（电气工程专业论文）基于ieee+comtrade（1999）的电力系统动态记录分析软件.pdf

华南理工大学硕士学位论文 a b s tr a c t 玩o r d e r t o i n v e s t i g a t e t h e p e r f o r m a n c e o f p r o t e c t i v e d e v i c e a n d a u t o m a t i c s a f e t y d e v i c e d u r i n g f a u l t a n d d i s t u r b a n c e c o n d i t i o n s , e l e c t r i c p o w e r p l a n t s a n d e l e c t r i c p o w e r s u b s t a t i o n s a r e e q u i p p e d w i t h f a u l t r e c o r d e r s o r a u t o m a t i c d e v i c e s f o r f a u l t a n d t r a n s i e n t d a t a r e c o r d i n g . i n a d d i t i o n t o d i g i t a l f a u l t r e c o r d e r , m i c r o c o m p u t e r - b a s e d p r o t e c t i o n a n d p o w e r - s y s t e m s i m u l a t o r m a y b e u s e d t o g e n e r a t e d i g i t a l r e c o r d s . a l l t h e s e d e v i c e s a r e i n t e n d e d t o r e c o r d t h e t r a n s i e n t d a t a o f e le c t r i c p o w e r s y s t e m d i s t u r b a n c e , s u c h a s s h o r t c i r c u i t f a u l t , p o w e r s y s t e m o s c i l l a t i o n , f r e q u e n c y b r e a k d o w n , a n d v o l t a g e c o l l a p s e . t h e d a t a r e c o r d e d i n c l u d e p o w e r s y s t e m p a r a m e t e r , p r o t e c t i v e d e v i c e p e r f o r m a n c e , a n d a u t o m a t i c s a f e t y d e v i c e p e r f o r m a n c e . i e e e d e f i n e s a c o mm o n f o r m a t c o mt r a d e ( c o mm o n f o r m a t f o r t r a n s i e n t d a t a e x c h a n g e f o r p o w e r s y s t e m s ) f o r f i l e s c o n t a i n i n g t r a n s i e n t w a v e f o r m a n d e v e n t d a t a c o l l e c t e d f r o m p o w e r s y s t e m s o r p o w e r s y s t e m m o d e l s , w h i c h s o l v e t h e p r o b l e m o f g e n e r a t i n g , s t o r i n g , e x c h a n g i n g , a n d s h a r i n g t h e r e c o r d s a m o n g d i f f e r e n t s y s t e m s . t h e r e a c e t w o e d i t i o n s o f c o mt r a d e c u r r e n t l y : c o mt r a d e 1 9 9 1 a n d c omt r ade 1 9 9 4 , t h e l a t t e r i s t h e r e v i s i o n e d i t i o n o f t h e f o r me r . c omt r ade 1 9 9 1 i s s t i l l i m p l e m e n t e d i n o u r e l e c t r i c p o w e r i n d u s t r y , b