阅读说明：本技术 一种输电线路行波监测终端的数据上传方法及系统 (Data uploading method and system for power transmission line traveling wave monitoring terminals ) 是由 莫刚 李克明 侯永洪 陈友坤 聂刚 聂晶 何阳健 刘峰海 庄红军 李义 吴瑀 于 2019-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统,包括：数据采集单元：用于通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；第一处理单元：用于通过检波电路对采集到的行波电流波形进行有效还原,得到一组新的电流波形；包络线绘制单元：根据新的电流波形绘制包络线；判断单元：用于对包络线中的采样点通过3σ准则进行有效性判断,剔除无效数据,保留有效数据；本发明通过对采集到的波形进行检波处理及有效性判断,可以实现无效波形的剔除以及有效波形部分无用点的剔除,保留了行波诊断所需的关键因素,减少下位机数据上传量,降低传感器采样率和数据上传流量费用,还降低了下位机功耗及监测终端对输电线路的负荷要求,增加其适用范围。(The invention discloses a data uploading system of power transmission line traveling wave monitoring terminals, which comprises a data acquisition unit, a processing unit, an envelope drawing unit, a judging unit and a lower computer, wherein the data acquisition unit is used for acquiring traveling wave current waveforms on a power transmission line through a sensor acquisition circuit, the processing unit is used for effectively restoring the acquired traveling wave current waveforms through a detection circuit to obtain groups of new current waveforms, the envelope drawing unit is used for drawing an envelope according to the new current waveforms, and the judging unit is used for judging the effectiveness of sampling points in the envelope through a 3 sigma criterion, eliminating invalid data and reserving effective data.)

一种输电线路行波监测终端的数据上传方法及系统

技术领域

本发明属于输电线路数据上传的技术领域，具体涉及一种输电线路行波监测终端的数据上传方法及系统。

背景技术

行波法作为一种新的输电线路故障测距技术，与传统的阻抗测距法相比，具有受系统参数、过渡电阻、系统运行方式和线路负荷影响较小等优点，因而在电力系统里获得了极为广泛的应用。行波法除了用于故障测距以外，还可以用于输电线路异常放电监测及预警，以减少故障的发生。

在输电线路数据采集过程中，除故障、隐患放电数据外，还会采集到大量由于电晕、火花放电等干扰产生的放电波形数据，干扰波形的存在一方面会影响分析结果，特别是对高频分量的影响；另一方面会增加下位机功耗及上传流量，因此必须加以剔除。

现有的故障测距采用定时录波的方法，即特定时间内采集到的数据波形全部上传。假如监测终端采样率为4MHz，定时录波时间为15min，则上传数据量为数亿个点，录波时间越长，上传数据量越大；数据量过大，第一、会耗费大量流量增加通信费用；第二、会增加监测终端功耗，使得需要耦合取能的监测终端对输电线路负荷电流要求高，进而影响其使用范围；第三，大量的噪声波形采集上传会占用上位机大量存储空间，造成资源浪费。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种能够减少下位机数据上传量、降低传感器采样率的输电线路行波监测终端的数据上传方法及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种输电线路行波监测终端的数据上传系统，包括：

数据采集单元：用于通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；

第一处理单元：用于通过检波电路对采集到的行波电流波形进行有效还原，得到一组新的电流波形；

包络线绘制单元：根据新的电流波形绘制包络线；

第一判断单元：用于对包络线中的采样点通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据；

数据上传单元：用于将有效数据上传至上位机。

优选地，所述检波电路包括：二极管VD1、电阻R1和电容C1，所述二极管VD1的正极与传感器采集电路的输出正端相连，二极管VD1的负极分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、检波电路的输出正端相连，电阻R1的另一端分别与传感器采集电路的输出负端、电容C1的另一端、检波电路的输出负端相连。

进一步的，电阻R1、电容C1的参数设置满足

其中，f_L为检波后信号的频率，f_H为原始行波信号的最高频率。

优选地，所述第一判断单元，具体包括：

第二处理单元：用于将包络线中的采样点进行等分，每份包括一组数据；

第一计算单元：用于计算每组数据的平均值μ和标准差σ；

第二计算单元：用于根据3σ准则计算每组数据的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]；

第二判断单元：判断每组数据是否在对应的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]内，如是，剔除，否则，保留。

优选地，还包括：转换单元：用于对新的电流波形通过A/D采集器转换为数字信号。

一种输电线路行波监测终端的数据上传方法，包括：

S101、用于通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；

S102、将采集到的行波电流波形通过A/D采集器转换为数字信号；

S103、将转换后的数字信号进行希尔伯特变换，得到一组新的有序数组；

S104、将有序数组通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据；

S105、将有效数据上传至上位机。

优选地，所述对有序数组通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据，具体包括：将转换后的数字信号进行等分，每份包括一组数据；计算每组数据的平均值μ和标准差σ；根据3σ准则计算每组数据的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]；判断每组数据是否在对应的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]内，如是，剔除，否则，保留。

