數(shù)字電能計量采樣值丟幀處理方法研究

胡婷婷 丁海麗 周媛奉

摘 要：針對數(shù)字電能計量采集值丟幀問題，文章探討了針對丟幀問題的具體解決方法。當(dāng)前主要存在的數(shù)值丟幀技術(shù)問題包括相關(guān)參數(shù)的跟蹤問題以及具體處理工作方法的協(xié)調(diào)問題等，具體處理方法包括對丟幀參數(shù)的插入處理以及延續(xù)化的數(shù)值使用。實踐證明，利用此方法，相關(guān)誤差可以得到相應(yīng)的控制。

關(guān)鍵詞：數(shù)字電能計量;采樣值;丟幀

0? ? 引言

在數(shù)字電能計量采集設(shè)施的運行過程中，可以根據(jù)當(dāng)前的專業(yè)設(shè)備運行狀況以及相關(guān)的參數(shù)管理工作標(biāo)準(zhǔn)，對所有的數(shù)據(jù)進行處理。在之后具體的使用中，數(shù)據(jù)都可以被第一時間反饋性地記錄和分析，而且使得電力企業(yè)可以根據(jù)所取得的數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)，對用戶的用電總量進行分析。目前的運行過程中，發(fā)現(xiàn)這類設(shè)施很可能會在運行過程中出現(xiàn)丟幀問題，使得相關(guān)參數(shù)的記錄不精確。

1 數(shù)字電能計量采樣值丟幀原因

1.1 系統(tǒng)運行原理

數(shù)字電能計量系統(tǒng)的運行原理如圖1所示。

其中在電子式互感器的使用過程中，可以實現(xiàn)對智能變電站中相關(guān)參數(shù)的全面跟蹤，且可以通過對二次電流電壓的數(shù)字化表達，通過通信協(xié)議，直接將所取得的所有參數(shù)值傳遞給處理單元。之后可以將當(dāng)前所生成的三項電流和電壓值進行專業(yè)的處理并打包成報文，并且把報文的相關(guān)參數(shù)直接傳遞給數(shù)字化的電能表。處理過程中可以使用傳統(tǒng)式的互感器處理系統(tǒng)，但是該系統(tǒng)的運行過程中，會采用模擬二次電流、電壓的傳送單元和處理模式，實現(xiàn)對相關(guān)信息的處理。無論是何種方法，在當(dāng)前的使用過程中都可以確保信息精準(zhǔn)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層級處理

在各類設(shè)施的使用中，定義了兩種特殊的通信服務(wù)映射關(guān)系，之后將所有獲得的信息直接傳遞給該模型，并且借助對該模型的相關(guān)操作，可以被映射到具體的通信網(wǎng)絡(luò)和相關(guān)協(xié)議之內(nèi)。另外在信息的傳輸過程中，通過使用當(dāng)前的通信協(xié)議，可在數(shù)據(jù)幀的傳輸方式上保持基本相同狀態(tài)，因此為了能夠保障所有數(shù)據(jù)的傳輸過程可以達到實時的快速處理性能要求，通常需要省略一般網(wǎng)絡(luò)通信過程中使用的TCP/IP協(xié)議，而且之后采用應(yīng)用層映射到數(shù)據(jù)鏈路層的方式進行信息的處理[1]。

1.3 整體采樣處理

在整個系統(tǒng)的運行過程中，TCP/IP協(xié)議可以保持大量數(shù)據(jù)的可靠傳遞，對于其他類型的通信協(xié)議則可以通過通信協(xié)議，省略TCP/IP協(xié)議運行過程中所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)延遲，并且能夠最大限度地節(jié)省映射的工作資源。數(shù)字電能計量系統(tǒng)的運行過程中，通常情況下不會產(chǎn)生過大量的參數(shù)，但是對空間的占有率方面以及相關(guān)設(shè)施的安裝提出了較高的要求，因此可以使用這類通信協(xié)議。但是該協(xié)議的使用過程中，整個系統(tǒng)通常無法檢測到數(shù)據(jù)中的亂序、多傳、少傳、重復(fù)傳遞以及丟失問題，同時也無法實現(xiàn)對流量的連鎖控制，特別是在GOOSE報文組網(wǎng)的方案下，可以在系統(tǒng)建設(shè)過程中，對這兩種通信協(xié)議進行科學(xué)的選擇。

2 數(shù)字電能計量采樣值丟幀處理方法

2.1 丟失點填零處理

丟失點的填零處理作為最簡單的方法，能夠直接將產(chǎn)生的丟失點位用零進行替代，該方法可以在具體的建設(shè)過程中，無須增加其他的計算處理工作，從而使得所有的參數(shù)可以被第一時間進行有效的記錄和跟蹤。但是缺點在于，該方案經(jīng)過應(yīng)用之后，由于直接采用數(shù)字量替代本應(yīng)存在的其他類型信息，那么如果直接采用這一替換方法，產(chǎn)生的原有信號中，很可能無法進行高精準(zhǔn)度的傳遞，這就使得最終生成的參數(shù)中，實際產(chǎn)生的信號之間存在較大的誤差[2]。通過當(dāng)前所建立的專業(yè)化仿真工作方法來看，采用直接性的填零法，在產(chǎn)生的計量誤差大小和丟失點的相關(guān)參數(shù)中，會和對應(yīng)的電流與電壓值的相位參數(shù)有關(guān)，同時也與功率因數(shù)具有較高的關(guān)聯(lián)。從取得的結(jié)果上來看，生成的誤差大小與丟失點的相位數(shù)值和功率因素的關(guān)系中，可以直接進行跟蹤，通過對最終處理結(jié)果的分析，可以得到一些典型數(shù)值，同時也可以發(fā)現(xiàn)通過使用該方法，最終能夠產(chǎn)生較大的誤差。