u t i t s d e f i c i e n c i e s d i s a b l e i t f o r p e r f e c t a p p l i c a t i o n i n ma n y o c c a s i o n s . t h a t s w h y w e m a k e r e s e a r c h i n t o t h e i e e e c omt ra de 1 9 9 9 s t a n d a r d . s t r i c t l y a c c o r d i n g t o t h e i e e e c o mt r a d e 1 9 9 9 , w e f i n i s h e d t h e d e v e l o p m e n t o f s o f t w a r e f o r a n a l y z i n g t r a n s i e n t d a t a o f e l e c t r i c p o w e r s y s t e m. t h e s o f t w a r e m a y b e u s e d t o r e p l a y t h e t r a n s i e n t w a v e f o r m a n d e v e n t d a t a , a n d t o a n a l y z e t h e f a u l t a n d t r a n s i e n t d a t a . i t p r o v i d e s t o o l s i n p o w e r s y s t e m f a u l t a n d t r a n s i e n t d a t a a n a l y s i s , w h i c h m a y w o r k t o g a t h e r w i t h d i g i t a l f i l t e r . t h e s o f t w a r e w a s c o m p i l e d i n c + + l a n g u a g e , u s i n g mi c r o s o f t v i s u a l c + + .n e t a s d e v e l o p m e n t t o o l s , a n d p a s s e d d e b u g i n wi n d o w s x p . k e y w o r d : t r a n s i e n t d a t a ; f a u l t r e c o r d s ; c o mt r a d e ; c + + i i 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作 者 签 名 : 琢亨 日期: 尹 娜 乒 / “ 丫 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打 “ 年解密后适用本授权书。 , l ， ) 作 者 签 名 : 霉 呼 ” 师 签 “ : 含 弋 飞 日 期: wv 5 年 i 月川 日 日 期 : 卜 叮 . 年 、 月训日 第一章 绪 论 第一章 绪论 1 . ，课题背景 随着电力系统自动化水平的不断提高，数字仿真、微机保护、数字录波、综 合自动化等数字化技术全面应用于电力系统中，这些技术均可采用数字形式记录 电力系统动态过程数据。为使这些数据得到充分的利用，以便不同应用领域以及 不同设备间实现数据共享， 必须制订一种用以交换电力系统暂态数据的标准格式。 电 气和电 子t - 程师学会i e e e ( i n s t i t u t e o f e l e c t r i c a l a n d e l e c t r o n i c s e n g i n e e r s ) 制订的电力系统暂态数据交换通用格式c o m t r a d e ( c o m m o n f o r m a t f o r t r a n s i e n t d a t a e x c h a n g e f o r p o w e r s y s t e m s ) 1 , 2 ， 对电 力系统动态记录的文件格 式进行了标准化，以满足对电力系统动态记录存储、传送、交换实现通用化的需 要。 我国电力部门规定， 电力系统动态记录数据的文件格式应符合c o m t r a d e 1 9 9 1 的 规定 3 , 4 0 c o m t r a d e 1 9 9 1 ( i e e e c 3 7 . 1 1 1 一 1 9 9 1 ) 在实际应用中存在许多不完善之 处，i e e e在 1 9 9 9 年对该其进行修订并重新颁布了c o m t r a d e 1 9 9 9 ( i e e e s t d c 3 7 . 1 1 1 一 1 9 9 9) 。 电力系统动态记录数据的来源主要有:1 . 数字式电力系统故障录波器;2 . 微 机型继电 保护装置;3 . 