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高压 交流 输电 工程 系统 调试 分布式 测试

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基于小波变换的暂态电能质量检测法（中国电力科学研究院，北京市海淀区 100192）摘要：为了采取合理的措施来提高电能质量，必须首先建立电能质量监测分析系统，对电能质量进行正确的检测、评估和分类。本文根据暂态电能质量信号的非平稳特性，提出采用小波变换这一新型的数字信号处理方法进行分析，其良好的时频局部化特性使得信号的奇异性可以通过小波变换模极大值来表征。根据Mallat算法，通过信号的多分辨率分解提取信号奇异点的小波变换模极大值，实现暂态电能质量信号准确的故障定位，获取暂态电能质量故障信号的持续时间和幅值。在MATLAB环境下进行的仿真测试，验证了本文所提算法的有效性和准确性。关键词：电能质量; 暂态; 小波变换;仿真分析DETECTIONALGORITHMOFTRANSIENTPOWERQUALITYBASEDON WAVELETTRANSFORMATION (China Electric Power Research Institute, Haidian District, Beijing 100192, China)ABSTRACT：To improve the power quality, a monitoring and analyzing system must be established to detect, estimate and classify different disturbances.According to the non-steady characteristic of transient power quality, a detection algorithm of transient power quality based on wavelet transformation by which the accurate localization of fault signal and the amplitude can be realized is proposed in this paper. Disturbing signals are detected and extracted with fast wavelet transformation algorithm Mallat.The wavelet decomposition and the signal of reconstruction are then detected to demonstrate that the wavelet transformation is able to achieve the accurate orientation of power quality disturbance signal. The simulation results with MATLAB environment show the reliability and the accuracy of the proposed algorithm.KEY WORD：power quality;transient;wavelet transformation; simulation analysis40 引言在电能质量检测中，对暂态电能质量进行分析，就是对电能信号进行突变信号检测。信号中的奇异点及不规则的突变部分经常带有比较重要的信息，它是信号的重要特征之一。长期以来，研究函数奇异性的工具是傅立叶变换，其方法是研究函数在傅立叶变换域的衰减，以推断此函数是否具有奇异性及奇异性的大小。但傅立叶变换缺乏空间局部性，它只能确定一个函数奇异性的整体性质，而难以确定奇异点的位置及分布情况。小波变换具有空间局部化性质，利用小波变换来分析信号的奇异性位置和奇异度的大小是非常有效的1-3。1 模极大值与信号奇异性检测原理在某一尺度下，如果存在一点使得，则称点是局部极值点，且在上有一过零点。如果对某一领域内的任意点有，则称为小波变换的模极大值点。由以上定义可看出小波变换模极大值点在点的右邻域和左邻域都是严格局部最大。设是一非负整数，如果存在两个常数和，及次多项式，使得对任意，均有，则称在点为Lipschitz。如果上式对所有均成立，且，称在上是一致Lipschitz。显然，在点的Lipschitz刻画了函数在该点的正则性，称为函数在点是Lipschitz。Lipschitz指数越大，函数越光滑；函数在一点连续、可微，则在该点的Lipschitz指数为1；函数在一点可导，而导数有界但不连续时，Lipschitz指数仍为1；如果在点是Lipschitz，则称函数在点是奇异的。一个在不连续但有界的函数，该点的Lipschitz指数为0。