基础通道；

步骤6.2，取组队的录波文件各自基础通道的启动突变点，组队的录波文件各自基础通道的经时间偏差修正后的启动突变点的时间差最先满足小于5ms的一对启动突变点，分别定义为第一启动突变点A和第一启动突变点B，第一启动突变点A和第一启动突变点B经时间偏差修正后的时间分别为t1和t2；

步骤6.3，组队的录波文件各自基础通道都用t1加60ms往后找第一个上升趋势过零点；

步骤6.4，若过零点不在采样点，则用等比差值法计算步骤6.3找到的本IED和对比IED的基础通道各自的第一上升趋势过零点的时间分别为t3和t4；

若(t3-t1)-(t4-t1)>＝10000us，t3＝t3-20000us，若(t4-t1)-(t3-t1)>＝10000us，t4＝t4-20000us；

计算得到本IED和对比IED之间的精确时间偏差t_diff＝t3–t4。

如上所述的步骤9包括以下步骤：

步骤9.1，在管理单元从组队的录波文件中选取采样率低的录波文件为基准录波文件；组队的录波文件中的另一个录波文件为非基准录波文件，基准录波文件和非基准录波文件中的各个采样点按照步骤6.7获得的精确时间偏差t_diff进行修正；

步骤9.2，基准录波文件中的模拟通道的采样点为基准采样点，以基准录波文件的模拟通道的基准采样点的时间去非基准录波文件中建立关联关系的模拟通道找采样点，如果找到时间对应的采样点，则记为比对采样点，则基准采样点与比对采样点直接比对，如果找不到时间对应的采样点，则用插值算法计算出一个比对采样点，将基准采样点与比对采样点进行比对；

步骤9.3，基准采样点与比对采样点进行比对包括：基准采样点与比对采样点瞬时值的比对，以及自基准采样点起向后一个周波的有效幅值和自比对采样点起向后一个周波的有效幅值的比对，以及基准采样点与比对采样点对应的相角的比对；

步骤9.4，步骤9.3获得的基准采样点与比对采样点瞬时值的差值大于模拟量瞬时值比对差异阈值，且自基准采样点起向后一个周波的有效幅值和自比对采样点起向后一个周波的有效幅值的幅值差大于模拟量有效值幅值比对差异阈值时产生比对异常；

或者步骤9.3获得的基准采样点与比对采样点瞬时值的差值大于模拟量瞬时值比对差异阈值，且基准采样点与比对采样点的相角差大于模拟量有效值相角比对差异阈值时产生比对异常；

连续三对基准采样点与比对采样点产生上述比对异常，则判断通道比对告警；

步骤9.6，从参与比对的录波文件中获取步骤1中建立关联关系的开关量录波通道；

步骤9.7，根据步骤6计算的精确时间偏差t_diff对参与比对的开关量录波通道的时间进行修正对齐；

步骤9.8，查找出参与比对的开关量录波通道的所有变位点的时间；

步骤9.9，将关联的开关量录波通道的变位点的时间进行比对，当时间差大于步骤1所设置的开关量比对差异阈值时进行告警。

本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明提供了一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法。可实现智能变电站录波文件的同源数据精确比对；

2、本发明可实现智能变电站采样回路的故障诊断和异常定位，提升了变电站的安全可靠性。

附图说明

图1为本发明的方法步骤示意图；

图2为本发明的突变量算法示意图；

图3为本发明的过零点时间计算方法示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种基于时间偏差管理的录波比对分析方法，包括以下步骤：

步骤1、在管理单元需设置的参数包括业务自动启动的周期、启动信号时间差阈值、突变量启动阈值、采样率无效阈值、模拟量瞬时值比对差异阈值、模拟量有效值幅值比对差异阈值、模拟量有效值相角比对差异阈值、开关量比对差异阈值、滤波处理控制字、滤波频率；

管理单元通道配置需要获取IED的CFG文件，IED包括采集单元和保护装置等，解析获取每个通道的基础信息。通道配置将保护装置以及采集单元的录波文件中相同采样源的模拟量通道进行关联，并将反映相同开关量变位的开关量通道进行关联。与采集单元建立映射关系的保护装置至少包含线路保护装置、主变保护装置和母线保护装置；

当母线接线形式为双母线接线、双母双分段或双母单分段接线时，管理单元需要将线路保护装置的录波文件中的电压通道以及主变保护装置的录波文件中的电压通道与线路保护装置、主变保护装置所在间隔的隔离开关位置信号相关联，并通过隔离开关与母线的连接状态，选取对应相连的母线电压。

