電力系統(tǒng)故障錄波數據分析.

1、研究與開發(fā)年第 期6電力系統(tǒng)故障錄波數據分析邵玉槐許三宜何海祥丁周方( 太原理工大學電氣與動力工程學院, 太原 030024摘要 電力系統(tǒng)故障錄波數據是電力系統(tǒng)故障分析和保護動作判據的重要依據。本文提出了據電力系統(tǒng)故障錄波數據完善了頻率分析、諧波分析、故障定位的數學分析方法。采用java 編程語言完成部分過程的編制工作。同時針對目前雙端測距存在的偽根問題 , 提出了一種新的求解過程。關鍵詞 : 電力故系統(tǒng)故障分析;故障錄波數據;雙端測距Power System Fault Recorder Data AnalysisShao Y uhuai X u Sa nyi He Haixiang Din

2、g Zhoufang(College of Electrical and Power Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024 Abstr act The power system fault recorder data provides the important basis for fault analysis and protective operating criterion. The paper improved frequency measurement mathematical analysis a

3、lgorithm and harmonic analysis mathematicalanalysis algorithm as well as fault location mathematical analysis algorithm by use of those data. Using java programming language as development tools and accomplish精選資料，歡迎下載some function. At the same time, the paper proposes a new solving process aiming a

4、t false roots in two- terminal fault location.Key words :power system fault analysis ; fault recorder data ; two- terminal fault location1 引言電力系統(tǒng)故障錄波系統(tǒng)是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時能自動記錄的一種系統(tǒng)或一種裝置。近年來, 不同 類型的故障錄波器已在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用, 所 記 錄的各種故障錄波數據為電力系統(tǒng)故障分析及各種保 護動作行為的分析和評價 提供了數據來源和依據。目前 , 電網調度端已能通過專用網或電話網將電網故障錄波數據集中到一起, 但

5、如何有效管理和 利用這些信息進行必要的故障分析、保護動作行為 評價及故障 測距等并沒有統(tǒng)一的標準 1 。2 系統(tǒng)總體設計java 的最大優(yōu)勢就是跨平臺,通俗地說可以用于各種操作系統(tǒng), 本系統(tǒng)是以java為平臺開發(fā)的基于IEEE 標準的 COMTRAD 數據格式的面向對象的可視化程序 , 下面簡單說一下設計思路:(1 數據采用的格式目前故障錄波器基本上采用 IEEE 的 COMTRAD 標準。每個 COMTRAD 記錄 都有一組 4 個與其相關 的文件 ,其中 CFG 和 DA T 文件有嚴格的格式 ,用于 存儲 通道數據和相關解釋信息 ；HDR 沒有固定格式。 COMTRAD 文件遵循固定的記

6、錄格式，這使得編寫程序讀取數據成為可能。文件以一行為單位記錄錄波信息 ,每行種又以逗號隔開各類信息或數據。(2 圖形用戶界面的顯示精選資料，歡迎下載在本系統(tǒng)中 ，無論是波形分析 ( 如波形的橫向、縱向放大縮小 ；波形的瞬時值還是故障分析 ( 如諧 波分析、序分量分析以及故障測距計算等結果，都 要通過視圖顯示到屏幕上 ，實現信息從機器到人的傳遞，因此 ，設計一個直觀、友好的GUI (GraphicalUser In terface,即圖形用戶界面對程序編寫的基本要求1。(3 基本過程思路如圖1。3 算法及程序(1 波形再現現場采集的數據是一系列離散的點, 由 COMTRAD 文件可以計算出每個時

7、刻對應的電壓和 電流瞬時值 , 利用 jfreechart 的強大功能可以生成了電壓和電流波形圖。具體的單通道波形生成程序為 ：山西省自然科學基金資助項目( 6320097220001102電弓技朮研究與開發(fā)年第精選資料，歡迎下載期圖 1JFreeChart chartA=ChartFactory.createXYLi neChart("",/chart title "X", /x axis label "Y",y axis label dataset,/dataPlotOrie ntatio n.VERTICAL, true, /i

8、n clude lege nd true, /tooltips false /urls ;import頻率計算采樣電壓信號為一正弦電壓 , 假設采樣期間電 壓幅值保持不變 , 系統(tǒng)頻率也不 迅速改變 , 系統(tǒng)電 壓信號采樣可用下式表示(si n(2nv t V ft = 設每周波的采樣點數為N , 每 0.1s 的采樣點數為 n , 當電壓信號以 T 為時 間間隔采樣時 , 第 , 1, 2, 3k k k k +的 采樣值可以表示為sin(2 nk v V ft0=+1sin2 n k v V f t T阡=+2sin2 <2 k v V f t T併=+3sin2 <3 k v