在利用小波分析这种局部奇异性时，小波系数取决于在点的邻域内的特性及小波函数所选取的尺度。在小波变换中，局部奇异性可定义为：设，若对，小波满足且连续可微，并具有阶消失矩(为正整数)，有(为常数)，则称为处的奇异性指数(也称Lipschitz指数)。对，有，则称为小波变换在尺度下的局部极值点。小波函数可看作某一平滑函数的一阶导数时，信号小波变换模的局部极值点对应信号的突变点(或边缘)；当小波函数可看作某一平滑函数的二阶导数时，信号小波变换模的过零点，也对应信号的突变点(或边缘)。这就是采用检测小波变换系数模过零点和局部极值点可检测信号的突变点(或边缘)的原理。根据小波分析的奇异性检测原理，可以检测暂态电能质量扰动发生和结束的时刻，实现暂态故障的定位4。2 暂态电能质量信号及检测方法暂态电能质量扰动是指电源电压的正弦波形受到暂态电压扰动发生畸变而引起电能质量污染的各种问题，因此暂态电能质量扰动问题被认为是各种不规则的正弦波，发生电能质量扰动即发生了正弦波的畸变，波形出现了突变5,6。通常情况下，信号奇异性分两种情况：一种是信号在某一个时刻内，其幅值发生突变，引起信号的非连续，幅值的突变处是第一类间断点，电压暂降、电压暂升、电压中断等属于此类；另一种是信号在外观上很光滑，幅值没有突变，但是信号的一阶微分有突变发生，且一阶微分是不连续的，称为第二类间断点，如脉冲干扰和高频振荡等7。电力系统暂态电能质量检测中扰动的类型主要包括以下几个方面：(1) 电压暂降。电压暂降是配电系统中最常见的一种电压扰动，当系统中发生短路故障、大容量电动机启动、变压器或电容器组投切时，都可能引起电压暂降。近年来，微处理器控制设备和电力电子设备在工业中得到了广泛应用，这些设备对电压暂降特别敏感，电压暂降会导致设备损坏或误动作。(2) 电压暂升。电压暂升与暂降一样，与系统故障有关，但不如电压暂降那样常见，当单相对地发生故障，非故障相的电压可能会短时上升。另外，当大容量负荷甩开或大容量电容器组增能时也会引起电压暂升。(3) 电压中断。引起电压中断的主要原因是由于雷击、树木倾倒、刮风等引起的电力系统瞬时性故障，也有可能是设备失效或控制装置的误动作。(4) 脉冲干扰。脉冲干扰可能是电力网的自然频率点发生激励而出现震荡瞬变现象，由于冲击脉冲含有高频成分，它的波形会因电路元件特性影响而快速衰减，并且会因为系统的观测点不同而呈现不同的特征。(5) 振荡瞬变。振荡瞬变是一种在稳定条件下，电压、电流的非工频、有正负极性的突然变化现象。对于迅速改变瞬时极性的电压和电流振荡问题，可用其主频率、持续时间和幅值来描述其特性，根据频谱成分把振荡暂态分为低频、中频和高频振荡。利用小波分析检测信号突变点的一般方法是：对信号进行多尺度分析，在信号出现突变时，由于用小波变换后的系数具有模极大值，因而可以通过对模极大值点的检测来确定扰动发生的时刻，实现故障定位8,9。3 基于小波检测的仿真研究3.1 小波分解层数的确定为了检测和提取电能质量扰动，必须确定合理的分解层数，对信号的频带进行正确的划分。频带划分的原则是尽量使信号的基频位于最低子频带的中心，从而限制基频分量对其它子频带的影响。设采样频率为，基频为，频带的划分数目可由下式取整数求得： (1)本文采用的基频50Hz，采样频率12.8kHz。由上式得=7，即应该对该信号进行6层多分辨率分析，a1、a2、a3、a4、a5、a6是小波分解的离散逼近信号；d1、d2、d3、d4、d5、d6是离散细节信号。此时基频正好位于最低子频带a6的中心。3.2 仿真分析MATLAB是MathWorks公司于 1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件，它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便的、界面友好的用户环境10。MATLAB提供了功能强大的小波分析工具箱，本文利用小波分析的工具箱函数，在M文件里编写信号函数和小波分析算法，经调试得到仿真结果。文献11指出滤波器长度系数为4的db4小波对突变点敏感且阶数较低，最适合暂态电能质量问题的分析，故本文选用db4小波作为Mallat分解的基小波。对于电压暂降、电压暂升、电压中断、脉冲干扰和高频振荡信号，假设采样频率为 12.8kHz，采样时间为0.16s，利用Mallat算法对信号进行六尺度分解。在不同尺度上，当某小波变换系数的模大于其相邻两点的值并且至少严格大于其中一点的值时，记下该点相应的小波变换系数，随着尺度数的增加，由扰动信号奇异点产生的小波变换模极大值逐渐增大，所以在小尺度上，小波变换的时间定位最精确。这里取尺度=1下的高频子频带d1(频带为3.2-6.4kHz)对应的模极大值来定位突变时刻。各扰动信号发生和结束时刻的实际值和检测值的对比情况见表1。