数字电能计量采样值丢帧处理方法研究

胡婷婷 丁海丽 周媛奉

摘 要：针对数字电能计量采集值丢帧问题，文章探讨了针对丢帧问题的具体解决方法。当前主要存在的数值丢帧技术问题包括相关参数的跟踪问题以及具体处理工作方法的协调问题等，具体处理方法包括对丢帧参数的插入处理以及延续化的数值使用。实践证明，利用此方法，相关误差可以得到相应的控制。

关键词：数字电能计量;采样值;丢帧

0    引言

在数字电能计量采集设施的运行过程中，可以根据当前的专业设备运行状况以及相关的参数管理工作标准，对所有的数据进行处理。在之后具体的使用中，数据都可以被第一时间反馈性地记录和分析，而且使得电力企业可以根据所取得的数据和相关参数，对用户的用电总量进行分析。目前的运行过程中，发现这类设施很可能会在运行过程中出现丢帧问题，使得相关参数的记录不精确。

1 数字电能计量采样值丢帧原因

1.1 系统运行原理

数字电能计量系统的运行原理如图1所示。

其中在电子式互感器的使用过程中，可以实现对智能变电站中相关参数的全面跟踪，且可以通过对二次电流电压的数字化表达，通过通信协议，直接将所取得的所有参数值传递给处理单元。之后可以将当前所生成的三项电流和电压值进行专业的处理并打包成报文，并且把报文的相关参数直接传递给数字化的电能表。处理过程中可以使用传统式的互感器处理系统，但是该系统的运行过程中，会采用模拟二次电流、电压的传送单元和处理模式，实现对相关信息的处理。无论是何种方法，在当前的使用过程中都可以确保信息精准。

1.2 网络层级处理

在各类设施的使用中，定义了两种特殊的通信服务映射关系，之后将所有获得的信息直接传递给该模型，并且借助对该模型的相关操作，可以被映射到具体的通信网络和相关协议之内。另外在信息的传输过程中，通过使用当前的通信协议，可在数据帧的传输方式上保持基本相同状态，因此为了能够保障所有数据的传输过程可以达到实时的快速处理性能要求，通常需要省略一般网络通信过程中使用的TCP/IP协议，而且之后采用应用层映射到数据链路层的方式进行信息的处理[1]。

1.3 整体采样处理

在整个系统的运行过程中，TCP/IP协议可以保持大量数据的可靠传递，对于其他类型的通信协议则可以通过通信协议，省略TCP/IP协议运行过程中所产生的网络延迟，并且能够最大限度地节省映射的工作资源。数字电能计量系统的运行过程中，通常情况下不会产生过大量的参数，但是对空间的占有率方面以及相关设施的安装提出了较高的要求，因此可以使用这类通信协议。但是该协议的使用过程中，整个系统通常无法检测到数据中的乱序、多传、少传、重复传递以及丢失问题，同时也无法实现对流量的连锁控制，特别是在GOOSE报文组网的方案下，可以在系统建设过程中，对这两种通信协议进行科学的选择。

2 数字电能计量采样值丢帧处理方法

2.1 丢失点填零处理

丢失点的填零处理作为最简单的方法，能够直接将产生的丢失点位用零进行替代，该方法可以在具体的建设过程中，无须增加其他的计算处理工作，从而使得所有的参数可以被第一时间进行有效的记录和跟踪。但是缺点在于，该方案经过应用之后，由于直接采用数字量替代本应存在的其他类型信息，那么如果直接采用这一替换方法，产生的原有信号中，很可能无法进行高精准度的传递，这就使得最终生成的参数中，实际产生的信号之间存在较大的误差[2]。通过当前所建立的专业化仿真工作方法来看，采用直接性的填零法，在产生的计量误差大小和丢失点的相关参数中，会和对应的电流与电压值的相位参数有关，同时也与功率因数具有较高的关联。从取得的结果上来看，生成的误差大小与丢失点的相位数值和功率因素的关系中，可以直接进行跟踪，通过对最终处理结果的分析，可以得到一些典型数值，同时也可以发现通过使用该方法，最终能够产生较大的误差。