优选地，所述平均值μ的计算通过以下公式进行计算：

式(1)中，x₁+x₂+…+x_n为每组数据的数据值。

优选地，所述标准差σ的计算通过以下公式进行计算：

式(2)中，σ²为该组数据的方差。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明一种输电线路行波监测终端的数据上传方法及系统，传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；通过检波电路对采集到的行波电流波形进行有效还原，得到一组新的电流波形；根据新的电流波形绘制包络线；对包络线中的采样点通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据并上传至上位机；本发明通过在下位机对采集到的波形进行检波处理及有效性判断，可以实现无效波形的剔除以及有效波形部分无用点的剔除，保留了行波诊断所需的关键因素，减少下位机数据上传量，一方面可以降低传感器采样率，降低数据上传流量费用；另一方面降低下位机功耗，降低监测终端对输电线路的负荷要求，增加其适用范围。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明；

图1为本发明实施例一提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图；

图4为本发明实施例四提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传方法的流程示意图；

图5为本发明实施例一中包络线的绘制示意图；

图6为本发明实施例一中波形处理前后对比示意图；

图7为本发明实施例一中监测终端的结构示意图；

图中：101为数据采集单元，102为第一处理单元，103为包络线绘制单元，104为第一判断单元，1041为第二处理单元，1042为第一计算单元，1043为第二计算单元，1044为第二判断单元，105为数据上传单元，106为转换单元。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图，如图1所示，一种输电线路行波监测终端的数据上传系统，包括：

数据采集单元101：用于通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；

第一处理单元102：用于通过检波电路对采集到的行波电流波形进行有效还原，得到一组新的电流波形；

包络线绘制单元103：根据新的电流波形绘制包络线；

第一判断单元104：用于对包络线中的采样点通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据；

数据上传单元105：用于将有效数据上传至上位机。

具体地，在线监测终端通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形，该波形由大量的采样点构成，一个采样点对应一个数值，采集到的数据一般为一个固定时长(如多个工频周期)，检波电路对行波电流波形进行有效还原，得到一组新的电流波形，根据新的电流波形绘制包络线，并对包络线中的采样点进行有效性判断，剔除无效数据，将有效数据上传至上位机；如图5所示，曲线1为输电线路上的行波电流波形，经检波电路处理后得到方框中的曲线2，曲线3为根据新的电流波形绘制包络线；如图6所示，曲线4为原始行波电流波形，曲线5为经检波电路处理后得到波形图；图5、图6中的横坐标轴均表示时间，图5、图6中的纵坐标均表示幅值；从对比波形可以看出，检波处理后的波形保留了行波诊断所需的放电波形轮廓及放电波形峰值-时间等关键因素，在不影响诊断结果的前提下减少了数据量，还可对参数进行设置进一步控制数据量。

所述通过检波电路对行波电流波形进行有效还原时，若如果原始行波电流波形的频率为1MHz，则需要最低2MHz的采样率才可以采集原始行波电流波形并有效还原，通过检波电路，能够用低采样率去采集高频信号(如用100kHz的采样率采集1MHz的信号)，采集同一时长的数据，使用检波电路后所采集的数据量要比未使用检波电路的数据量低于数十倍，使用检波电路虽然不能真实还原行波模拟信号数据，但对原始行波电流波形的波头辨识不存在影响，即不影响精确定位，可以满足业务需求。

所述根据新的电流波形绘制包络线后，可提取出波形的峰值点，舍弃波形上升沿和下降沿的采样点，较原始波形来看，极大程度降低波形的固有频率，充分降低后续A/D采集器的采样率，针对同一时长的波形，可极大程度减少采样点的个数，已达到减少上传数据量的目的。

进一步地，如图7所示，所述检波电路包括：二极管VD1、电阻R1和电容C1，所述二极管VD1的正极与传感器采集电路的输出正端相连，二极管VD1的负极分别与电阻R1的一端、电容C1的一端、检波电路的输出正端相连，电阻R1的另一端分别与传感器采集电路的输出负端、电容C1的另一端、检波电路的输出负端相连；检波电路的输入端与传感器采集电路的输出端电连接，检波电路的输出端与A/D采集器的输入端电连接，A/D采集器通过无线发送电路将信号发送至上位机；加入检波电路，不仅不影响后期定位业务，还能极大的减少数据上传量。

具体地，根据不同情况(如原始行波电流波形的频率、处理后的新电流波形所需频率等情况)设置回路元器件参数。作为优选的，为需保障电容充放电速度极快，使得电阻R1、电容C1的参数满足