表1 检测结果对照表Tab.1 Contrast of results of the detection扰动类型起始时间结束时间时域值检测值相对误差时域值检测值相对误差电压暂降0.050.049920.16%0.10.10电压暂升0.050.049920.16%0.10.10电压中断0.060.059880.20%0.0950.094860.14%脉冲干扰0.0860.085860.16%0.90.090高频振荡0.0650.065080.12%-以上仿真结果表明：信号的局部奇异性可通过信号的小波变换模极大值来表征。信号奇异点对应的小波变换模极大值与检测噪声对应的小波变换模极大值在不同的小波变换尺度上的传递性是不同的。利用这一特性，可以用小波变换对暂态电能质量信号中的电压暂降、电压暂升等信号的局部奇异性进行分析，实现对电压暂降等扰动信号扰动发生、结束时刻的精确定位。4 结论小波变换具有良好的时频局部化特性，它对信号的自适应性使得信号的局部奇异性可以通过信号的小波变换模极大值来表征。本文基于小波分析对暂态电能质量的电压暂降、电压暂升、电压中断、脉冲干扰和高频振荡变等信号进行了仿真分析。仿真结果表明，奇异性检测原理实现了对暂态电能质量扰动发生、结束时间的准确定位和特征参数的提取。参考文献1 成礼智，王红霞，罗永.小波的理论与应用M.北京：科学出版社，20042 SurgaSntoso, Edward J. Powers, Grday W Mack. Electric power quality disturbance using wavelet transform analysisC. The IEEE SP International Symposium on Time-Frequency and Time-Scale analysis, Philadelphia, PA, USA: 166-169.3 SurgaSntoso, Edward JPowers, Grday W Mack. Power quality assessment via wavelet transform analysis J. IEEE Transaction on Power Delivery,1996,11(2) :924-930.4 徐永海,肖湘宁,杨以涵,等.小波变换在电能质量分析中的应用J.电力系统自动化,1999 ,23(17) :55 57.5 董新洲,葛耀中,徐丙垠.利用暂态电流行波的输电线路进行故障测距的研究J.中国电机工程学报,1999 ,19 (4) :76 80.6 Driesen J, Craeenbroeck T V. Analyzing time-varying system harmonics using wavelet transformA.IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference,1996:474-479.7 Angrisani L, DaponteApuzzo M D. A measurement method based on the wavelet transform for power quality analysisJ. IEEE Transaction on Power Delivery, 1998, 13(4): 990-998.8 胡铭,陈珩.基于小波变换模极大值的电能质量扰动检测与定位J.电网技术,2001,25(3):12-16.9 王建赜,纪延超,冉启文,等.小波变换在电能质量分析中的应用J.继电器, 1999, 27(5): 13-19.10 飞思科技研发中心编著，MATLAB6.5辅助小波分析与应用M.北京：电子工业出版社，2003.11 N S D Brito, B A Souza, F A C Pines. Daubechies wavelets in Quality of Electrical Power. The 8thInterational Conference on Harmonics and Quality of Power ICHQP. Greece, 1998:511-515.作者简介： 第 25 卷增刊 电 网 技 术 Vol. 25 Supplement 2001 年 12 月 Power System Technology Dec. 2001 文章编号、中图分类号、文献标识码及学科分类号：中间标点为全角，字号小五号，中文黑体，数字及英文 Times New Roman，1.25 倍行距，“根据页面设置确定行高线”选项选中（各项目之间空 4 格）基于遗传算法的无功优化模型研究*，顾卓远2（1，*；2中国电力科学研究院）STUDY ON THE REACTIVE POWER OPTIMIZATION MODEL BASED ON GENETIC ALGORITHM THEORIES*， Gu Zhuoyuan2(1, *; 2, China Electrical Power Research Institute) ABSTRACT: Reactive power optimization of power system is an effective means to ensure