本發(fā)明屬于自動(dòng)化領(lǐng)域，具體屬于應(yīng)用于故障信息系統(tǒng)中的一種站間時(shí)差分析方案。
背景技術(shù)：
：雖然當(dāng)前很多廠站均裝有統(tǒng)一授時(shí)系統(tǒng)，但可靠性較差，同時(shí)往往比較嚴(yán)重的故障會(huì)造成通信鏈路中斷，從而造成其時(shí)鐘常常出錯(cuò)，多個(gè)廠站錄波器實(shí)現(xiàn)精確對(duì)時(shí)在目前還無法完全保證。在進(jìn)行故障分析時(shí)，對(duì)于簡(jiǎn)單故障，工作人員可以通過分析主站的多個(gè)廠站故障波形，根據(jù)特征電氣量的變化和保護(hù)斷路器動(dòng)作情況進(jìn)行人工關(guān)聯(lián)。但對(duì)于一些在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生的多次復(fù)雜故障，每個(gè)廠站在短時(shí)間內(nèi)可能記錄多次錄波數(shù)據(jù)，沒有準(zhǔn)確時(shí)鐘很難判斷多個(gè)錄波數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。為準(zhǔn)確分析故障，很多時(shí)候需要多個(gè)錄波器采集的錄波數(shù)據(jù)根據(jù)每次故障進(jìn)行數(shù)據(jù)的人工同步，不僅費(fèi)時(shí)也無法應(yīng)用到生產(chǎn)一線。當(dāng)前主要的對(duì)時(shí)方式有以下幾種：(1)脈沖對(duì)時(shí)方式硬對(duì)時(shí)。脈沖對(duì)時(shí)方式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得較高的同步精度可達(dá)毫微秒級(jí)，對(duì)時(shí)接收電路比較簡(jiǎn)單。但是脈沖對(duì)時(shí)的不足之處是從設(shè)備必須預(yù)先設(shè)置正確的時(shí)間基準(zhǔn)，當(dāng)主時(shí)鐘和從時(shí)鐘相差太大時(shí)，這種對(duì)時(shí)方式將無法校正分鐘以上的誤差，而且額外配置專門的脈沖對(duì)時(shí)裝置。(2)串行口對(duì)時(shí)方式。串口對(duì)時(shí)方式是對(duì)時(shí)從設(shè)備如微機(jī)故障錄波及監(jiān)控設(shè)備等通過串行口接收時(shí)鐘信息，來校正其自身的時(shí)鐘。串行口對(duì)時(shí)方式可分為一用于近距離和一用于遠(yuǎn)距離兩種。串行口對(duì)時(shí)中，由于串口接收一幀數(shù)據(jù)的時(shí)間較長(zhǎng)，這種方式對(duì)時(shí)的精度較低只能達(dá)到秒級(jí)的精度。(3)b碼方式。b碼對(duì)時(shí)方式融合了脈沖對(duì)時(shí)和串口對(duì)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的對(duì)時(shí)精度(可達(dá)幾十微秒至幾毫秒)，其突出優(yōu)點(diǎn)是將時(shí)間同步信號(hào)和秒、分、時(shí)、天等時(shí)間碼信息加載到頻率為1khz的信號(hào)載體中。b碼方式的缺點(diǎn)是b碼的產(chǎn)生和接收電路都較為復(fù)雜，尤其是其中的ac碼電路，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜。(4)網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)方式是在服務(wù)器處配置外部時(shí)鐘源，該裝置通過串口將時(shí)鐘源的時(shí)鐘信號(hào)接入服務(wù)器，由服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式發(fā)出對(duì)時(shí)命令，對(duì)其下的各個(gè)工作站進(jìn)行對(duì)時(shí)。目前，網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議ntp和簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議sntp是使用最普遍的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間傳輸協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)的缺點(diǎn)是需要有可信賴的網(wǎng)絡(luò)及穩(wěn)定的傳輸時(shí)延，通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致時(shí)延變化時(shí)，對(duì)時(shí)的精度將會(huì)收到影響，網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)一般采用的主從模式依賴于主服務(wù)器的時(shí)鐘，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)之間的鏈路中斷后，從節(jié)點(diǎn)的時(shí)間將無法進(jìn)行同步。