电 力系统暂态仿真程序e m t p ( e l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n t p r o g r a m) ; 4 . 电 力系统模拟仿真。 国内目前对c o mt r a d e的应用主要集中在电力系统故障录波装置的波形记 录。在电磁暂态仿真领域也有应用 5 , 5 7 。微机保护虽然也用数字形式记录故障波 形，但由于软硬件等方面的限制，对 c o mt r a d e的应用基本是一片空白。 微机故障录波器在电力系统中的应用非常广泛。文献【 7 1 中规定:为了分析 电力系统事故及继电保护和安全自动装置在事故过程中的动作情况，以及为迅速 判定线路故障点的位置， 在主要电厂，2 2 0 k v 及以上变电所和 1 1 0 k v 重要变电所， 应装设故障录波器或其他类型的自动故障记录装置. 由于现行标准 c o mt r a d e 1 9 9 1 的不完善，目前国内很多故障录波器生产厂 家的产品并没有严格按照c o m t r a d e标准执行，而是各自 对c o m t r a d e标准 采取了许多补充规定。在文献 8 l 中提到:目前国内生产故障录波器的厂家多达 2 0 余家， 而各种型号的录波器既没有统一的故障记录格式也不能完全满足电力部 颁( 2 2 0 5 5 0 k v电力系统故障动态记录技术准则 要求的录波动态记录过程标准。 第一章 绪 论 第一章 绪论 1 . ，课题背景 随着电力系统自动化水平的不断提高，数字仿真、微机保护、数字录波、综 合自动化等数字化技术全面应用于电力系统中，这些技术均可采用数字形式记录 电力系统动态过程数据。为使这些数据得到充分的利用，以便不同应用领域以及 不同设备间实现数据共享， 必须制订一种用以交换电力系统暂态数据的标准格式。 电 气和电 子t - 程师学会i e e e ( i n s t i t u t e o f e l e c t r i c a l a n d e l e c t r o n i c s e n g i n e e r s ) 制订的电力系统暂态数据交换通用格式c o m t r a d e ( c o m m o n f o r m a t f o r t r a n s i e n t d a t a e x c h a n g e f o r p o w e r s y s t e m s ) 1 , 2 ， 对电 力系统动态记录的文件格 式进行了标准化，以满足对电力系统动态记录存储、传送、交换实现通用化的需 要。 我国电力部门规定， 电力系统动态记录数据的文件格式应符合c o m t r a d e 1 9 9 1 的 规定 3 , 4 0 c o m t r a d e 1 9 9 1 ( i e e e c 3 7 . 1 1 1 一 1 9 9 1 ) 在实际应用中存在许多不完善之 处，i e e e在 1 9 9 9 年对该其进行修订并重新颁布了c o m t r a d e 1 9 9 9 ( i e e e s t d c 3 7 . 1 1 1 一 1 9 9 9) 。 电力系统动态记录数据的来源主要有:1 . 数字式电力系统故障录波器;2 . 微 机型继电 保护装置;3 . 电 力系统暂态仿真程序e m t p ( e l e c t r o m a g n e t i c t r a n s i e n t p r o g r a m) ; 4 . 电 力系统模拟仿真。 国内目前对c o mt r a d e的应用主要集中在电力系统故障录波装置的波形记 录。在电磁暂态仿真领域也有应用 5 , 5 7 。微机保护虽然也用数字形式记录故障波 形，但由于软硬件等方面的限制，对 c o mt r a d e的应用基本是一片空白。 微机故障录波器在电力系统中的应用非常广泛。文献【 7 1 中规定:为了分析 电力系统事故及继电保护和安全自动装置在事故过程中的动作情况，以及为迅速 判定线路故障点的位置， 在主要电厂，2 2 0 k v 及以上变电所和 1 1 0 k v 重要变电所， 应装设故障录波器或其他类型的自动故障记录装置. 由于现行标准 c o mt r a d e 1 9 9 1 的不完善，目前国内很多故障录波器生产厂 家的产品并没有严格按照c o m t r a d e标准执行，而是各自 对c o m t r a d e标准 采取了许多补充规定。在文献 8 l 中提到:目前国内生产故障录波器的厂家多达 2 0 余家， 而各种型号的录波器既没有统一的故障记录格式也不能完全满足电力部 颁( 2 2 0 5 5 0 k v电力系统故障动态记录技术准则 要求的录波动态记录过程标准。 华南理工大学硕士学位论文 数据记录格式的不统一和不标准给事故后的故障分析和故障过程模拟再现带来了 极大的不便. 目前电力系统中安装的故障录波装置都有提供故障分析软件，但各个生产厂 家的故障分析软件无法通用，对电力系统动态记录数据的交换共享造成很多不利 的因素。 因此， 本课题的目的在于推广 c o mt r a d e 1 9 9 9新标准的应用，并开发出基 于c o mt r a d e 1 9 9 9 的通用故障录波分析程序。 