system security and economic operation. It is also an important measure to improve the voltage quality and reduce network losses. Starting with characteristics and mathematical model, this paper puts forward using genetic algorithms theories to solve discrete variables in the reactive power optimization problem. Then the basic mechanism of genetic algorithm was introduced, and its search feature was analyzed by one case. Analysis on the case shows that the improved genetic algorithm can avoid local convergence phenomenon greatly, compared to the conventional method and it shows broad development prospects.KEY WORDS：genetic algorithm, global optimization, reactive power optimization, mathematical model, power flow calculation摘要：电力系统无功优化是保证系统安全、经济运行的有效手段，也是提高电压质量、降低网损的重要措施。本论文从无功优化的特征和数学模型入手，提出运用遗传算法来解决无功优化中的离散变量问题。接着介绍遗传算法的基本机理，通过实例分析遗传算法的搜索特性。经过算例分析表明，改进后的遗传算法与常规方法相比，能以较大概率避免局部收敛现象，展现了其广阔的发展前景。关键词：遗传算法；全局最优；无功优化；数学模型；潮流计算1 绪论1.1 引言为了适应快速发展的国民经济建设需要，我国电力系统不断向特高压，大容量方向发展。这样，保证系统安全、稳定运行，降低网络损耗，提高供电质量就成为电力系统研究的主要课题之一。而无功优化可以保证系统无功功率平衡、控制系统电压和降低网络损耗，是解决电力系统安全经济运行问题的重要手段之一。近年来遗传算法的发展为电力系统无功优化提供了新的发展思路。传统的规划方法要求优化问题可微，缺乏对离散变量处理的处理能力。而遗传算法是一种基于空间搜索的算法，它通过自然选择、遗传、变异等操作以及达尔文适者生存的理论，模拟自然进化过程来寻找所求问题的答案，并可以处理离散变量。1.2 电力系统无功平衡控制电力系统无功功率不足，则会使系统处于低电压水平上运行，依靠降低电压、减少负荷吸收的无功功率来弥补系统无功功率的不足以达到无功平衡。同样，如果系统缺乏调节手段使某段时间无功功率过剩，那么就会造成整个系统的运行电压过高。常用的实现无功控制手段有以下三种：1）调整发电机端电压进行无功调节。2）改变可调变压器的分接头位置。3）投切无功补偿装置。2 遗传算法介绍遗传算法是模仿生物遗传学和自然选择机理，通过人工方式构造的一类优化搜索算法，是对生物进化过程进行的一种数学仿真，是进化计算的一种最重要形式。它与传统的数学模型不同，为那些难以找到传统数学模型的难题找到了一种新的解决思路。2.1 遗传算法的优越性与基本机理遗传算法作为新兴的全局优化算法，具有适用范围广，寻优能力强，程序实现简单等优点。10Power System TechnologyVol. 25 Supplement常规的数学规划方法都是单一途径搜索的方法。按照这样搜索, 极有可能获得的是一个局部最优值而非真正意义上的全局最优值。而遗传算法是一种多途径搜索的方法，在每次迭代中都是从一组或一群初始点开始搜索的,这样收敛于全局最优解的可能性较大。遗传算法的基本机理主要包括编码，适应度函数和遗传操作。1)编码。许多应用问题的结构很复杂，但是可以转化为简单的编码表示。所谓编码就是把问题搜索空间中的每个点表示为确定长度的数字串，其相反操作称为解码。遗传算法的编码方式主要有：二进制编码方法、十进制编码方法、格雷码等。2)适应度函数。为了体现染色体的适应能力，引入了对问题中的每个染色体都能进行度量的函数，叫做适应度函数。通过适应度函数来就决定染色体的优劣程度，它体现了自然进化中的优胜劣汰原则。对于优化问题，适应度函数就是目标函数。当然对于复杂问题来说也可以是多个目标变量的函数。3)遗传操作。遗传算法的遗传操作主要有三种：选择、交叉、变异。3 基于遗传算法的无功优化问题3.1 电力系统潮流计算潮流计算是电力系统分析中的最基本的计算，它的任务是根据运行条件确定系统的运行状态，如各母线上的电压（幅值和相角），网络中的功率分布以及功率损耗等，是电力系统运行、规划以及安全性、可靠性分析的基础。