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)當(dāng)前對(duì)時(shí)方法的存在著擴(kuò)展性差、對(duì)時(shí)精度不夠、對(duì)時(shí)系統(tǒng)復(fù)雜等問題，本發(fā)明提出了一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析方法，利用故障信息系統(tǒng)中的歷史錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)差的精確分析。本發(fā)明具體采用以下技術(shù)方案。一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析方法，其特征在于，所述站間時(shí)差分析方法包括以下步驟：步驟1：擇兩廠站之間有物理線路連接的故障錄波數(shù)據(jù)，并提取該物理線路兩端的錄波數(shù)據(jù)即各相原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)，分別放入對(duì)應(yīng)該線路兩端的兩個(gè)故障錄波集中；步驟2：確定線路兩端錄波數(shù)據(jù)中各個(gè)相別故障起始時(shí)刻及該起始時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電流時(shí)序數(shù)據(jù)的下標(biāo)，其中所述下標(biāo)用于表示故障錄波數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的序號(hào)；步驟3：采用動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整方法搜索故障特征匹配的故障錄波對(duì)；步驟4：計(jì)算有物理線路連接的兩廠站故障錄波數(shù)據(jù)之間的時(shí)間差，并生成主站所對(duì)應(yīng)的所有廠站之間整體時(shí)間偏移表。本發(fā)明進(jìn)一步包括以下優(yōu)選方案：在步驟1中，監(jiān)控管理中心主站對(duì)各個(gè)廠站的錄波數(shù)據(jù)集進(jìn)行遍歷，選擇兩廠站之間有物理線路連接的錄波數(shù)據(jù)，將所述物理線路兩端廠站上送的錄波數(shù)據(jù)分別放入對(duì)應(yīng)該線路兩端的兩個(gè)故障錄波集中。步驟2具體包括以下內(nèi)容：2.1計(jì)算線路兩端的原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)的頻域特征數(shù)據(jù)；2.2根據(jù)頻域特征數(shù)據(jù)判定故障相，并標(biāo)識(shí)該相故障錄波數(shù)據(jù)的相對(duì)起始時(shí)刻；2.3根據(jù)2.2錄波內(nèi)故障相對(duì)起始時(shí)刻，計(jì)算原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的下標(biāo)記為faultindex；如果2.2沒有判斷出故障相，則令原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)的下標(biāo)faultindex為無效值。在步驟2.2中，如果當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的頻率特征數(shù)據(jù)滿足以下三個(gè)條件其中的一個(gè)，則判定當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)n為錄波內(nèi)故障相對(duì)起始時(shí)刻：(1)頻率特征數(shù)據(jù)中最大值的頻率fn不在工頻的門限范圍內(nèi)[工頻-thr1，工頻+thr1]，thr1＝5；(2)頻率特征數(shù)據(jù)最大幅值小于幅值門限值thr2，thr2＝10-6，即0.000001；(3)當(dāng)前時(shí)刻頻率特征數(shù)據(jù)最大幅值,較之前幅值平均值的變化率大于變化率門限值thr3；thr3為變化率門檻值，設(shè)定為0.05。在步驟3具體包括以下內(nèi)容：3.1篩選故障相別相同的錄波數(shù)據(jù)作為備選錄波對(duì)，分別放入線路的待匹配的兩端錄波集合對(duì)中；3.2搜索兩端錄波集合對(duì)中表征同一次故障的錄波數(shù)據(jù)對(duì)。