一种故障录波相似性评估方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统分析与测试技术领域，具体涉及一种故障录波相似性评估方法及系统。


背景技术：

2.随着配电自动化系统的不断发展与进步，以故障录波形式进行故障信息采集与上报的录波型配电终端设备(包括但不限于暂态录波型故障指示器、配电自动化终端)应用越来越广泛。目前具备故障录波功能的配电终端制造厂商众多，产品质量参差不齐，运行稳定性及可靠性差异较大。故障录波作为录波型配电终端的主要功能特色，其录波功能性能水平直接关系到设备的整体质量，为进一步规范、提升录波型配电终端设备质量，通过完善相应试验检测方法与手段强化对录波型配电终端设备的质量监督与管控尤为重要。
3.在试验检测过程中，需判断故障录波与标准波形是否一致，但目前尚未有有效的故障录波与标准波形的相似性比对方法，给录波型配电终端设备质量管控和评估造成极大障碍。


技术实现要素：

4.为解决上述现有技术中录波型配电终端设备故障录波功能性能评估中，故障录波与标准波形相似性比对方法尚缺乏的问题，本发明的目的是提供一种故障录波相似性比对方法及系统，通过波形预处理、特征比较，确定波形相似性。
5.本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
6.本发明还提供一种故障录波相似性评估方法，其改进之处在于：
7.根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断；
8.若通过初步相似度判断，则计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；
9.根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性。
10.进一步地：所述根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断之前，还包括：
11.以试品波形与基准波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐；
12.按照试品波形的时间长度截取基准波形的相应部分，得到时间长度相同的试品波形和基准波形，使得试品波形与基准波形具有同一起点、同一时间段、表征同一事件的同一过程。
13.进一步地：所述根据试品波形与预设基准波形的极性，进行初步相似度判断，包括：
14.检测试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的脉冲方向；
15.根据所述脉冲方向，确定试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的极性；
16.若极性相同，则通过初步相似度判断；否则，未通过初步相似度判断。
17.进一步地：所述根据所述脉冲方向，确定试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的极性，包括：
18.若所述脉冲方向为正脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为正；
19.若所述脉冲方向为负脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为负。
20.进一步地：所述表征波形特征的物理量，包括：
21.稳态信号的起始角度、稳态信号的幅值、零序暂态信号的最大值、信号低频部分的频率、信号高频部分的频率以及信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
22.进一步地：按下式计算所述试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和：
[0023][0024]
式中，a、b、c分别为波形的a、b、c三相；
[0025]
φ
a
、φ
b
、φ
c
分别为试品波形a、b、c三相稳态信号的起始角度；φ
sa
、φ
sb
、φ
sc
分别为基准波形a、b、c三相稳态信号的起始角度；
[0026]
a
a
、a
b
、a
c
分别为试品波形a、b、c三相稳态信号的幅值；a
sa
、a
sb
、a
sc
分别为基准波形a、b、c三相稳态信号的幅值；
[0027]
m
t
、m
st
分别为试品波形和基准波形零序暂态信号的最大值；
[0028]
f
la
、f
lb
、f
lc
分别为试品波形a、b、c三相信号低频部分的频率；f
sla
、f
slb
、f
slc
分别为基准波形a、b、c三相信号低频部分的频率；
[0029]
f
ha
、f
hb
、f
hc
分别为试品波形a、b、c三相信号高频部分的频率；f
sha
、f
shb
、f
hsc
分别为基准波形a、b、c三相信号高频部分的频率；
[0030]
k
fa
、k
fb
、k
fc
分别为试品波形a、b、c三相信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值；k
sfa
、k
sfb
、k
sfc
分别为基准波形a、b、c三相信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
[0031]
进一步地，根据所述误差和，确定试品波形和基准波形的相似性，包括：
[0032]
所述表征波形特征物理量的误差和与所述试品波形与标准波形的相似性成负相关。
[0033]
本发明还提供一种故障录波相似性评估系统，其改进之处在于：
[0034]
初步判断模块，用于根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断；
[0035]
计算模块，用于通过初步相似度判断后计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；
[0036]
确定模块，用于根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性。
[0037]
进一步地：所述根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断之前，还包括：
[0038]
