基于数据压缩与GPRS的配变数据采集与监控系统研究

摘要

随着配电自动化的不断推广，巨量数据的通信与存储问题已成为电力系统中一个非常重要且急待解决的问题，而解决这一难题的首要任务是对录波数据进行压缩。本文针对这一现状，对电力系统录波数据的压缩、远传及解压缩等相关问题进行理论研究和仿真分析。 首先分析了常见数据压缩算法，随后介绍了GPRS技术特点及优势，介绍了GPRS的网络结构，还对GPRS在电力通信网中的可行性进行了分析。 对稳态录波数据，论述了两种压缩方法：第一种方法为线性预测差分编码和静态固定哈夫曼编码相结合的无损压缩算法，首先采用线性预测差分编码减小录波数据采样点之间的相似性，然后利用静态固定哈夫曼编码对差分编码后的录波数据进一步消除冗余。第二种方法采用传统的傅立叶变换把原始信号从时域变换到频域，舍弃20次及其以上的高次谐波成分，然后对保留的直流分量、基波和各次谐波的幅值和相角数据量化后和量化时分别乘以的倍数系数构成一个数组，以字符形式保存，采用静态哈夫曼编码对变换数据进行压缩。对暂态录波数据，采用小波变换和字典压缩编码(LZW)相结合的有损压缩算法，小波变换在时域和频域都有着良好的局部化能力，因而它对录波数据的压缩能力非常强，该算法对小波变换阀值量化后的小波系数采用字典压缩编码进一步压缩，提高了压缩性能。 对稳态和暂态同时存在的录波数据，提出一种基于傅立叶变换和小波变换的录波数据压缩新方法。该方法先对录波信号进行分段扰动类型检测，然后根据各段信号的扰动类型分别选择合适的压缩方法：对稳态录波信号用傅立叶变换与静态哈夫曼编码相结合的方法进行数据压缩；对暂态录波信号用小波变换进行数据压缩，然后对阀值量化后的系数采用字典压缩编码进一步压缩。 对几种压缩方法都作了大量的仿真分析，实验证明了基于傅立叶变换和小波变换的录波数据压缩新方法的有效性。证明了该方法对解决电力系统录波数据的压缩问题理论上是行得通的。最后，GPRS数据传输测试通过压缩前后文件的传输效果的比较分析，证明了数据压缩的必要性。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状与发展

1.3论文研究的主要内容、目标与方法

1.4本文结构

第2章相关技术介绍

2.1数据压缩

2.1.1数据压缩的原理

2.1.2数据压缩的分类

2.2 GPRS技术介绍

2.2.1 GPRS的主要技术特点

2.2.2 GPRS网络结构

2.2.3 GPRS的协议模型

2.2.4 GPRS在配电自动化系统应用可行性分析

2.3本章小结

第3章稳态录波数据的压缩

3.1录波数据的特点

3.2傅立叶变换与稳态录波数据压缩

3.2.1傅立叶变换原理

3.2.2 FFT算法

3.2.3压缩步骤

3.3线性预测差分编码与录波数据压缩

3.3.1线性预测差分编码的基本思想

3.3.2一阶线性预测差分原理

3.3.3一阶线性预测差分编码的实现

3.4哈夫曼编码与录波数据压缩

3.4.1傅立叶变换与哈夫曼编码

3.4.2线性预测差分编码与哈夫曼编码

3.5仿真分析

3.5.1仿真分析实例1

3.5.2仿真分析实例2

3.5.3仿真分析实例3

3.5.4压缩效果比较

3.6本章小结

第4章基于小波变换的暂态录波数据的压缩

4.1小波变换原理

4.1.1连续小波变换

4.1.2离散小波变换

4.1.3多分辨率分析与尺度函数

4.1.4 Mallat算法

4.2基于小波变换的数据压缩方法

4.2.1压缩原理

4.2.2小波基和分解的阶数的选择

4.2.3各级高频分量阀值的设置

4.2.4熵编码方案设计

4.3基于傅立叶变换与小波变换的数据压缩方法

4.3.1压缩原理

4.3.2算法实现

4.4仿真分析

4.5本章小结

第5章基于GPRS的监控系统远程数据传输

5.1基于GPRS的配变监控系统

5.1.1系统功能概述

5.1.2基于GPRS的监控系统总体结构

5.2系统通信方案

5.2.1系统数据传输方式

5.2.2监控中心接入方案

5.2.3系统通信协议的选择

5.3 GPRS远程数据传输测试与结果

5.3.1测试过程

5.3.2压缩前后通信效果的比较

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文