數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。當前主要存在的數值丟幀技術問題包括相關參數的跟蹤問題以及具體處理工作方法的協調問題等，具體處理方法包括對丟幀參數的插入處理以及延續化的數值使用。實踐證明，利用此方法，相關誤差可以得到相應的控制。

關鍵詞：數字電能計量;采樣值;丟幀

0? ? 引言

在數字電能計量采集設施的運行過程中，可以根據當前的專業設備運行狀況以及相關的參數管理工作標準，對所有的數據進行處理。在之后具體的使用中，數據都可以被第一時間反饋性地記錄和分析，而且使得電力企業可以根據所取得的數據和相關參數，對用戶的用電總量進行分析。目前的運行過程中，發現這類設施很可能會在運行過程中出現丟幀問題，使得相關參數的記錄不精確。

1 數字電能計量采樣值丟幀原因

1.1 系統運行原理

數字電能計量系統的運行原理如圖1所示。

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

1.2 網絡層級處理

在各類設施的使用中，定義了兩種特殊的通信服務映射關系，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操作，可以被映射到具體的通信網絡和相關協議之內。另外在信息的傳輸過程中，通過使用當前的通信協議，可在數據幀的傳輸方式上保持基本相同狀態，因此為了能夠保障所有數據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絡通信過程中使用的TCP/IP協議，而且之后采用應用層映射到數據鏈路層的方式進行信息的處理[1]。

1.3 整體采樣處理

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

2 數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，能夠直接將產生的丟失點位用零進行替代，該方法可以在具體的建設過程中，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，該方案經過應用之后，由于直接采用數字量替代本應存在的其他類型信息，那么如果直接采用這一替換方法，產生的原有信號中，很可能無法進行高精準度的傳遞，這就使得最終生成的參數中，實際產生的信號之間存在較大的誤差[2]。通過當前所建立的專業化仿真工作方法來看，采用直接性的填零法，在產生的計量誤差大小和丟失點的相關參數中，會和對應的電流與電壓值的相位參數有關，同時也與功率因數具有較高的關聯。從取得的結果上來看，生成的誤差大小與丟失點的相位數值和功率因素的關系中，可以直接進行跟蹤，通過對最終處理結果的分析，可以得到一些典型數值，同時也可以發現通過使用該方法，最終能夠產生較大的誤差。

2.2 丟失點插值處理

從技術原理來看，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字的插值處理，而通過該方法，可以直接使用數值分析的模式恢復丟失點。當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，并對多項式實現對未知點的計算，且根據多項式的處理次數，需要根據該插值法，可以分為一次、二次以及三次拉格朗日插值法。當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，直接計算該參數的多項式參數，且使用丟失點之前的所有點位，實現對相關的參數多項式內各個系數的計算。在拉格朗日法進行內插算法的處理過程中，必須能夠實現對采樣值的整體性處理并消除延遲效應，同時在出現丟幀過長時，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，其中構造出一個三次多項式，從而在整個區間內的函數中，實現全面處理，三次樣條插值法可以進行內插處理，通常情況下，在插值法的使用過程中，次數越高則越不光滑，但是整體的計算難度也越大，三次樣條插值可以認為是拉格朗日插值法的特殊應用，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，此時如果發現某個點位發生丟失問題時，那么直接采用與之相連的點位，將該參數納入丟失的點位處，從而得到相關信號，該方法的優勢為，都不會增加計算開銷，同時只需對所有參數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多，如果直接使用上一個點位的相關節點，補充丟失的節點時，那么很容易導致這兩個參數之間的相關參數體系內，最終實際生成的專業化參數中，很可能在運行中產生了變化，就意味著如果要能夠使用這類專業化的處理方法，自然就意味著最終所獲得的數值和實際生成的數據之間存在不同，這就無法最大限度地降低生產的誤差[3]。

2.4 誤差分析處理結果

雖然多種方法的處理過程都會產生一定的形容誤差，但是從當前的研究結果可以發現，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參數處理過程，以及丟失點的替代處理過程中，該處理過程則很容易產生過渡性的參數誤差問題。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所示的結果。

從所取得的結果來看，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 結語

綜上所述，數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，因此在相關的技術選用中，必須要選擇科學的方案。

[參考文獻]

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

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

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

（編輯 王雪芬）