2.2 丢失点插值处理

从技术原理来看，对丢失点位的插值处理过程和填零方法具有一定的相似性，不过在具体的处理阶段，需要对最终处理的方法进行其他数字的插值处理，而通过该方法，可以直接使用数值分析的模式恢复丢失点。当前主要采用两种测试方法，一种是拉格朗日插值法，另一种是三次样条插值法。在拉格朗日插值法的使用中，可以在该过程中直接构造出一个插值多项式，同时，该方法可以保障已知的所有点位都能够满足在这一插值之后使用，并对多项式实现对未知点的计算，且根据多项式的处理次数，需要根据该插值法，可以分为一次、二次以及三次拉格朗日插值法。当然该方法也可以在具体的处理中分为两种模式，一种是在丢失点的前后点位处，直接计算该参数的多项式参数，且使用丢失点之前的所有点位，实现对相关的参数多项式内各个系数的计算。在拉格朗日法进行内插算法的处理过程中，必须能够实现对采样值的整体性处理并消除延迟效应，同时在出现丢帧过长时，能够取得各类有效的采样点，并在到达之后进行插值运算。

三次样条插值法的使用中，主要包括两个要点，其中构造出一个三次多项式，从而在整个区间内的函数中，实现全面处理，三次样条插值法可以进行内插处理，通常情况下，在插值法的使用过程中，次数越高则越不光滑，但是整体的计算难度也越大，三次样条插值可以认为是拉格朗日插值法的特殊应用，不过计算开销最大。

2.3 丢失点替代处理

丢失点替代处理与填零法最为相似，此时如果发现某个点位发生丢失问题时，那么直接采用与之相连的点位，将该参数纳入丢失的点位处，从而得到相关信号，该方法的优势为，都不会增加计算开销，同时只需对所有参数进行有效记录和使用即可，但是缺陷在于，在这类方法的使用过程中整体性的相差数多，如果直接使用上一个点位的相关节点，补充丢失的节点时，那么很容易导致这两个参数之间的相关参数体系内，最终实际生成的专业化参数中，很可能在运行中产生了变化，就意味着如果要能够使用这类专业化的处理方法，自然就意味着最终所获得的数值和实际生成的数据之间存在不同，这就无法最大限度地降低生产的误差[3]。

2.4 误差分析处理结果

虽然多种方法的处理过程都会产生一定的形容误差，但是从当前的研究结果可以发现，采用丢失点的填入处理方法时，无论是对于生成的拉格朗日处理法，还是对于三次采样方法，实际生成的误差都较小，但是对使用的填零法相关参数处理过程，以及丢失点的替代处理过程中，该处理过程则很容易产生过渡性的参数误差问题。在具体处理过程中，对丢失点的替代处理和上一个点位的代替性处理过程中，最终可以得到如表1所示的结果。

从所取得的结果来看，使用替代点的操作，可以在一定程度上降低误差值，但是这类误差无法进行有效的消除，因此在相关方法的选择过程中，如果整個体系具有较高的运算能力，需要采用插值法，如果计算空间较小，可以采用点位代替法。

3 结语

综上所述，数字电能计量采集丢帧问题的处理过程，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，都不可避免地会产生一定误差量，插值法的误差最小，不过同时对计算能力的要求最高，因此在相关的技术选用中，必须要选择科学的方案。

[参考文献]

[1]童博识.数字化电能表测试技术和运行管理措施[J].农村电工，2020（11）：51-52.

[2]李君，王信，王琪，等.数字电能计量整体性能检测方法研究及方案实现[J].电子世界，2020（19）：148-149.

[3]唐毅，江波，李红斌.数字电能计量采样值丢帧处理方法[J].电工技术学报，2014（S1）：444-448.

（编辑 王雪芬）