步骤2、计算IED(包括保护装置和采集单元)与管理单元的时间偏差△t，具体包括以下步骤：

管理单元通过NTP方式获取并存储保护装置的当前时间和采集单元的当前时间。定义管理单元发送NTP请求的时间为T1，保护装置或采集单元接收NTP请求的时间为T2，保护装置或采集单元的答复时间为T3，管理单元接收答复的时间为T4，则网络延时d和保护装置或采集单元与管理单元的时间偏差△t计算公式如下：

d＝(T2-T1)+(T4-T3)；

△t＝[(T2-T1)+(T3-T4)]/2；

当保护装置不支持NTP时可以通过管理单元接收MMS信息时，解析MMS报文时间获取保护装置的当前时间或采集单元的当前时间，并与管理单元的本地时间做差，计算出保护装置与管理单元的时间偏差，以及计算采集装置与管理单元的时间偏差。同时管理单元将收到的采集单元或保护装置的事件顺序记录(SOE)时间通过时间偏差修正为管理单元的时间下的事件顺序记录时间，事件顺序记录时间包括启动信号时间。

步骤3、管理单元根据通道配置获取各IED相关联的比对IED，将IED和相关联的比对IED的启动信号进行匹配，并获取对应的录波文件作为待比对录波文件，包括以下步骤：

步骤3.1，在管理单元对每个IED构建启动信号缓存队列，将各IED的启动信号缓存在启动信号缓存队列中；

步骤3.2，管理单元根据通道配置获取各IED相关联的比对IED；

步骤3.3，每隔启动信号时间差阈值定义的时间长度，查看IED启动信号缓存队列是否为空，如果不为空，则将IED的启动信号缓存队列里的启动信号到比对IED的启动信号缓存队列中进行匹配，具体为：

若IED的启动信号缓存队列和比对IED的启动信号缓存队列中的启动信号的启动信号时间差值小于配置的启动信号时间差阈值，则IED的启动信号缓存队列和比对IED的启动信号缓存队列中的启动信号匹配上。上述启动信号时间为经步骤2获得的时间偏差修正后的启动信号时间；

步骤3.4，启动信号缓存队列里未匹配上的启动信号经历过三次业务自动启动的周期还未被匹配上则清除；

步骤3.5，根据匹配上的本IED启动信号和比对IED的启动信号去已召唤成功的录波文件中去找对应录波文件，若启动信号时间和录波文件名记载时间小于50ms则判断找到启动信号对应录波文件；

步骤3.6，只有本IED和比对IED都找到匹配的启动信号对应的录波文件，才会将两个录波文件作为待比对录波文件；

步骤3.7，若当前业务自动启动的周期未找到启动信号对应的录波文件则在下一业务自动启动的周期重新找，连续三次业务自动启动的周期未找到则丢弃本IED和比对IED的匹配的启动信号对应的录波文件；

步骤4、将待比对录波文件名记载时间按各自IED的时间偏差修正，将本IED和比对IED的录波文件记录时间区段有重叠的录波文件进行组队获得组队的录波文件，具体包括以下步骤：

步骤4.1，在管理单元将步骤3中获得的本IED和比对IED各自的待比对录波文件的录波文件名记载时间按各自IED的时间偏差修正，本IED和比对IED各自的待比对录波文件按照修正后的录波文件名记载时间分别进行排序；

步骤4.2，解析本IED和比对IED各自的待比对录波文件并获取对应的记录时间区段；

步骤4.3，将本IED和比对IED的录波文件记录时间区段有重叠的录波文件进行组队获得组队的录波文件；

步骤4.4，丢弃未找到重叠区域的录波文件。

步骤5、相关联的模拟量通道中，从组队的录波文件中分别找到启动突变点和复归突变点，具体包括以下步骤：

步骤5.1，在管理单元挑选出步骤4中组队的录波文件在通道配置已建立关联关系的模拟量通道；

步骤5.2，在组队的录波文件中，在相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内采样率低于采样率无效阈值的录波区段去除掉；

步骤5.3，在组队的录波文件中，将相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内出现时间不连续的录波区段去除掉；

步骤5.4，在组队的录波文件中，将相关联的模拟量通道中，将任一模拟量通道内出现瞬时值小于0.001倍额定值的采样点去除掉；

步骤5.5，在组队的录波文件中，在相关联的模拟量通道中剩余的每个录波区段内，从第三个周波的第一个采样点开始按如下公式往后找启动突变点和复归突变点。如图2所示，其中△i

Δi

步骤5.6，第一个启动突变点和第一个复归突变点之间不再重复判启动突变点，第一个复归突变点之后可以继续判定启动突变点，查找此通道的第n个启动突变点和复归突变点，直到模拟量通道的最后一个采样点的数据；

步骤6、组队的录波文件中各自电流有效值最大的电流通道为计算过零点的基础通道，根据组队的录波文件各自基础通道的启动突变点计算得到本IED和对比IED之间的精确时间偏差t_diff，包括以下步骤：

步骤6.1，在管理单元挑选出组队的录波文件中在通道配置已建立关联关系的电流通道，找组队的录波文件中各自电流有效值最大的电流通道为计算过零点的基础通道；

步骤6.2，取组队的录波文件各自基础通道的启动突变点，组队的录波文件各自基础通道的经时间偏差修正后的启动突变点的时间差最先满足小于5ms的一对启动突变点，分别定义为第一启动突变点A(startA)和第一启动突变点B(startB)，第一启动突变点A(startA)和第一启动突变点B(startB)经时间偏差修正后的时间分别为t1和t2；