9、 V f t T0：+=+ 由上式可以推導出精選資料，歡迎下載2312cos(3 n14sin ( ncos( nk k k K v v fT fT v v fT +=+(1為了消除120k k v v +=的影響 ,利用等比定理若 0a c e bdf=>, 則 a c e ab d f精選資料，歡迎下載b次計算的 214sin （冗 fT 按上式取絕對值和進行補償得到+=+ 經過 n-33321312114si n ( nn kk k n k k k vv fT vv +=+=+=+E 刀(2令33131精選資料，歡迎下載1nkk k n k k k vv x vv +=+=+=+

10、" 刀(3根據采樣值可以計算出每隔0.1s 的 x 值由式 (2 和式 (3 可以推導出121Tarcsi n(1 2f T x =(4注:f=50Hz, T 為采樣周期 ，1T f N = 根據式 (4 求出的 x 為 x 0, 將 121arcsin(1 2x 在 x 0 處進行泰勒展開得精選資料，歡迎下載22221200033200022000523200011arcsin(1in2223(23精選資料，歡迎下載(11(23223(23(1 ( 2x fTx x x x x x x xx x x x x x xx =+(5可得 ce 5 n T=式(2(3 全周傅氏變換算法這是

11、在電力系統(tǒng)中應用很廣泛的一種較好的算法, 尤其是在電力系統(tǒng)微機保護提取基波分量時占有重要的地位。當電力系統(tǒng)發(fā)生故障時往往產生較大的衰減, 非周期分量全周傅氏差分算法則可以消除這種誤差。為了降低直流分量的影響采用了差分變換,即 用采樣值之差(1 ( x n x n + 代替 ( xn 。精選資料，歡迎下載假定被采樣信號是一個周期性的時間函數 ， 除 基波外還含有不衰減的直流分量 和各次諧波 ，可表示為 n ,其為自然數 ，代表諧波次數。 n a 和 n b 則分 別代表 各次諧波的余弦項和正弦項的振幅。1a 和 1b 分別代表基波分量的余弦項和正弦項的振幅。結合全周傅式算法和差分采用矩形法可求得

12、：112( si n(2 nN n k k k a xx kn N N+=X 2009727電氣技朮研究與開發(fā)年第精選資料，歡迎下載102(cos(2 nN n k k k b x x kn N N +=E222/2/2/2sin /2cos n s n s X a n T b n Twc=+narctan(12 2n n s a b fnT =(4雙端測距利用雙端數據的測距算法 ,在原理上完全不受 故障過渡電阻 (阻抗的大小、性 質及雙端系統(tǒng)阻 抗的影響 , 可以保證測距的精度 ,但其主要缺點是 需要通道傳遞對 端信息。雙端數據同步和消除測距 方程偽根也是保證測距精度必不可少的手段。雙端測距

13、方法大多利用雙端電壓和電流量 , 列出 從兩端至故障點的輸電廠線 路的分布參數電壓方程。 對圖 1 所示電路 , 可列出如下的電路方程 :(fF M F s MF cs s s s s U U ch x I Z sh x丫 =(6d(s ( (精選資料，歡迎下載fF N F sNF c s s(s s j U U ch l x I Z sh l x d3Y=Y(7 (1 (1 (1NP MP 1MP cs 1U U ch l I Z sh lY=Y(8 (1 (1(1 MP NP1MP 1csU Ish l I ch l Z 丫 =+(9式中 , d3 為兩端數據的不同步相角差, s=0,1,

14、2 為序 量標號, 代 F ”代表故障后, “P表故障前,( ( 1/2cs (/ s s l l Z Z Y =,“N ”代表故障前。“f ”代表故障點。圖 1 單相接地故障由式 (8或式 (9得(1(1 M P 1MP cs 1d (1 NP精選資料，歡迎下載(1(1M P 1MP 1cs(1 NPargU ch lI Z sh lUU sh l I ch l Z I丫丫 注 Y =Y(10由式 (6和式 (7得d d( ( (MF NF s NF cs s 1( (s MF NF s N F c s s 1s j s s s j s s U e U ch l I Z sh l x th

15、I e U ch l I Z ch lSY Y=YY Y對非對稱故障,在式 (1 和(2 中取 s=1, 2 得 d(1 (1精選資料，歡迎下載M F 1M F c11(1(1 N F 1NF c11( ( j U c h x I Z sh x U c h l x I Z sh l x e丫丫予?2d(2 (2 MF 1MF c11(2(2N F 1N F c11( ( j U ch x I Z sh xUch l x IZ sh lx es丫丫予?3將式 (12 和式 (13 相除 , 消去雙端數據不同步相角差dj e S(1(1M F 1MF c11精選資料，歡迎下載1(2(2M F 1M

16、F c11(1(1NF 1NF c11(2 (2 NF 1NF c11( ( ( ( ( U ch x I Z sh x D x U ch x I Z sh x U ch lx I Z sh l x U ch l x I Z sh l xYYYY=YY (1Y 丫對于對稱故障, 可根據故障前的雙端電壓、電流列出如下方程d(1(1M P 1MP c11(1(1NP 1NP c11( (j U ch x I Z sh x U ch lx I Z sh lx e S丫丫予?5將式 (12 和式 (16 相除 ,消去雙端數據不同步相角差d(1 (1MF 1MF c112(1(1 MP 1MP c11(