1 . 2电力系统动态记录分析的意义 在电力系统中，电力系统故障动态记录的主要任务是记录系统大扰动如短路 故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及 继电保护与安全自动装置的动作行为 3 1 。 其作用除了用于检测继电器及安全自动 装置的动作行为外，还用于分析系统动态过程中各电气t的变化规律、校核电力 系统计算程序及模型参数的正确性1 9 3 . 电力系统故障录波分析系统是电力系统进行故障分析的基本工具.可提供丰 富的数据分析及故障原因分析功能，对于正确评判继电保护及安全自 动装置动作 行为，确定故障原因，及早排除故障，恢复正常运行具有十分重要的意义. 在电力系统发生故障后，通过对电力系统动态记录的分析，可以进行故障分 析，故障性质的判断和故障定位.为技术人员正确分析事故原因、研究反事故对 策、及时处理事故提供可靠的依据. 还可用于分析、测试、评价和模拟电力系统故障和扰动时继电保护的动作情 况，对继电保护和安全自动装置的动作准确性进行评价。当保护装置不正确动作 时，通过计算相应参数的值可以分析保护不正确动作的原因，来改进保护原理， 完善装置软硬件的设计，从而提高保护装置的可靠性。 1 . 3本课题的发展现状 目 前国内多数的动态记录分析软件都是基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，在 w i n d o w s 操作系统下， 以v i s u a l c + + 6 .0为开发平台而开发完成的。 文献 1 0 1 讨论了基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，以v i s u a l c + + 6 .0 开发的故障 分析管理系统，该系统集成了w g l - 1 2 系列、 y s - 8 a 系列、 g t w - 1 6 0 3 系列、 z h - 1 系列等故障录波器的数据格式。 文献 1 1 设计了基于c o mt r a d e 1 9 9 1 的故障录波数据通用分析与管理软 件，该软件针对 c o mt r a d e 1 9 9 1 标准的不足，对其进行扩展并应用到软件中. 文 献 1 2 在v c + + 6 .0 开发环境下， 借助于c g r a p h f o r m x控件， 实 现了电 力 华南理工大学硕士学位论文 数据记录格式的不统一和不标准给事故后的故障分析和故障过程模拟再现带来了 极大的不便. 目前电力系统中安装的故障录波装置都有提供故障分析软件，但各个生产厂 家的故障分析软件无法通用，对电力系统动态记录数据的交换共享造成很多不利 的因素。 因此， 本课题的目的在于推广 c o mt r a d e 1 9 9 9新标准的应用，并开发出基 于c o mt r a d e 1 9 9 9 的通用故障录波分析程序。 1 . 2电力系统动态记录分析的意义 在电力系统中，电力系统故障动态记录的主要任务是记录系统大扰动如短路 故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及 继电保护与安全自动装置的动作行为 3 1 。 其作用除了用于检测继电器及安全自动 装置的动作行为外，还用于分析系统动态过程中各电气t的变化规律、校核电力 系统计算程序及模型参数的正确性1 9 3 . 电力系统故障录波分析系统是电力系统进行故障分析的基本工具.可提供丰 富的数据分析及故障原因分析功能，对于正确评判继电保护及安全自 动装置动作 行为，确定故障原因，及早排除故障，恢复正常运行具有十分重要的意义. 在电力系统发生故障后，通过对电力系统动态记录的分析，可以进行故障分 析，故障性质的判断和故障定位.为技术人员正确分析事故原因、研究反事故对 策、及时处理事故提供可靠的依据. 还可用于分析、测试、评价和模拟电力系统故障和扰动时继电保护的动作情 况，对继电保护和安全自动装置的动作准确性进行评价。当保护装置不正确动作 时，通过计算相应参数的值可以分析保护不正确动作的原因，来改进保护原理， 完善装置软硬件的设计，从而提高保护装置的可靠性。 1 . 3本课题的发展现状 目 前国内多数的动态记录分析软件都是基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，在 w i n d o w s 操作系统下， 以v i s u a l c + + 6 .0为开发平台而开发完成的。 文献 1 0 1 讨论了基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，以v i s u a l c + + 6 .0 开发的故障 分析管理系统，该系统集成了w g l - 1 2 系列、 y s - 8 a 系列、 g t w - 1 6 0 3 系列、 z h - 1 系列等故障录波器的数据格式。 文献 1 1 设计了基于c o mt r a d e 1 9 9 1 的故障录波数据通用分析与管理软 件，该软件针对 c o mt r a d e 1 9 9 1 标准的不足，对其进行扩展并应用到软件中. 