2.2 丟失點插值處理

從技術(shù)原理來看，對丟失點位的插值處理過程和填零方法具有一定的相似性，不過在具體的處理階段，需要對最終處理的方法進行其他數(shù)字的插值處理，而通過該方法，可以直接使用數(shù)值分析的模式恢復(fù)丟失點。當(dāng)前主要采用兩種測試方法，一種是拉格朗日插值法，另一種是三次樣條插值法。在拉格朗日插值法的使用中，可以在該過程中直接構(gòu)造出一個插值多項式，同時，該方法可以保障已知的所有點位都能夠滿足在這一插值之后使用，并對多項式實現(xiàn)對未知點的計算，且根據(jù)多項式的處理次數(shù)，需要根據(jù)該插值法，可以分為一次、二次以及三次拉格朗日插值法。當(dāng)然該方法也可以在具體的處理中分為兩種模式，一種是在丟失點的前后點位處，直接計算該參數(shù)的多項式參數(shù)，且使用丟失點之前的所有點位，實現(xiàn)對相關(guān)的參數(shù)多項式內(nèi)各個系數(shù)的計算。在拉格朗日法進行內(nèi)插算法的處理過程中，必須能夠?qū)崿F(xiàn)對采樣值的整體性處理并消除延遲效應(yīng)，同時在出現(xiàn)丟幀過長時，能夠取得各類有效的采樣點，并在到達之后進行插值運算。

三次樣條插值法的使用中，主要包括兩個要點，其中構(gòu)造出一個三次多項式，從而在整個區(qū)間內(nèi)的函數(shù)中，實現(xiàn)全面處理，三次樣條插值法可以進行內(nèi)插處理，通常情況下，在插值法的使用過程中，次數(shù)越高則越不光滑，但是整體的計算難度也越大，三次樣條插值可以認(rèn)為是拉格朗日插值法的特殊應(yīng)用，不過計算開銷最大。

2.3 丟失點替代處理

丟失點替代處理與填零法最為相似，此時如果發(fā)現(xiàn)某個點位發(fā)生丟失問題時，那么直接采用與之相連的點位，將該參數(shù)納入丟失的點位處，從而得到相關(guān)信號，該方法的優(yōu)勢為，都不會增加計算開銷，同時只需對所有參數(shù)進行有效記錄和使用即可，但是缺陷在于，在這類方法的使用過程中整體性的相差數(shù)多，如果直接使用上一個點位的相關(guān)節(jié)點，補充丟失的節(jié)點時，那么很容易導(dǎo)致這兩個參數(shù)之間的相關(guān)參數(shù)體系內(nèi)，最終實際生成的專業(yè)化參數(shù)中，很可能在運行中產(chǎn)生了變化，就意味著如果要能夠使用這類專業(yè)化的處理方法，自然就意味著最終所獲得的數(shù)值和實際生成的數(shù)據(jù)之間存在不同，這就無法最大限度地降低生產(chǎn)的誤差[3]。

2.4 誤差分析處理結(jié)果

雖然多種方法的處理過程都會產(chǎn)生一定的形容誤差，但是從當(dāng)前的研究結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，采用丟失點的填入處理方法時，無論是對于生成的拉格朗日處理法，還是對于三次采樣方法，實際生成的誤差都較小，但是對使用的填零法相關(guān)參數(shù)處理過程，以及丟失點的替代處理過程中，該處理過程則很容易產(chǎn)生過渡性的參數(shù)誤差問題。在具體處理過程中，對丟失點的替代處理和上一個點位的代替性處理過程中，最終可以得到如表1所示的結(jié)果。

從所取得的結(jié)果來看，使用替代點的操作，可以在一定程度上降低誤差值，但是這類誤差無法進行有效的消除，因此在相關(guān)方法的選擇過程中，如果整個體系具有較高的運算能力，需要采用插值法，如果計算空間較小，可以采用點位代替法。

3 結(jié)語

綜上所述，數(shù)字電能計量采集丟幀問題的處理過程，可采用的方法包括填零法、替代法和插值法。所有的方法使用中，都不可避免地會產(chǎn)生一定誤差量，插值法的誤差最小，不過同時對計算能力的要求最高，因此在相關(guān)的技術(shù)選用中，必須要選擇科學(xué)的方案。

[參考文獻]

[1]童博識.數(shù)字化電能表測試技術(shù)和運行管理措施[J].農(nóng)村電工，2020（11）：51-52.

[2]李君，王信，王琪，等.數(shù)字電能計量整體性能檢測方法研究及方案實現(xiàn)[J].電子世界，2020（19）：148-149.

[3]唐毅，江波，李紅斌.數(shù)字電能計量采樣值丟幀處理方法[J].電工技術(shù)學(xué)報，2014（S1）：444-448.

（編輯 王雪芬）