3.2 遗传算法的改进在运用基本遗传算法进行 IEEE14 节点和 30节点标准系统无功优化时发生局部收敛的情况很严重，无论参数怎样改变都不能很好的找到全局最优解，仔细分析可以得到如下结论。对于交叉率来说，如果交叉率取的过大，那么对于子代来说很容易满足种群多样性，产生出很多新的基因。但这样一来便很难保证适应度越来越好，因为很可能在遗传的过程中丢失好的遗传信息，交叉并不能保证繁殖出的子代具有比父代更优良的性能，使遗传搜索失去目的性，造成局部收敛。而如果交叉率取的过小，则使父代个体直接复制插入下一代，并不能产生新的个体，使子代种群缺乏多样性，也会陷入局部收敛。所以做一些改进，即使用变交叉率。如下： （3-minmin0PcPcPPczPPcPcb1）其中：指初始交叉率；指交叉率变化0PcbP步长；z 指代数。3.3 实例计算为了检验无功优化程序以及改进方法的可靠性与准确性，本文选用了 IEEE 中 14 节点和 30 节点的标准算例，以系统网络损耗最小为目标函数进行无功优化，分析对比优化结果，得出结论。算例中所用数据一律为标幺值。由于系统产生的随机数每次都不同以及程序没能很好的解决近亲繁殖问题，所以以下两图为经过多次计算得到的最好的 14 节点优化结果。0.1330.13350.1340.13450.1350.13550.136系统损耗（标幺值）1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22子代数种群平均系统损耗变化趋势对比图 3-1 种群平均损耗变化趋势对比由图 3-1 可见，无论是基本遗传算法还是改进后的遗传算法，子代种群的平均系统损耗逐代降低，而且在开始阶段下降的非常快，到最后趋于平缓，说明这时子代中的个体适应度都很好，这可以形象的比喻为“自然选择”，适应周围环境的个体生存下来。这也充分说明了遗传操作的重要性，它为自然选择提供丰富的个体基因，从中选出性能优良的个体，保证了子代的适应度的逐步提高。从图中的对比很明显的看出改进的遗传算法的性能有很大的提升。可见对交叉率，变异率和适应度评价的改进很好的解决了遗传的局部收敛问题。第 25 卷增刊电 网 技 术11 14节点系统损耗变化趋势0.133060.133080.13310.133120.133140.133160.133180.13320.13322123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22子代数系统损耗（标幺值）图 3-2 系统最小损耗变化趋势图 3-2 则说明了子代种群中系统最小损耗的变化趋势，可以很直观的发现，子代的系统损耗是逐渐减小的，但其中也有波动，即子代的系统损耗比父代的系统损耗要大。产生这种结果的原因是，由于遗传算法是一种随机的搜索算法，它不能保证子代中的最优个体一定强于父代中的最优个体，就像自然界中动植物的繁衍生殖一样，从整个种群来说是向前进化的，但最优个体却不一定。这里从总的变化趋势来看系统的损耗是越来越小的，直到最后收敛到 0.133069。而用基本遗传算法求得的优化结果为 0.1334104，可以很明显的看出改进遗传操作为算法性能的提升幅度。4 结论本文是对将遗传算法这种新兴的智能方法应用到电力系统无功优化问题的初探，简要介绍并分析了遗传算法的运算机理。通过对实际算例分析可以发现将遗传算法应用到无功优化中的很多优点。1.运用遗传算法对电力系统进行无功优化，解决了长期困扰电力系统无功优化领域的变量离散问题。2.遗传算法可以以较大的概率找到全局最优解，即使没有找到全局最优解，得到的准最优解通常也是符合要求的。参考文献1参考文献为六宋，英文字体为 Times New Roman，编号后空 2 小格。行距 12pt，悬挂缩进 0.63cm，悬挂缩进与首行对齐。标点除括弧为半角外，其余均为全角。1 Bauer T，Lips H P，Thiele G，et alOperational tests on HVDC thyristor modules in a synthetic test circuit for the sylmar east restoration projectJIEEE Transactions on Power Delivery，1997收稿日期：Times New Roman. 六号. 行距 12pt，作者简介：中文六宋，数字及英文为 Times New Roman. 行距12pt，首行缩进 0.63cm，标点除括弧为半角外，其余均为全角。收稿日期：2005-09-25。作者简介：*(1975)，男，博士，讲师，研究方向为功率电子变换技术，ll_nuaa；（编辑 五号楷体，居右，段前空 6pt）12Power System TechnologyVol. 25 Supplementdoi: 10. 3969/j. issn. 1008-0198. 2012. 01. 