文 献 1 2 在v c + + 6 .0 开发环境下， 借助于c g r a p h f o r m x控件， 实 现了电 力 华南理工大学硕士学位论文 数据记录格式的不统一和不标准给事故后的故障分析和故障过程模拟再现带来了 极大的不便. 目前电力系统中安装的故障录波装置都有提供故障分析软件，但各个生产厂 家的故障分析软件无法通用，对电力系统动态记录数据的交换共享造成很多不利 的因素。 因此， 本课题的目的在于推广 c o mt r a d e 1 9 9 9新标准的应用，并开发出基 于c o mt r a d e 1 9 9 9 的通用故障录波分析程序。 1 . 2电力系统动态记录分析的意义 在电力系统中，电力系统故障动态记录的主要任务是记录系统大扰动如短路 故障、系统振荡、频率崩溃、电压崩溃等发生后的有关系统电参量的变化过程及 继电保护与安全自动装置的动作行为 3 1 。 其作用除了用于检测继电器及安全自动 装置的动作行为外，还用于分析系统动态过程中各电气t的变化规律、校核电力 系统计算程序及模型参数的正确性1 9 3 . 电力系统故障录波分析系统是电力系统进行故障分析的基本工具.可提供丰 富的数据分析及故障原因分析功能，对于正确评判继电保护及安全自 动装置动作 行为，确定故障原因，及早排除故障，恢复正常运行具有十分重要的意义. 在电力系统发生故障后，通过对电力系统动态记录的分析，可以进行故障分 析，故障性质的判断和故障定位.为技术人员正确分析事故原因、研究反事故对 策、及时处理事故提供可靠的依据. 还可用于分析、测试、评价和模拟电力系统故障和扰动时继电保护的动作情 况，对继电保护和安全自动装置的动作准确性进行评价。当保护装置不正确动作 时，通过计算相应参数的值可以分析保护不正确动作的原因，来改进保护原理， 完善装置软硬件的设计，从而提高保护装置的可靠性。 1 . 3本课题的发展现状 目 前国内多数的动态记录分析软件都是基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，在 w i n d o w s 操作系统下， 以v i s u a l c + + 6 .0为开发平台而开发完成的。 文献 1 0 1 讨论了基于c o m t r a d e 1 9 9 1 标准，以v i s u a l c + + 6 .0 开发的故障 分析管理系统，该系统集成了w g l - 1 2 系列、 y s - 8 a 系列、 g t w - 1 6 0 3 系列、 z h - 1 系列等故障录波器的数据格式。 文献 1 1 设计了基于c o mt r a d e 1 9 9 1 的故障录波数据通用分析与管理软 件，该软件针对 c o mt r a d e 1 9 9 1 标准的不足，对其进行扩展并应用到软件中. 文 献 1 2 在v c + + 6 .0 开发环境下， 借助于c g r a p h f o r m x控件， 实 现了电 力 第一章 绪 论 系统动态记录的图形显示、图形编辑、频谱分析、打印等功能。 文献 1 3 研究了c o mt r a d e 1 9 9 9 新标准在大型发变组故障录波分析软件中 的应用 。 文献 1 4 1 将 c o m + 技术引入到电力系统动态记录分析软件的开发中。c o m十 技 术是软件技术的发展方向，可大大提高开发效率，增强软件的通用性和灵活性。 同时，其设计模式也为电力系统故障信息系统的建设提供了方向。 1 . 4本课题的主要研究内容 本课顺研究了电力系统动态记录分析软件的现状和应用前景，在此基础上设 计完成了基于i e e e c o mt r a d e ( 1 9 9 9 )标准格式的通用电力系统动态记录分析 软件，主要的研究内容有: 1 .研究电力系统暂态数据交换通用格式的国际标准， 讨论了新标准的改进及 应用。 2 .研究电力系统动态记录装置的硬件结构及软件原理。 3 .研究微机保护计算方法。 学习了两点乘积算法、 导数算法、 二阶导数算法、 半周积分算法、傅氏算法等计算方法。对各种计算方法进行分析比较，并用c + + 语言编写出实现各种计算方法的程序。 4 .学习数字滤波算法。用c + + 语言编写出差分滤波器、余弦5 0 h z 带通滤波 器的数字滤波程序。 5 .学习c + + 的设计思想及编程方法， 并应用v i s u a l c + + . n e t进行软件开发。 6 .完成电力系统动态记录分析软件的开发， 并在wi n d o w s x p 环境下进行调 试通过。 7 .探讨电力系统动态记录分析软件的发展方向及应用前景。 第一章 绪 论 系统动态记录的图形显示、图形编辑、频谱分析、打印等功能。 文献 1 3 研究了c o mt r a d e 1 9 9 9 新标准在大型发变组故障录波分析软件中 的应用 。 文献 1 4 1 将 c o m + 技术引入到电力系统动态记录分析软件的开发中。c o m十 技 术是软件技术的发展方向，可大大提高开发效率，增强软件的通用性和灵活性。 同时，其设计模式也为电力系统故障信息系统的建设提供了方向。 1 . 