步骤6.3，组队的录波文件各自基础通道都用t1加60ms往后找第一个上升趋势过零点；

步骤6.4，若过零点不在采样点，则用等比差值法计算步骤6.3找到的本IED和对比IED的基础通道各自的第一上升趋势过零点的时间分别为t3和t4；

步骤6.5，具体过零点时间计算方法如图3所示：查找连续两个点，当第X个采样点瞬时值小于0且第X+1个采样点瞬时值大于0，则过零点在此两采样点之间，过零点的时间t0可用如下公式获得，其中t

t0＝(f

步骤6.6，为了防止整周波误差，可用如下方法矫正：若(t3-t1)-(t4-t1)>＝10000us，t3＝t3-20000us，若(t4-t1)-(t3-t1)>＝10000us，t4＝t4-20000us；

步骤6.7，计算得到本IED和对比IED之间的精确时间偏差t_diff＝t3–t4,则将第一启动突变点B(startB)所对应的IED的时间平移精确时间偏差t_diff，由此和第一启动突变点A(startA)所在IED的时间完成了精确对齐，以用于后续的计算。

步骤7、在管理单元将组队的录波文件基于步骤6的精确时间偏差t_diff进行精确对齐，并将按照步骤5找出的组队的录波文件中所有成组的启动突变点和复归突变点之间时间上有重合的重合区段并进行合并，合并即为重合区段起始时间为最早的突变点的时间，重合区段终止时间为最晚的复归点的时间。

步骤8、保护装置由于物理上有前置滤波，导致保护装置的录波文件的波形在正常情况下就与采集单元的录波文件的波形有差异，当管理单元滤波处理控制字置1时，按照滤波频率的阈值对采集单元的录波文件的采样点数据进行数字滤波。当滤波处理控制字置0时，不对采集单元的录波数据进行数字滤波。

步骤9、在管理单元从组队的录波文件中选取采样率低的录波文件为基准录波文件；组队的录波文件中的另一个录波文件为非基准录波文件，基准录波文件和非基准录波文件中的各个采样点按照精确时间偏差t_diff进行修正，基准录波文件中的模拟通道的采样点为基准采样点，在非基准录波文件中找到对应的比对采样点，基准采样点与比对采样点进行比对，根据精确时间偏差t_diff对参与比对的开关量录波通道的时间进行修正对齐；将关联的开关量录波通道的变位点的时间进行比对，包括以下步骤：

步骤9.1，在管理单元从组队的录波文件中选取采样率低的录波文件为基准录波文件；组队的录波文件中的另一个录波文件为非基准录波文件，基准录波文件和非基准录波文件中的各个采样点按照步骤6.7获得的精确时间偏差t_diff进行修正；

步骤9.2，基准录波文件中的模拟通道的采样点为基准采样点，以基准录波文件的模拟通道的基准采样点的时间去非基准录波文件中建立关联关系的模拟通道找采样点，如果找到时间对应的采样点，则记为比对采样点，则基准采样点与比对采样点直接比对，如果找不到时间对应的采样点，则需要用插值算法计算出一个比对采样点，将基准采样点与比对采样点进行比对。特别的，可以用三次样条插值算法输出此时间处的计算瞬时值；

步骤9.3，基准采样点与比对采样点进行比对包括：基准采样点与比对采样点瞬时值的比对，以及自基准采样点起向后一个周波的有效幅值和自比对采样点起向后一个周波的有效幅值的比对，以及基准采样点与比对采样点对应的相角的比对；基准采样点的相角通过自基准采样点起向后一个周波的采样点计算获得，比对采样点的相角通过自比对采样点起向后一个周波的采样点计算获得。

步骤9.4，步骤9.3获得的基准采样点与比对采样点瞬时值的差值大于模拟量瞬时值比对差异阈值，且自基准采样点起向后一个周波的有效幅值和自比对采样点起向后一个周波的有效幅值的幅值差大于模拟量有效值幅值比对差异阈值时产生比对异常；

或者步骤9.3获得的基准采样点与比对采样点瞬时值的差值大于模拟量瞬时值比对差异阈值，且基准采样点与比对采样点的相角差大于模拟量有效值相角比对差异阈值时产生比对异常；

连续三对基准采样点与比对采样点产生上述比对异常，则判断通道比对告警；

步骤9.6，从参与比对的录波文件中获取步骤1中建立关联关系的开关量录波通道；

步骤9.7，根据步骤6计算的精确时间偏差t_diff对参与比对的开关量录波通道的时间进行修正对齐；

步骤9.8，查找出参与比对的开关量录波通道的所有变位点的时间；

步骤9.9，将关联的开关量录波通道的变位点的时间进行比对，当时间差大于步骤1所设置的开关量比对差异阈值时进行告警。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或替代，但不会偏离本发明的精髓或者超越所附权利要求书外定义的范围。