对齐模块，用于以试品波形与基准波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐；
[0039]
获得模块，用于按照试品波形的时间长度截取基准波形的相应部分，得到时间长度相同的试品波形和基准波形，使得试品波形与基准波形具有同一起点、同一时间段、表征同一事件的同一过程。
[0040]
进一步地：所述初步判断模块，包括：
[0041]
检测单元，用于检测试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的脉冲方向；
[0042]
极性确定单元，用于根据所述脉冲方向，确定试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的极性；
[0043]
判断单元，用于若极性相同，则通过初步相似度判断；否则，未通过初步相似度判断。
[0044]
进一步地：所述极性确定单元，包括：
[0045]
正向极性子单元，用于若所述脉冲方向为正脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为正；
[0046]
负向极性子单元，若所述脉冲方向为负脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为负。
[0047]
进一步地：所述表征波形特征的物理量，包括：
[0048]
稳态信号的起始角度、稳态信号的幅值、零序暂态信号的最大值、信号低频部分的频率、信号高频部分的频率以及信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
[0049]
与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的有益效果是：
[0050]
本发明提供一种故障录波相似性评估方法，根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断；若通过初步相似度判断，则计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性，本发明采用的技术方案，能够提高波形相似性比较的准确性。
[0051]
本发明提供一种故障录波相似性评估方法，根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断之前，还包括：以试品波形与基准波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐；按照试品波形的时间长度截取基准波形的相应部分，得到时间长度相同的试品波形和基准波形，使得试品波形与基准波形具有同一起点、同一时间段、表征同一事件的同一过程。本发明采用的技术方案，针对试品波形与基准波形采样速率不同的问题，预先对两个波形进行预处理，更加提升了波形相似性精确性。
附图说明
[0052]
图1是本发明提供的故障录波相似性评估方法的流程图；
具体实施方式
[0053]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0054]
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以
变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。
[0055]
实施例一、
[0056]
本实施例中试品波形以录波型配电终端设备输出的故障录波为例进行说明。
[0057]
本发明提供的故障录波相似性评估方法的流程图如图1所示，其具体步骤包括：
[0058]
s101、根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断；
[0059]
s102、若通过初步相似度判断，则计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；
[0060]
s103、根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性：
[0061]
在进行故障录波指标评估之前，首先需判断故障录波与标准波形是否一致，通常情况下，由于故障录波与标准波形采样速率不同(标准波形远远大于故障波形)，不能简单的通过波形叠加对齐等方式进行比对分析，需通过波形预处理、特征比较确定波形相似性。
[0062]
根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断之前，还包括：
[0063]
以试品波形与基准波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐；
[0064]
按照试品波形的时间长度截取基准波形的相应部分，得到时间长度相同的试品波形和基准波形，使得试品波形与基准波形具有同一起点、同一时间段、表征同一事件的同一过程。
[0065]
根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断，包括：
[0066]
检测试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的脉冲方向；
[0067]
根据所述脉冲方向，确定试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的极性，包括：
[0068]
若所述脉冲方向为正脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为正；
[0069]
若所述脉冲方向为负脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为负。
[0070]
若极性相同，则通过初步相似度判断；否则，未通过初步相似度判断。
[0071]
若通过初步相似度判断，则计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；
[0072]
根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性。
[0073]
进一步地：
[0074]
表征波形特征的物理量，包括：
[0075]