4本课题的主要研究内容 本课顺研究了电力系统动态记录分析软件的现状和应用前景，在此基础上设 计完成了基于i e e e c o mt r a d e ( 1 9 9 9 )标准格式的通用电力系统动态记录分析 软件，主要的研究内容有: 1 .研究电力系统暂态数据交换通用格式的国际标准， 讨论了新标准的改进及 应用。 2 .研究电力系统动态记录装置的硬件结构及软件原理。 3 .研究微机保护计算方法。 学习了两点乘积算法、 导数算法、 二阶导数算法、 半周积分算法、傅氏算法等计算方法。对各种计算方法进行分析比较，并用c + + 语言编写出实现各种计算方法的程序。 4 .学习数字滤波算法。用c + + 语言编写出差分滤波器、余弦5 0 h z 带通滤波 器的数字滤波程序。 5 .学习c + + 的设计思想及编程方法， 并应用v i s u a l c + + . n e t进行软件开发。 6 .完成电力系统动态记录分析软件的开发， 并在wi n d o w s x p 环境下进行调 试通过。 7 .探讨电力系统动态记录分析软件的发展方向及应用前景。 华南理工大学硕士学位论文 第二章 总体方案设计与选择论证 2 . 1暂态数据标准格式 2 . 1 . 1 电办系统暂态数据交换通用格式 ( c o m t r a d e )简介 c o m t r a d e的全称为i e e e s t a n d a r d c o m m o n f o r m a t f o r t r a n s i e n t d a t a e x c h a n g e f o r p o w e r s y s t e m s ，即电力系 统暂态数据交换标准通用格式，由电 气和 电子工程师学会电力系统协会继电保护委员会制定。 i e e e c o mt r a d e定义了一种通用标准文件格式， 用于存储从电力系统或电 力系统模型收集的暂态波形或时间记录。此文件格式目的在于为交换数据提供便 于解读的形式。 我国目 前采用的动态记录标准为i e e e c 3 7 . 1 1 1 - 1 9 9 1 c o m t r a d e .中国电力 行业标准 2 2 0 s o o k v电力系统故障动态记录技术准则 ( d l / t 5 5 3 - 9 4 ) 中规定: 为适应集中处理的要求， 输出的动态记录数据应符合标准格式， 规定与a n s i / i e e e c 3 7 . 1 1 1 - 1 9 9 1 c o mt r a d e兼容。 但c o mt r a d e 1 9 9 1 存在许多不足， i e e e在 1 9 9 9 年对其进行修订并重新颁 布-f c o mt r a d e 1 9 9 9 . 2 . 1 . 2 c o m t r a d e 1 9 9 1的不足 c o mt r a d e 1 9 9 1 定义的配置文件 ( . c f g)字段设置不全面，不能给出互感 器变比、 同步电抗等参数信息， 无法标明采样值反映的是一次侧还是二次侧的值， 也不便计算功角等一些高级应用的实现。虽然头文件 ( .h d r ) 可以提供一些附加 信息，但它是由字处理程序生成，没有固定的格式，不适合分析软件进行自动处 理 。 c o mt r a d e 1 9 9 1 格式中有关数据文件存放格式的定义，只能保存连续的采 样点 ( 各段采样频率可以不同) ，但不能保存 2 2 0 5 0 0 k v电力系统动态记录技 术准贝 朴 ( d l i t 5 5 3 - 9 4 )中模拟量采样方式所规定的c , d , e时段的数据 ( 工 频有效值) ;对于在 c 、d, e时段中再次进入人、h时段的录波数据，若需要处 理，按c o m t r a d e格式只能分为多个数据文件来存放;这不利于数据分析、处 理及故障数据的综合利用。 c o m t r a d e格式中有关配置文件存放格式的定义， 不能给出线路参数定义， 如模拟 ( 开关)量通道与线路的关系、线路的阻抗等。 c o mt r a d e 1 9 9 1 只支持a s c i i 文件格式，不直接支持二进制文件格式 ( 需 华南理工大学硕士学位论文 第二章 总体方案设计与选择论证 2 . 1暂态数据标准格式 2 . 1 . 1 电办系统暂态数据交换通用格式 ( c o m t r a d e )简介 c o m t r a d e的全称为i e e e s t a n d a r d c o m m o n f o r m a t f o r t r a n s i e n t d a t a e x c h a n g e f o r p o w e r s y s t e m s ，即电力系 统暂态数据交换标准通用格式，由电 气和 电子工程师学会电力系统协会继电保护委员会制定。 i e e e c o mt r a d e定义了一种通用标准文件格式， 用于存储从电力系统或电 力系统模型收集的暂态波形或时间记录。此文件格式目的在于为交换数据提供便 于解读的形式。 我国目 前采用的动态记录标准为i e e e c 3 7 . 1 1 1 - 1 9 9 1 c o m t r a d e .