012COMTRADE 录波文件格式解析及继保测试仪回放功能兼容性测试张亮峰1，欧阳帆1，赵永生1，曾方2，沈杨1( 1 湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙 410007;2 湖南省电力公司长沙电业局，湖南 长沙 410015)摘要:介绍 COMTRADE ( 电力系统暂态数据交换通用格式)的文件格式，举例分析导致 COMTRADE 格式录波文件仍存在兼容性问题的原因。并对继保测试仪录波回放功能进行小范围兼容性测试，发现兼容性问题是导致录波回放失真的主要原因。建议从敦促厂家规范录波文件格式和在设备选型时将兼容性检查作为考核项目，以及增加检测手段等入手，缩减兼容性问题的发生来源和机率。关键词:COMTRADE;故障录波回放;继电保护测试仪中图分类号:TM7112文献标识码:A文章编号:1008-0198( 2012) 01-0039-05收稿日期:2011-08-01Analysis of COMTRADE format files and compatility test of relayprotection testing devicesZHANG Liang- feng1，OUYANG Fan1，ZHAO Yong- sheng1，ZENG Fang2，SHEN Yang1( 1 Hunan Electrical Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China;2 Hunan Electric Power Corporation Changsha Electric Power Supply Bureau，Changsha 410015，China)Abstract:In this article，the COMTRADE files format is introduced in details，and main causes are analyzed which lead tothe compatility problemsA small range test has been operated to verify the replaying function of relay protection testingdevices，and the result shows that the main cause is compatility problemsAt the end，in order to reducing probability ofcompatility problems，some advices have been given including recommending device supplier to normalize COMTRADE recordfiles，setting the compatility check as a critical item，and increasing examining meansKey words:COMTRADE;replaying fault record;relay protection testing device故障录波装置执行电网运行监测和故障记录功能，可将故障时刻的电气量保存为录波文件，有助于事故调查，是电力系统故障分析和继保动作行为判断的重要依据。文献 1第 3. 6. 5 条中规定，输出的动态过程记录数据应符合的标准格式与COMTRADE 兼容。电力系统调试中经常用到的继保测试仪一般具有故障录波回放功能，可允许录波文件导入并转换为电气二次模拟量输出，再现现场事故情况，为继电保护装置检测、研究及培训工作提供便利、直观的素材。当前，在系统运行的故障录波装置和各基层局厂配置的继保测试仪品种型号繁多，各制造厂家对COMTRADE 格式标准的理解也有所偏差，有可能造成故障录波装置与继保测试装置之间的录波格式不兼容。本文通过分析故障录波文件格式，并导入到继保测试装置中，以验证兼容性问题的可行性。1COMTRADE 格式描述录波文件是供计算机程序调用的。但作为录波分析的素材，相关技术人员应当了解录波文件的组成构造。COMTRADE 是 IEEE 标准中的电力系统暂态数据交换通用格式。本标准对电力系统或电力系统模93第 32 卷第 1 期湖南电力HUNAN ELECTRIC POWER2012 年 2 月型采集到的暂态波形和事故数据的文件作了定义，目的是提供一种易于说明的数据交换通用格式。IEEE 于 1991 年提出，并于 1999 进行了修订和完善。录波装置通常以此格式存储故障数据。每个COMTRADE 记录都有一组最多 4 个与其相关的文件，4 个文件中的每个都具有一个不同的信息等级。分 别 为 标 题 文 件 ( . HDR ) 、 配 置 文 件( . CFG ) 、 数 据 文 件 ( . DAT ) 和 信 息 文 件( . INF) 。其中，. HDR 和 . INF 文件是可选的说明文件;而 . CFG 和 . DAT 文件则是必选文件，必须同时存在2。