其中f_L为检波后信号的频率，f_H为原始行波信号的最高频率。具体地，通过测量电容C1两端信号，当输电线路上的行波电流波形处于上升沿时(即幅值上升区段)，电容C1充电，直至峰值位置，由于二极管VD1在上升沿处于导通状态，故电容C1两端信号可以在极短时间达到峰值；当输电线路上的行波电流波形处于下降沿时，由于二极管VD1两端信号幅值高于原始信号，故此时二极管VD1放电，其两端信号维持在峰值位置，直至放电结束或原始信号重新出现上升沿，同时上升到高于第一次峰值点的值，此时电容C1两端电压维持第一次上升沿的峰值；当输电线路上的行波电流波形第二次出现上升沿时，此时二极管VD1是否导通取决于第二次上升沿的信号是否达到第一次上升沿出现的峰值，若超出第一次上升沿的峰值，则二极管VD1导通，电容C1两端的信号输出为第二次上升沿的峰值；简言之，当输电线路上的行波电流波形处于上升沿时，电容C1充电，直至峰值位置，当波形处于下降沿时，电容C1维持峰值电压继续放电，直至下次电容C1充电时的峰值高于前一次即可输出，通过此方法可实现输电线路上的行波电流波形的包络检波，用低采样率的方式采集高频信号，从而大幅减少采集数据量。

本实施例通过在下位机对采集到的波形进行检波处理及有效性判断，可以实现无效波形的剔除以及有效波形部分无用点的剔除，保留了行波诊断所需的关键因素，减少下位机数据上传量，一方面可以降低传感器采样率，降低数据上传流量费用；另一方面降低下位机功耗，降低监测终端对输电线路的负荷要求，增加其适用范围。

图2为本发明实施例二提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图，如图2所示，在实施例一的基础上，所述第一判断单元104，具体包括：

第二处理单元1041：用于将包络线中的采样点进行等分，每份包括一组数据；

第一计算单元1042：用于计算每组数据的平均值μ和标准差σ；

第二计算单元1043：用于根据3σ准则计算每组数据的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]；

第二判断单元1044：判断每组数据是否在对应的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]内，如是，剔除，否则，保留。

具体地，在线检测终端采集一定固定时长的行波电流波形，经检波、包络线绘制、A/D采集器处理后，将包络线中的采样点进行等分，每份包括一组数据，计算每组数据的平均值μ、标准差σ及每组数据的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]，根据3σ准则可知，采样点出现大于μ+3σ或小于μ-3σ数据的概率很小，仅在0.26％以下，因此，可以认为大于μ+3σ或小于μ-3σ的数据为有效点，应予以留下；采集到的行波电流波形大部分为线路固有的电晕之类的噪声，当存在有效数据时候，就一小段是有效的，因此通过3σ准则进行有效性判断的时候，所求得的平均值μ、标准差σ和所采集到的噪声差不多，这种需要剔除，只需要保留值较大的点，而较大值的点出现的概率较小，因此较大值的点为有效数据。

本实施例中，通过上述方法对采样点的有效性进行判断，将判断为无效的采样点置零不回传，将判断为有效的采样点进行回传，这样可以大幅减少所需回传的采样点的数量，减少数据量可达80％以上。

图3为本发明实施例三提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传系统的结构示意图，如图3所示，在实施例二的基础上，所述系统还包括：

转换单元106：用于对新的行波信号通过A/D采集器转换为数字信号。

图4为本发明实施例四提供的一种输电线路行波监测终端的数据上传方法的流程示意图，如图4所示，一种输电线路行波监测终端的数据上传方法，包括：

S101、通过传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形；

S102、将采集到的行波电流波形通过A/D采集器转换为数字信号；

S103、将转换后的数字信号进行希尔伯特变换，得到一组新的有序数组；

S104、将有序数组通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据；

S105、将有效数据上传至上位机。

进一步地，所述对有序数组通过3σ准则进行有效性判断，剔除无效数据，保留有效数据，具体包括：

将新的有序数组进行等分，每份包括一组数据；

计算每组数据的平均值μ和标准差σ；

根据3σ准则计算每组数据的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]；

判断每组数据是否在对应的置信区间[μ-3σ,μ+3σ]内，如是，剔除，否则，保留。

优选地，所述平均值μ的计算通过以下公式进行计算：

式(1)中，x₁+x₂+…+x_n为每组数据的数据值。

优选地，所述标准差σ的计算通过以下公式进行计算：

式(2)中，σ²为该组数据的方差。

具体地，传感器采集电路采集输电线路上的行波电流波形，通过A/D采集器转换为数字信号，转换后的数字信号进行希尔伯特变换，得到一组新的有序数组，并将新的有序数组进行等分，每份包括一组数据，根据3σ准则判断每组数据是否在对应的置信区间内，从而极大程度减少上传数据量的目的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。