在步驟4中，根據(jù)步驟3搜索到的匹配的故障錄波對(duì)，計(jì)算故障錄波對(duì)中兩錄波的本地記錄時(shí)間，以及各自錄波數(shù)據(jù)內(nèi)的故障起始時(shí)刻，進(jìn)而得到兩個(gè)廠站之間的時(shí)間編譯，最終得到主站下屬的廠站之間的時(shí)間偏移表；主站處理故障數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)此表進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊和關(guān)聯(lián)。本發(fā)明具有以下有益效果：本專利的方法不依賴于線路參數(shù)和電力系統(tǒng)架構(gòu)，基于現(xiàn)有故障信息系統(tǒng)的歷史錄波數(shù)據(jù)，即可對(duì)廠站間的時(shí)間進(jìn)行精確同步，實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單易操作且準(zhǔn)確性較高，具有較強(qiáng)的魯棒性。附圖說明圖1是本發(fā)明的基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析原理圖；圖2是本發(fā)明公開的基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析方法流程示意圖；圖3是確定錄波數(shù)據(jù)中各個(gè)相別故障相對(duì)起始時(shí)刻的流程示意圖；圖4是采用動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整方法搜索故障特征匹配的故障錄波對(duì)的流程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)一步說明。本發(fā)明提出一種基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析方法，基于廠站間歷史故障錄波數(shù)據(jù)對(duì)廠站間的時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，該方法的可行性基于以下分析：在電力網(wǎng)絡(luò)中，廠站之間的平均距離在百公里量級(jí)，電信號(hào)在輸電線路中傳播速度速度在290千米/s之間，因此當(dāng)發(fā)生輸電線路故障時(shí)，在真實(shí)時(shí)間坐標(biāo)系中，線路兩端錄波器收到故障波形的時(shí)間差在微秒以下。因此只要找到故障引起線路兩端的故障錄波(該錄波附加本地絕對(duì)時(shí)間)，就可以確定站間的時(shí)差。不同原因如山火、雷電、異物、鳥害引起的故障錄波中的電流信號(hào)特征細(xì)節(jié)是不同的，即使是同種類型的故障，電流信號(hào)特征也是有差別的，因此可以通過分析電流特征從海量的錄波集中找到同一次故障的兩端錄波對(duì)。典型的線路故障引起線路兩端廠站的故障數(shù)據(jù)生成過程如圖1所示。在線路上產(chǎn)生故障后，故障信號(hào)沿線路tl_a、tl_b向兩端廠站a、b站進(jìn)行傳播，故障信號(hào)從故障點(diǎn)達(dá)到各自的站內(nèi)錄波器tr_a、tr_b以后，錄波器根據(jù)設(shè)定的邏輯條件進(jìn)行錄波。錄波器持續(xù)不斷的對(duì)電氣量包括電壓電流進(jìn)行采集緩存，但是并不形成錄波文件，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，錄波器會(huì)將故障時(shí)刻前一段時(shí)間數(shù)據(jù)也進(jìn)行存儲(chǔ)。不同的錄波器對(duì)故障錄波的反應(yīng)時(shí)間不同，導(dǎo)致故障點(diǎn)距離開始時(shí)間是不同的。通過錄波內(nèi)故障點(diǎn)相對(duì)時(shí)間的定位，可以完成線路兩端錄波的精確對(duì)時(shí)。本發(fā)明公開的基于故障錄波數(shù)據(jù)的站間時(shí)差分析方法如附圖2所示，電力系統(tǒng)故障信息管理系統(tǒng)具有層次化的系統(tǒng)體系，其結(jié)構(gòu)包括監(jiān)控管理中心主站系統(tǒng)和置于變電站內(nèi)的廠站系統(tǒng)，主站與廠站之間是一對(duì)多的關(guān)系，通過輸電線路與廠站的連接，構(gòu)成電力傳輸網(wǎng)絡(luò)。廠站系統(tǒng)完成本變電站的故障數(shù)據(jù)的采集、預(yù)處理、自檢等工作，將數(shù)據(jù)上送到主站。主站進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)的處理和故障分析。