以 1999 版为样例，对有关文件格式作简单的描述。1. 1标题文件 ( . HDR)标题文件是由 COMTRADE 数据的原创者建立的一种可选的 ASCII 文本文件。标题文件的创建者能以任何需要的顺序创建任何信息。通常包含录波文件的背景信息，为用户提供一个附加信息的描述样本，起提示作用。通常录波回放程序并不调取标题文件的内容，故障录波装置也不一定生成标题文件。1. 2配置文件 ( . CFG)配置文件是 COMTRADE 文件的主文件，采用文本格式，记录了 COMTRADE 数据文件的格式定义，可供技术人员或计算机程序来识别，供正确读取录波数据文件用。因此，它必须配置的文件为一种 ASCII 文本，用于正确地说明数据 ( . DAT)文件的格式，因此必须严格按照预定义的格式编写。该文件诠释了数据 ( . DAT)文件所包含信息，其中包括诸如采样速率、通道数量、频率、通道信息等项。在该文件中，规定了变电站名称、录波装置ID、录波格式版本、数据格式、通道定义、采样频率、系统频率、时间长度等重要信息，为技术人员或计算机程序分析暂态故障数据提供引导。为了便于人员阅读，. CFG 文件采用 ASCII 文本格式编写。标准规定单组信息按行区分，行尾用回车符CR/LF表示信息结束;每行中的各信息之间用 ASCII 码逗号 “ ， ”表示隔断;对于不强制填写的信息，可以不填写，但需要用逗号隔离。文件按行和类型分为首行、模拟量和状态量通道、频率、时标、数据类型等多种信息行。如图 1 所示。stationname，recdevid，revyearCR/LF首行依次标示了变电站名、录波设备名和文件版本信息。其中文件版本信息采用标准规定的 4 位图 1配置文件格式示例图年份方式甄别:当采用 1999 版时，此处信息为“ 1999” ，如果该字段不存在或是空的，则假设文件则遵照标准的最初发行日期 ( 1991) 。TT，#A，#DCR/LFAn，chid，ph，ccbm，uu，a，b，skew，min，max，primary，secondary，PSCR/LFDn，chid，ph，ccbm，yCR/LF模拟量和状态量通道是文件的主体部分。首行是对录波通道总数和分别有多少模拟和状态通道的描述，通道总数应等于模拟+状态通道。下行起依次为模拟量通道和状态量通道。模拟通道行规定，An 是通道号 ( 1 n) ，应按顺序编号;chid 是通道名称;ph 是相位;ccbm是采样的电气设备名;uu 是电气量单位，可采用标准单位制如 A，V，kA，kV 等，也是电流通道和电压通道的标志位;a，b 分别为通道转换倍数和转换偏移量，通道采样值 ( 设为 x)需经过转换因数公式得到显示值 ( 设为 y) ;skew 为同步补偿时间，单位为 s，用于同步各通道采样时差;min，max 为采样值许可范围，对于 ASCII 数据其填写范围可从99999 到99999，对于二进制数据的范围 从 32767 到 32767;primary，secondary 为TA，TV 的一、二次侧额定值;PS 用于说明录波回显值 y 表示的是一次侧还是二次侧电气量，用 P，S 标识，不区分大小写。状态通道行规定，Dn 是通道号 ( 1 n) ;chid 是通道名称;ph 是相位;ccbm 是采样的电气设备名;y 定义为表示稳态时电气设备的状态，只用0，1 表示，而与实际的接点通断无关。lfCR/LF04第 32 卷第 1 期湖南电力2012 年 2 月lf 为系统频率，单位为 Hz，可根据实际系统工作频率填写 50，60 等。nratesCR/LFsamp，endsampCR/LF此处体现录波采样率。nrates 为采样率数 ( 1 n) ;samp 为采样频率，单位为 Hz;endsamp 是数据文件中在该采样率下的最后一个采样点的序号。对于连续变化采样周期的录波文件，nrates，samp 必须设为 0，endsamp 为文件最后一个采样点的序号。在这种情况下，数据文件中的 timestamp数据是唯一判断采样时间的信息点。dd/mm/yyyy，hh:mm:ss. ssssssCR/LFdd/mm/yyyy，hh:mm:ss. ssssssCR/LF此处体现录波时间标记。第 1 行时间标记是录波开始的时刻;第 2 行时间标记是事件触发的时刻，即故障 0 时刻。ftCR/LFft 是 filetype 的缩写，用以说明数据文件的格式。ASCII 代表数据文件遵循文本格式，BINARY代表二进制格式，不区分大小写。timemultCR/LFtimemult 是采样时间倍数，用于数据文件采用timestamp 作为采样时间判据的情况下。任意一个采样点的相对采样时间 ( elapsedtime)等于数据文件中 timestamptimemult。在 samp 与 timestamp 同时有效时，标准推荐采用 samp，以获得更好的精确值。