电网故障阻抗轨迹动态分析的软件实现(new).doc

电网故障阻抗轨迹动态分析的软件实现唐喜1 孟岩1(北京四方继保护自动化股份有限公司研发中心 北京 100085)摘要：电网故障阻抗轨迹动态分析(以下简称阻抗轨迹分析)是基于故障时刻智能电子设备IED(Intelligent Electronic Device，以下简称IED)及故障录波器记录下的COMTRADE文件，对录波文件智能解析，采用全周差分傅氏算法1及阻抗向量计算法9，逐点计算、六种阻抗值，依据各阻抗值及设置的门槛值在PC机上动态绘制阻抗轨迹。阻抗轨迹分析软件采用Visual C+6.0编制，运用OOP(面向对象编程Object-Oriented Programming，以下简称OOP)思想2进行软件设计，以Script文件格式动态编辑图形格式、属性，具体、形象的反映出继电器阻抗轨迹动作特性，便于电网故障诊断，有利于整个系统故障情况的全面了解。关键词：阻抗轨迹分析；COMTRADE文件; OOP；Script；1. 引言目前调度中心对电网故障的诊断是通过IED或故障录波器记录下来的COMTRADE文件，根据文件中记录的故障数据画出波形供分析，波形中可以看出电压、电流等的幅值、相角，但对于距离继电器的动作情况，没有一种更形象的表示方法。阻抗轨迹分析软件可以根据COMTRADE文件，逐点计算6种阻抗值，同整定值一起绘制出阻抗动作轨迹,可绘制 “多边形特性”7阻抗轨迹图。软件具有以下功能：1、 智能绘制：软件以IED或故障录波器记录下来的COMTRADE为依据，从COMTRADE文件中计算出不同时刻的电压、电流数值。若要计算某一时刻的阻抗数值，首先获取此时刻之前一个周波内的所有电压、电流数值，根据IED距离保护元件6相应整定值，采用带偏移特性的全周差分傅氏算法3、向量法4实时计算出六种阻抗(、)数值，与阻抗R、X整定值进行比较，确定相应时刻阻抗值对应多边形特性图中的物理位置，软件通过笛卡儿坐标算法换算出对应的屏幕坐标位置，然后在多边形特性图上描点，同时保留历史轨迹，这样随着时间的偏移即可反映出阻抗在阻抗平面上的变化趋势。示例：软件运行后，加载COMTRADE录波文件，描绘的轨迹如图1、2、3、4所示。图14中描述的为的阻抗轨迹(星状小点形成的曲线)，从图中可以看到，附着故障时间的偏移(3ms,15ms,100ms,200ms)，轨迹逐渐进入“小四边形”动作区。 2、自动演示：采用定时器设计，随着时间的偏移自动描绘轨迹。3、实时显示轨迹点的R、X数值：只要将光标停留在轨迹点上即可查看当前轨迹点的R、X数值。 4、线条属性自动编辑功能：轨迹曲线及特性曲线的颜色、线条均可以在“属性”菜单中根据个性需要整定。 5、阻抗可选：6种阻抗可以在“阻抗查看”菜单中进行切换查看。图 1 3ms时历史轨迹Fig.1 3ms history track 图 2 15ms时历史轨迹 Fig.2 15mshistory track 图 3 100ms时历史轨迹Fig.3 100ms history track 图 4200ms时历史轨迹 Fig.4 200ms history track2. 软件结构流程图：图表 5 软件结构流程图Fig.5 Software structure flowchart3. 理论依据：1、带偏移特性的全周差分傅氏算法5 (1)根据全周差分傅氏算法逐点算出， ，2、阻抗计算（向量法）8已知：KR = (R0-R1)/3R1，KX = (X0-X1)/3X1，KA = R1/X1KR：零序电阻补偿系数KX：零序电抗补偿系数KA：正序电阻/正序电抗 (2) ， (3)， ， (4) ， ， (5)由(2)(5)即可计算出6种阻抗的数值。4. 核心软件模块设计实现： 通用模块：1 基础类模块CBaseObject 类名描述CAxisReference坐标系参考对象，用于逻辑坐标与实际坐标之间的转换CBaseObject基类CBaseObjectList扩充的链表类图表 6 CBaseObject类模块Fig.6 The module of CBaseObject class2 绘图模块类名描述CDrawBaseClass绘图对象基类 CDrawArc圆弧绘制对象CDrawCircle圆绘制对象CDrawLine直线绘制对象CDrawPoint点绘制对象CDrawGrpahList绘图管理对象图表 7 绘图模块Fig.7 The module of drawings3 缓冲区管理模块类名描述CMemBuffer_Float处理分配浮点数内存分配的数据类CMemBuffer_Int处理分配整数内存分配的数据类CMemBuffer_Char处理分配字节内存分配的数据类CMemBuffer_CPoint处理分配CPoint内存分配的数据类CNormalFormatBuffer格式化文本解析缓冲区管理模块图表 8 缓冲区管理模块Fig.8 The module of buffer management坐标轴模块：笛卡尔坐标系统、极坐标系统、支持状态的坐标系统；类名描述CDescartesAxis笛卡儿坐标系统对象CStateAreaObject状态坐标系统对象CPolarAxis极坐标对象CRuler_Horizontal水平标尺对象图表 9 