稳态信号的起始角度、稳态信号的幅值、零序暂态信号的最大值、信号低频部分的频率、信号高频部分的频率以及信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
[0076]
对于故障录波与标准波形相似性比较，以两个波形为例：
[0077]
①
波形预处理：以两组波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐，然后，按照故障录波波形的时间长度截取标准波形的相应部分，得到两个时间长
度相同的波形。
[0078]
②
波形特征选取：选取表征波形特征的物理量：
[0079]
a)稳态信号的起始角度：φ
a
、φ
b
、φ
c
[0080]
b)稳态信号的幅值：a
a
、a
b
、a
c
[0081]
c)零序暂态信号的最大值：m
t
[0082]
d)零序暂态信号的极性：p
t
[0083]
e)信号低频部分的频率：f
la
、f
lb
、f
lc
[0084]
f)信号高频部分的频率：f
ha
、f
hb
、f
hc
[0085]
g)信号高频分量和低频分量幅值的比：k
fa
、k
fb
、k
fc
[0086]
③
波形特征比较：
[0087]
首先检验零序暂态信号最大值的极性，如果故障录波的极性与标准波形的极性相反，则波形相似度为零。如果相同，则继续判断其他参数误差和e
t
，若误差和符合要求，则判断为故障录波与标准波形相似。
[0088]
按下式计算所述试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和：
[0089][0090]
式中，a、b、c分别为波形的a、b、c三相；
[0091]
φ
a
、φ
b
、φ
c
分别为试品波形a、b、c三相稳态信号的起始角度；φ
sa
、φ
sb
、φ
sc
分别为基准波形a、b、c三相稳态信号的起始角度；
[0092]
a
a
、a
b
、a
c
分别为试品波形a、b、c三相稳态信号的幅值；a
sa
、a
sb
、a
sc
分别为基准波形a、b、c三相稳态信号的幅值；
[0093]
m
t
、m
st
分别为试品波形和基准波形零序暂态信号的最大值；
[0094]
f
la
、f
lb
、f
lc
分别为试品波形a、b、c三相信号低频部分的频率；f
sla
、f
slb
、f
slc
分别为基准波形a、b、c三相信号低频部分的频率；
[0095]
f
ha
、f
hb
、f
hc
分别为试品波形a、b、c三相信号高频部分的频率；f
sha
、f
shb
、f
hsc
分别为基准波形a、b、c三相信号高频部分的频率；
[0096]
k
fa
、k
fb
、k
fc
分别为试品波形a、b、c三相信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值；k
sfa
、k
sfb
、k
sfc
分别为基准波形a、b、c三相信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
[0097]
根据根据所述误差和，确定试品波形和基准波形的相似性，包括：
[0098]
所述表征波形特征物理量的误差和与所述试品波形与标准波形的相似性成负相关。
[0099]
实施例二、
[0100]
基于同样的发明构思，本发明还提供一种故障录波相似性比对系统，包括：
[0101]
初步判断模块，用于根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断；
[0102]
计算模块，用于通过初步相似度判断后计算试品波形与基准波形中表征波形特征物理量的误差和；
[0103]
确定模块，用于根据所述误差和，确定试品波形与基准波形的相似性。
[0104]
根据被测的试品波形与预设的基准波形的极性，进行初步相似度判断之前，还包括：
[0105]
对齐模块，用于以试品波形与基准波形的暂态波形的最大值为参考点将故障录波和标准波形进行对齐；
[0106]
获得模块，用于按照试品波形的时间长度截取基准波形的相应部分，得到时间长度相同的试品波形和基准波形，使得试品波形与基准波形具有同一起点、同一时间段、表征同一事件的同一过程。
[0107]
初步判断模块，包括：
[0108]
检测单元，用于检测试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的脉冲方向；
[0109]
极性确定单元，用于根据所述脉冲方向，确定试品波形和基准波形的零序暂态信号最大值的极性；
[0110]
判断单元，用于若极性相同，则通过初步相似度判断；否则，未通过初步相似度判断。
[0111]
极性确定单元，包括：
[0112]
正向极性子单元，用于若所述脉冲方向为正脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为正；
[0113]
负向极性子单元，若所述脉冲方向为负脉冲时，则相应波形的零序暂态信号最大值的极性为负。
[0114]
表征波形特征的物理量，包括：
[0115]
稳态信号的起始角度、稳态信号的幅值、零序暂态信号的最大值、信号低频部分的频率、信号高频部分的频率以及信号高频分量幅值与低频分量幅值的比值。
[0116]
本发明中，针对故障录波与标准波形采样速率不同的问题，提出了波形预处理方法，提出了多个波形特征物理量，共同表征波形(包括但不限于故障录波和标准波形)。
[0117]
本发明中，通过比对零序暂态信号最大值极性及波形特征物理量的误差和，评估故障录波与标准波形相似性。本发明克服了没有有效的故障录波与标准波形的相似性比对方法，给录波型配电终端设备质量管控和评估造成极大障碍的缺陷。
[0118]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0119]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0120]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0121]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0122]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。