所述站間時(shí)差分析方法包括以下步驟：步驟1：選擇兩廠站之間有物理線路連接的故障錄波數(shù)據(jù)，并提取該物理線路兩端的各相原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)；對(duì)于監(jiān)控管理中心主站對(duì)各個(gè)廠站的錄波數(shù)據(jù)集進(jìn)行遍歷，根據(jù)錄波通道配置，選擇兩廠站之間有物理線路連接的錄波數(shù)據(jù)，假設(shè)線路為l，監(jiān)控管理中心主站將線路l兩端廠站上送的錄波數(shù)據(jù)分別放入waveset_l_a，waveset_l_b兩個(gè)數(shù)據(jù)集中，其中，waveset_l_a，waveset_l_b表示線路l兩端的a廠站和b廠站的故障錄波數(shù)據(jù)集合。對(duì)兩個(gè)集合中的錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立處理，分別提取該線路兩端錄波數(shù)據(jù)中的各相原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)：iaa,iab,iac和iba,ibb,ibc；其中，iaa,iab,iac表示線路一端(a端)的a、b、c三相電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)，iba,ibb,ibc表示線路另一端(b端)的a、b、c三相電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)。步驟2：確定錄波中各個(gè)相別故障相對(duì)起始時(shí)刻及下標(biāo)；如附圖3所示，步驟2包括以下內(nèi)容：2.1計(jì)算線路兩端的原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)的頻域特征數(shù)據(jù)，對(duì)原始電流時(shí)間序列數(shù)據(jù)進(jìn)行加窗傅里葉變換：p＝stft(s,nfft,w,h,fs)s為原始電流信號(hào)為ia，ib，ic其中之一。需獨(dú)立、分別的對(duì)ia，ib，ic進(jìn)行加窗傅里葉變換，s的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)為t，采樣率為fs，nfft為傅立葉變換長(zhǎng)度，w為選擇窗口包含的數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)，h窗口與窗口之間的數(shù)據(jù)點(diǎn)重疊個(gè)數(shù)，fs為錄波原始采樣率；對(duì)s進(jìn)行加窗傅里葉變換后的輸出p為對(duì)原始信號(hào)分解后的矩陣，有n行m列，其中，n＝(t-w)/h，為窗口數(shù)；m＝nfft/2，為頻率段數(shù)；由p得到每個(gè)時(shí)間窗上的頻譜最大幅值和對(duì)應(yīng)的頻率；第n個(gè)時(shí)間窗上的最大幅值為：maxpn＝{max(pn,m)|m＝1..m}，n為第n個(gè)時(shí)間窗，n＝1..n，p為n*m的矩陣，為信號(hào)s加窗傅立葉變換后所得的矩陣。maxp為1*n的一個(gè)數(shù)組。對(duì)應(yīng)的頻率為：fn＝{freq(m)|max(pn,m),m＝1..m}，其中n＝1..n，其中freq(m)＝m/m*fs；2.2判定錄波內(nèi)故障相對(duì)起始時(shí)刻；從令n＝1…n遍歷數(shù)組maxpn、fn中的每個(gè)值，如果當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)的頻率特征數(shù)據(jù)滿足以下三個(gè)條件其中的一個(gè)，則判定當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)n為錄波內(nèi)故障相對(duì)起始時(shí)刻：(1)如果最大幅值maxfn所對(duì)應(yīng)的頻率fn不在工頻的門限范圍內(nèi)[工頻-thr1，工頻+thr1]，thr1＝5；(2)最大幅值maxfn小于幅值門限值thr2，thr2＝10-6，即0.000001；(3)當(dāng)前時(shí)刻最大幅值,較之前幅值平均值的變化率大于變化率門限值thr3，即abs指的是取絕對(duì)值，mean指的是求平均值,maxp、n同步驟2.1中的定義，thr3為變化率門檻值設(shè)定為0.05。2.3根據(jù)步驟2.2得到的錄波內(nèi)故障相對(duì)起始時(shí)刻，計(jì)算其對(duì)應(yīng)的下標(biāo)記為faultindex，具體到三個(gè)通道，下標(biāo)記為faultindexa、faultindexb、faultindexc；如果該相別沒有滿足三個(gè)規(guī)則的數(shù)據(jù)，則令faultindex為無效值。