坐标轴管理模块Fig.9 The module of axis management继电器绘图缓冲区管理模块故障波形绘图抽象并封装为绘图类CRelayXYTBuff，此绘图类应用于继电器故障数据绘图，以UML2建模如下：图表 10 CRelayXYTBuff 类模型图Fig.10 The module graph of CRelayXYTBuff阻抗多边形特性10：类名描述CDistanceZoneList区段管理对象CDistanceZone保护区段对象CDistanceZoneShape_Polygon多边形图表 11 阻抗多边形管理模块Fig.11 The module of impedance polygon management脚本命令：通过脚本命令来定义保护区段多边形的形状，在实际的保护区段计算时，将从定值单获取的定值数据传递到脚本中，然后解析脚本，获取实际的保护区段数据。脚本描述的绘图关键字：直线、圆弧，语法如下：直线：LINE（坐标种类，起点参数1，起点参数2，直线倾角）;或者LINE（坐标种类，起点参数1，起点参数2， 终点参数1， 终点参数2）;说明如下：1 坐标种类：0表示迪卡尔坐标系统，1表示极坐标系统；2 起点参数1，起点参数2：如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示直线起点，如果坐标种类为1，则用极坐标表示直线起点；3 直线倾角：直线的角度，单位为“”4 终点参数1， 终点参数2：如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示直线终点，如果坐标种类为1，则用极坐标表示直线终点；圆弧：ARC（坐标种类，圆心参数1，圆心参数2，半径，起始角，终止角）;或者ARC（坐标种类，圆心参数1，圆心参数2，半径，起点参数1，起点参数2，终点参数1，终点参数2），说明如下：1 坐标种类：同上；2 圆心参数1，圆心参数2：如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示圆心坐标，如果坐标种类为1，则用极坐标表示圆心坐标；3 半径：表示圆的半径；4 起始角，终止角：圆弧的起始和终止角度；只用于ARC；5 起点参数1，起点参数2，终点参数1，终点参数2：如果坐标种类为0，则用迪卡尔坐标表示圆弧起点和终点坐标，如果坐标种类为1，则用极坐标表示；例如：如下的脚本描述及其所代 表的图形(如图12所示, XDZ表示阻抗选相元件电抗分量10定值，RDZ阻抗选相元件电阻10分量定值)：LINE（0，0，0，15）;LINE（0，0，XDZ，0）;LINE（0，0，XDZ，-7）;LINE（0，RDZ，0，-120）;LINE（0，RDZ，0，270）;LINE（0，0，0，165）; 图 12 根据脚本描述绘制的图形 Fig.12 The graph drawed by script description综上，将距离继电器封装成一个类表示为CDistanceRelay，其接口特性如下表所示：图表 13 距离元件类CDistanceRelay结构图Fig.13 The structure excel of the distance relay CDistanceRelay.5. 结语：a、 阻抗轨迹分析软件实现了距离元件多边形特性轨迹的动态绘制，软件编写采用先进的 OOP思想，将距离元件特性以类形式封装，同时通用模块、时间轴模块、缓冲区管理等模块，均模块化设计，且通用有利于以后的软件功能扩展。b、 阻抗轨迹分析软件有利于电网故障的快速诊断，其动态描绘轨迹特性更有利于全面、系统的了解系统故障行为，软件推广后将带来巨大的社会效益和经济效益，促进电力行业的发展。参考文献：1 陈生贵 ，卢继平，王维庆。电力系统继电保护。重庆：重庆大学出版社，2003。 CHEN Sheng-gui , LU Ji-ping , WANG Wei-qing .Power System Protection. 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Automation of Electric Power Systems, 2005.29(3):51-56.作者简介：唐喜(1979 - )，男，吉林松原人，工程师，主要从事电力系统通信、电力系统规约和电力系统软件组件方面的科研工作(Email:);孟岩(1979 - )，女，辽宁锦州人，工程师，主要从事电力系统高压及超高压的继电保护科研工作(Email:)。Power Net Fault Impedance Track Analysis realized by softwareTANG Xi1, MENG Yan1(Beijing Sifang Automation Co.,Ltd research & develop center, 100085,China )Abstract: Power net fault impedance dynamic analysis (for short impedance track analysis as followed) bases on COMTRADE files recorded b