中国电力 行业标准 2 2 0 s o o k v电力系统故障动态记录技术准则 ( d l / t 5 5 3 - 9 4 ) 中规定: 为适应集中处理的要求， 输出的动态记录数据应符合标准格式， 规定与a n s i / i e e e c 3 7 . 1 1 1 - 1 9 9 1 c o mt r a d e兼容。 但c o mt r a d e 1 9 9 1 存在许多不足， i e e e在 1 9 9 9 年对其进行修订并重新颁 布-f c o mt r a d e 1 9 9 9 . 2 . 1 . 2 c o m t r a d e 1 9 9 1的不足 c o mt r a d e 1 9 9 1 定义的配置文件 ( . c f g)字段设置不全面，不能给出互感 器变比、 同步电抗等参数信息， 无法标明采样值反映的是一次侧还是二次侧的值， 也不便计算功角等一些高级应用的实现。虽然头文件 ( .h d r ) 可以提供一些附加 信息，但它是由字处理程序生成，没有固定的格式，不适合分析软件进行自动处 理 。 c o mt r a d e 1 9 9 1 格式中有关数据文件存放格式的定义，只能保存连续的采 样点 ( 各段采样频率可以不同) ，但不能保存 2 2 0 5 0 0 k v电力系统动态记录技 术准贝 朴 ( d l i t 5 5 3 - 9 4 )中模拟量采样方式所规定的c , d , e时段的数据 ( 工 频有效值) ;对于在 c 、d, e时段中再次进入人、h时段的录波数据，若需要处 理，按c o m t r a d e格式只能分为多个数据文件来存放;这不利于数据分析、处 理及故障数据的综合利用。 c o m t r a d e格式中有关配置文件存放格式的定义， 不能给出线路参数定义， 如模拟 ( 开关)量通道与线路的关系、线路的阻抗等。 c o mt r a d e 1 9 9 1 只支持a s c i i 文件格式，不直接支持二进制文件格式 ( 需 第二章 总体方案设计与选择论证 提供附加的文件格式转换程序) . 故障录波装置要记录从故障前到系统恢复正常全 过程的模拟量和状态量，记录时间从几十毫秒到几秒不等，即使采用 i e e e 的 c o m t r a d e二进制记录格式，录波数据文件大小可达到几百k b y t e 甚至几” b y t e : 若采用a s c i i 记录格式， 数据量还会更大， 不利于存储及传送。 2 . 1 . 3 c o m t r a d e 1 9 9 9的改进 与c o mt r a d e 1 9 9 1 版相比， c o mt r a d e 1 9 9 9 的特点是:字段设置更为全 面合理;字段定义明确;信息可由软件 自动处理;信息可根据需要进行扩展。 1 .修改对头文件 ( . h d r)的规定。因其没有固定的格式，不适合分析软件 进行自动处理，不再定义为必需文件。是否采用可由使用者自由决定。 2 . c o mt r a d e 1 9 9 9 在 c o mt r a d e 1 9 9 1 基础上对配置文件 ( . c f g)作了 较大的改动: ( 1 )加入用于识别不同 c o mt r a d e版本的字段: ( 2 )加入时间倍乘因数字段，以适应需长时间录波的场合; ( 3 )加入比例因子字段，以识别所记录电量为一次值或二次值，并用以实现 一、二次值间的转换: ( 4 )扩展开关量通道定义的范围，以增加记录开关量通道的路数; ( 5 )将系统频率字段定义为浮点数: ( 6 )支持对不同时段采用不同的采样速率进行采样; ( 7 )修改日期格式，解决 “ 千年虫”问题。 3 .修改数据文件 ( ma t )的定义，增加对二进制格式文件的支持: 4 。新增加了信息文件 ( . i n f ) ，用来提供额外的附加信息: 5 .对所有字段的定义予以标准化。 每个字段严格按照下列方面给出定义: 必 要性，格式，类型，最大/ 最小长度，最大/ 最小值. 2 . 1 . 4 c o m t r a d e 1 9 9 9 概述 c o mt r a d e 1 9 9 9 规定，一个完整的数据记录通常由四个文件构成，即头文 件、配置文件、数据文件和信息文件，这几个文件必需具有相同的文件名和不同 的文件扩展名，以便同一组数据文件的区别及联系。 1 .头文件 ( . h d r ) 头文件是为数据文件的使用者提供有关的信息而建立的。可由文字处理软件 编辑生成，一般为a s c i i 文件，可由用户打印输出或读出。为用户提供一个附加 信息的描述文本，以便更好的了解暂态记录的条件。头文件不受动态记录分析软 件的控制，但它应为分析软件提供一些必要的参数，如线路的等值正序和零序阻 抗等参数值。 华南理工大学硕士学位论文 2 .配置文件 ( . c f g) 配置文件为计算机程序读取和解读数据文件提供必要的信息。为便于计算机 程序正确地读取文件信息，配置文件必须采用固定格式。配置文件中所记录的数 据包括采样率、通道号、线路频率及通道信息等内容，为计算机程序分析暂态数 据提供必需的信息。 3 .数据文件 ( . d a t ) 记录各通道的采样数据。