步驟3：采用動(dòng)態(tài)時(shí)間歸整方法搜索故障特征匹配的故障錄波對(duì)。如附圖4所示，步驟3包括以下內(nèi)容：3.1篩選符合條件的數(shù)據(jù)；根據(jù)步驟2的計(jì)算結(jié)果，確定錄波數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的故障線路相別，篩選故障相別相同的錄波數(shù)據(jù)作為備選錄波對(duì)，分別放入線路l的兩端錄波集合對(duì)中：＜matchset_l_a,matchset_l_b＞；3.2搜索線路l的兩端錄波集合matchset_l_a、matchset_l_b中表征同一次故障的錄波數(shù)據(jù)對(duì)；(1)分別從matchset_l_a、matchset_l_b中取出一個(gè)錄波文件，wa和wb；(2)選擇wa、wb中的故障相電流錄波數(shù)據(jù)經(jīng)過步驟2.1的處理分別得到wa、wb對(duì)應(yīng)的p，分別記作pa和pb，維度分別為[na，ma]和[nb，mb]，n1、n2分別為兩者的窗口數(shù)；如果的采樣頻率不一致，即m，則截取較低頻率的數(shù)據(jù)；(3)將pa，pb視作長(zhǎng)度分別為n1、n2，元素為[1*m]向量的序列，m為頻率段數(shù)，那么計(jì)算序列pa和pb的相似度矩陣為：其中d(pai,pbj)＝pai·pbj/|pai|×|pbi|，i，j為矩陣simm的橫縱坐標(biāo)。采用dtw(dynamictimewarping，動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整)算法，求相似度矩陣simm從左上到右下的累積最短距離accd(n1，n2)。對(duì)accd的定義如下:accd(i,j)＝simm(i,j)+min{accd(i,j-1),accd(i-1,j),accd(i-1,j-1)}其中i，j分別為simm的行下標(biāo)和列下標(biāo)，1<＝i<＝n1，1<＝j(luò)<＝n2。accd(n1，n2)對(duì)應(yīng)的最短路徑為：w＝w1,w2,....,wk,...wk其中max(n1，n2)<＝k<n1+n2，wk的值為矩陣橫縱坐標(biāo)對(duì)<n1,n2>，wk-1的值為accd(n1,n2-1),accd(n1-1,n2),accd(n1-1,n2-1)三個(gè)元素中最小的元素的下標(biāo)(比如，假設(shè)accd(n1,n2-1)是三個(gè)中最小元素，則wk-1＝＜n1,n2-1＞)，以此類推，可以往前求得到w1的值。根據(jù)步驟2求的錄波內(nèi)故障相對(duì)時(shí)間點(diǎn)方法，分別得到pa和pb的故障點(diǎn)faultindexa和faultindexb，檢測(cè)以下三個(gè)條件是否同時(shí)滿足：1)<faultindexa，faultindexb>是否在最短路徑w中2)其后長(zhǎng)度為thr3的路徑在w中，設(shè)定thr3＝10，即<faultindexa+1，faultindexb+1>，…，<faultindexa+thr3，faultindexb+thr3>屬于w序列。3)兩個(gè)序列的最小距離accd(n1，n2)/k>thr4，thr4＝99％；如果三個(gè)條件都滿足，則pa、pb對(duì)應(yīng)的錄波wa和wb為匹配成功錄波對(duì)。步驟4：計(jì)算有物理線路連接的兩子站故障錄波數(shù)據(jù)之間的時(shí)間差，并生成整體時(shí)間偏移表；假設(shè)錄波wa的本地記錄時(shí)間是ta，wb的本地記錄錄波時(shí)間為tb。錄波內(nèi)的故障時(shí)刻偏移為tfa＝faultindexa/fs，tfb＝faultindexb/fs，站a與站b的時(shí)間差為：δta，b＝(ta+tfa)-(tb+tfb)根據(jù)之前的計(jì)算，可以得到站與站之間的時(shí)間偏移表，如表1所示。主站處理數(shù)據(jù)時(shí)，可以根據(jù)此表進(jìn)行數(shù)據(jù)的時(shí)間對(duì)齊和關(guān)聯(lián)。另外，如果表中有g(shù)ps對(duì)時(shí)的子站，則以此站為基準(zhǔn)，其他在表中跟其有直接關(guān)系和間接關(guān)系的，都可以按照時(shí)間偏移表進(jìn)行時(shí)間調(diào)整和對(duì)齊，生成本地精確時(shí)間。表1.時(shí)間偏移表線路名站名站名時(shí)間差l1a站b站δτa，bl2a站c站δτa，c。。。。。。。。。。。。當(dāng)前第1頁(yè)12