在 . GFG 文件中，有的信息体现必要性，缺少该信息将导致文件不可读，如 An，Dn，uu 等;有的信息体现充分性，是为了更好地解读录波文件，不做强制要求，如 chid，ph，skew 等。但无论内容缺失与否，文件格式仍应符合标准要求。1. 3数据文件 ( . DAT)数据文件也是主文件，包含记录中每个采样所有输入通道的值。数据文件还包含一个顺序号和每次采样的时间标志。数据文件可采用文本格式或者二进制数据格式记录，须与配置文件中 ft 定义一致。数据文件以 . dat 为后缀名，允许采用多文件分包存储方式，此后增加的文件后缀名依次为. d01，. d02. d99。n，timestamp，A1，A2，Ak，D1，D2，Dm对于文本格式的数据文件，以行为单位记录一组采样数据，数据间仍然采用逗号作为分隔符，行结尾仍以CR/LF作为结束符。以1 行为例，首先是行序号 ( 1 n) ，第 2 位是时间标记，时间标记均相对于事件发生时刻;之后是模拟和状态的采样通道信息，顺序必须与 . CFG 文件中排列一致。1行中总的数据数应是 TT+2 个。文件须在最后一组数据结束符后立即以 EOF1ACR/LF结尾。对于二进制格式的数据文件，采用数据流格式，字格式定义为 LSB 在前，MSB 在后。单元组基本结构与文本格式相似，状态量做了格式压缩，取消分隔符。组序号和采样时间标识各占 2 个字的长度;单个模拟量采样值采用 16 位字补码形式，最大值为 0x7fff，最小值为 0x8001，0x8000 定义为“数据丢失” ;状态量以 bit 形式存储，每 16 通道为 1 组，第 1 个通道为 bit0，以此类推。由此每组数据的长度为 ( Ak2)+ ( int ( Dm/16)2)+4+4。图 2 是对同一个录波文件采用 2 种不同记录方式的示例。1. 4信息文件 ( . INF)信息文件是对用户提供有用的信息之外的特别信息，是一个可选文件。可以记录录波仪分析得到的扩展信息，供分析人员参考。信息文件后缀名选用. inf，采用类 windows 的 ini 脚本语言编写。完整的信息文件应包含对录波数据、事件信息、描述信息以及通道信息等内容的分析和罗列。2兼容性问题2. 1对标准的自由解读在 COMTRADE 标准1991 版发布后，由于对格式排列顺序和字符长度、类型许可等方面未做明确规定，导致其中存在较大的自由理解空间。国内各厂家在执行过程中为使功能得以实现，加入了各自( a)文本文件格式数据文件示例14第 32 卷第 1 期张亮峰等:COMTRADE 录波文件格式解析及继保测试仪回放功能兼容性测试2012 年 2 月( b)二进制文件格式数据文件示例图 2数据文件格式示例图的限制或扩展，导致厂家间数据不能完全相互利用，即所谓的 “兼容性问题” 。其后，1999 版对 1991 版进行修订，对表述模糊部分做了限制性规定，并扩展了部分有助于格式理解的内容，因此 1999 版在兼容性上有了较大改善。但修订后的版本在对非限制字段信息 ( non-critical)的省略和缺失上如何处理只给了指导性意见，未作具体规定，这样仍留下了各自发挥空间，兼容性问题仍未完全得到解决。2. 2程序编制上漏洞除了标准未明确规定的部分外，由于各厂家在文件识别程序编制上的差别，也会导致兼容性问题的发生。通过测试发现，通常见到的是对 . CFG 文件识别上的问题。如:An，Dn 编写顺序倒换，中文识别，非限制语句，数据溢出，浮点与整型数的采用，通道数目过多等;其次是对 . DAT 文件识别上的问题:数据行序号丢失或错位，数据项缺失或被破坏等;还存在因读取程序 BUG 导致的录波文件读取错误等情况，这与程序编制水平和容错功能有关。要解决这个问题，一方面需要提高录波读取程序对文件错误的容错能力，另一方面，需要力保生成程序尽可能符合标准编制要求。2. 3兼容性问题举例( 1). CFG 文件模拟量通道编号错位导致通道读取异常某 220 kV 变电站的府河故障录波器生成的录波文件无法被许继 Prate800 录波回放软件读取，报“文件损坏”错误。经检查，府河 . CFG 文件中模拟量通道编号在 20，25，27，28 号之间发生跳跃错位，见图 3。因此判别为文件错误，无法读取。图 3兼容性问题示例 1( 2)取值范围溢出导致显示错误某电厂升压站的中元故障录波器生成的录波文件用博电测试仪上位机软件读取报 “通道错误” ，通道显示不正确。经检查，发现 . DAT 文件中频率通道数值溢出 ( 9997) ，超出 . CFG 文件取值范围( 8191 8191) 。通过人为改动取值范围，通道显示仍有错误，但不再弹出 “通道错误”告警。由此至少可判断，该通道数值溢出也是导致读取错误的原因之一。详见图 4。2. 4COMTRADE 数据的转换合并由于仍然存在兼容性问题，在实际应用中，有时需要用到多台录波器的记录数据，但这些数据来自不同的录波设备，其采样速度、分辨率、数据格式或其它参数都不标准，因此需要采用标准格式规范各个 COMTRADE 文件，将不同设备之间的数据进行简化合并，使来自不同设备的数据可以相互兼容，以便于利用各种设备系统仿真和试验，进