数据文件的数据格式必须严格遵守c o m t r a d e标 准的规定，否则将出现严重错误.数据按采样时间的先后顺序进行记录，记录内 容包括采样顺序编号、相对时间时截、模拟量通道数据、开关最通道数据等。 4 .信息文件 ( .i n f ) 提供额外的附加信息。 2 . 2计算方法 电力系统微机保护以及动态记录数据分析的常用算法有 1 5 - 1 7 ) :两点乘积算 法，导数算法，二阶导数算法，半周积分算法，傅氏算法，最小二乘方算法等。 分析和评价各种算法优劣的标准主要是精度和速度。速度又包括两个方面: 一是算法所要求的采样点数 ( 或称数据窗长度) ， 二是算法的运算工作量。 精度和 速度又总是矛盾的。若要计算精确则往往需要更多的采样数据点和更多的计算工 作量。 另外， 还要考虑算法的滤波性能. 有些算法本身具备滤波功能， 可直接运用。 但有些算法财是基于被采样的电压和电流是纯正弦变化的，需配以数字滤波器一 起工作，要求尽可能地滤掉非局期分量和高频分量，否则，计算结果将会出现较 大的误差。如两点乘积算法、导数算法、半周积分算法等本身并不具备数字滤波 的功能，要获得精确的结果，必需和数字滤波器配合使用. 常用的算法及特点如下: i .两点乘积算法。所需的数据窗长度为 1 / 4 周期，即用相隔二 / 2 的采样点 进行计算。尽管从原理上讲用正弦量的任何两点相邻的采样值都可算出有效值和 相角，但这将会使算法变得相当复杂，并使算法的运算量大大增加. 2 .导数算法。所需的数据窗仅为一个采样间隔.但运算过程中要使用导数， 这将带来两个闷题:一是求导数将放大高频分量;二是由于用差分近似求导，要 求有较高的采样率，否则将带来很大得误差。 3 .二阶导数算法. 所需的数据窗为两个采样间隔。 采用二阶导数计算可以减 少直流暂态分量和低频信号的影响。 4 .半局积分算法。 所需的数据窗长度为 1 / 2周期。 算法本身具有一定的滤除 华南理工大学硕士学位论文 2 配置文件( c f g 配置文件为计算枫程序读取和解读数据文件提供必要的信息。为便于计算机 程序正确地读取文件信息，配置文件必须采用固定格式。配置文件中所记录的数 据包括采样率、通道号、线路频率及遥道信息等内容，为计算机程序分析暂态数 据提供必需的信息。 3 数据文件( d a t ) 记录各通道的采样数据。数据文件的数据格式必须严格遵守c o m t r a d e 标 准盼规定否则将出现严重错误。数据接采样时阍的先后顺序进行记录，记录内 容包括采样顺序编号、相对时阊时戤、模拟量通道数据、开关量通道数据等。 4 信息文件( i n f ) 提供额外的附加信息。 2 2 计算方法 电力系统微机保护以及动态记录数据分析的常用算法有 1 5 一1 7 ：两点乘积算 法，导数算法，二阶导数算法，半周积分算法，傅氏算法，最小二乘方算法等。 分析和评价各种算法优劣的标准主要是精度和速度。速度又包括两个方面： 一是算法所要求的采样点数( 或称数据窗长度) ，二是算法的运算工作量。精度和 速度又总是矛盾的。若要计算精确贼往往需要更多的采样数据点和更多的计算工 作量。 另外，还要考虑算法的滤波性能。有些算法本身具备滤波功能，可直接运用。 但有些算法鼹4 是基于被采样的电压和电流是纯正弦变化的，需配以数字滤波器一 起工作，要求尽可能地滤掉非周期分量和高频分量，否则，计算结果将会出现较 大的误差。如两点乘积算法、导数算法、半周积分算法等本身并不具备数字滤波 的功能，要获得精确的结果，必需和数字滤波器配合使用。 常用的算法及特点如下： 1 两点乘积算法。所需的数据窗长度为t 4 周期，即用相隔n 2 的采样点 进行计算。尽管从原理上讲甩正弦量的任何两点相邻的采样值都可算出有效值和 相角，但这将会使算法变得相当复杂，并使算法的运算量大大增加。 2 导数算法。所需的数据窗仅为一个采样闯隔。但运算过程中要使用导数， 这将带来两个河题：一是求导数将放大高频分量；二是由于用差分近似求导，要 求有较高的采样率，否则将带来很大得误差。 3 二阶导数算法。所需的数据窗为两个采样间隔。采用二阶导数计算可以减 少直流暂态分量和低频信号的影响。 4 半厨积分算法。所需的数据窗长度为1 2 周期。算法本身具有一定的滤除 6 第二章总体方案设计与选择论证 高频分量的能力，但不能抑制直流分量。 4 傅立叶算法。所需数据窗的长度为一个餍期。其基本思路来自傅立叶级数， 本身具有滤波作用，不仅能完全虑掉各种整次谐波和纯直流分量，对非整次高频 分量和按指数衰减得非周期分量包含的低频分量也有一定的抑制能力。 5 最小二乘方算法。将输入的暂态电气量与一个预设的含有非周期分量及某 些谐波分量的函数按最小二乘方原理进行拟合，从而可求出输入信号中各种暂态 分量的幅值和相角。优点在于可以消除输入信号中任意需要消除的暂态分量，还 可以同时计算输入信号中各种所需计算的分量。最小二乘法曲线拟合算法的精度 很好，但需要确定好数学模型，使得拟合的曲线能很好的反映故障信号，这种算 法运算量比较大，且需要一个周波的数据窗。 表2 - 1 常用算法比较 t a b l e 2 1t h ec o n o a r i s o bo fc o i l l l l o