17、1(1 N F 1NF c11精選資料，歡迎下載(1 (1NP1NPc11( ( ( ( (U ch x I Z sh x D x U ch xI Z sh x U ch l x I Z sh l x Uch l x I Z sh lX YYYY=YYYY+(16 3其中 ,式(16 適用于線路的全部短路類故障。式(14 和式 (16 的求解過程繁瑣, 求出的 結果往往是復數, 存在的誤差較大, 為了剔除這些偽根 ,提出以下求解方法。牛頓法實質上是一種線性化方法 ,其基本思想 是將非線性方法 ( 0f X = 逐步 歸結為某種線性方程 求解。它的優(yōu)點是收斂快。令 1( D X 和 2( D X

18、 為 0, 式 (14 和式 (16 變?yōu)?( f X 的函數 ,將函數 ( f X 在 點 k X 展開 ,有精選資料，歡迎下載(k k k f x f x f x x x+(17則 1'( k k kk f x x x f x +=(0,1,2k =則下山法能保證函數值穩(wěn)定下降，防止迭代發(fā)散,即具有單調性 ：1(k k f x f x +<(18結合二者的優(yōu)點 , 令1'(k k kk f x x x f x +=(19與前一步的近似值k x 適當加權平均作為新的改進值11(1 k k k x x x 入+=+(202009728精選資料，歡迎下載研究與開發(fā)精選資料，

19、歡迎下載怎陽 vta mio aSw 世 K D精選資料，歡迎下載二 -二 - - r-zag-r -國電力至鈕亦斬款件女件(E 圉形?査看 M 分掀閱倉口皿 ) 工 RCD 寵助 (H)-_, 蛋程二 - 陌軌斗女件 (E 圖形 ? 査如分執(zhí)卻翳口他工RD SffiltH)正勞渡懲團年第期其中 ,01 ?<<,入稱為下山因子。則式1'(2+=4(0,1,2k =(21精選資料，歡迎下載(f x 從啟 1 開始 ,逐次將入減半進行試算 , 直 到能使下降條件 (18 成立為止。為了消除不對稱故障時(14 和(16 的解出 來的距離差距很大的取舍問題,同時 根據模值平方相等建

20、立2( ( (MF MF s MF cs s 2(NF sNF cs s( ( (s s s s s f x U U ch x I Z sh xU ch I x I Z sh l x丫丫 =+(Y 2作為附加判據。選擇令 ( f x為最小值的解。4 試驗結果針對現場采集的一組COMTRAD 數據的分析結果如下:1,-45833,-592,944,-336,3,-567,981,-398,2,4,-1,4,3,-2,-45000,-764,873,-93,2,-755,922,-152,3,5,-1,3,3,-3,-44166,-885,743,155,3,-(下轉第33頁精選資料，歡迎下載89

21、1,802,104,3,5,-1,2,3,-4,-43333,-947,561,394,3,-968,625,353,2,5,0,2,4,-單通道波形結果如圖 2。 疊加通道波形結果如圖3 。 頻率分析結果如圖4。圖 2單通道波形圖 3疊加通道波形圖 4 頻率分析5 結論電力系統(tǒng)自動化的重要程度日益提高, 為電網調度自動化賦予了更重要的意義。本文設計的基于 COMTRAD 故障錄波信息的電力故障分析軟件是應太原南瑞 繼保電力公司開發(fā)的一套軟件 ,立足于 實際條件 ,可實現波形再現、頻率分析、諧 波分析、故障測距分析等功能。目前, 該軟件已經完成了現場采集數據的部分析功能。參考文獻1 李媛 ,

22、劉滌塵 , 杜新偉 , 王和春 , 葉菁 . 電力故障波形再現及分析系統(tǒng)的開發(fā) . 電網技術 ,2006,30(5:106-109.2009729精選資料，歡迎下載電氣技朮PE 電力電子電專技術年第期33圖 7三相定子電流輸出波形7 結論仿真結果表明 ，轉子磁鏈估算的波形基本保持不變 ,說明本文提出的改進定子磁鏈觀測器具有參數不敏感性 ，用該方法估算的定子磁鏈完全可以滿足轉速估算精度的要求。從波形可以看出當給定轉矩發(fā)生階躍變化時 ，各參數的動態(tài)調節(jié)時間較短， 說明該系統(tǒng)具有較好的動態(tài)特性和較強的魯棒性。但是在實際系統(tǒng)中 ， 電(下轉第33頁精選資料，歡迎下載機參數變化會影響系統(tǒng)性能, 所以實現

23、時還需要加上參數辨識和誤差校正環(huán)節(jié)來提高系統(tǒng)抗參數變化和干擾的魯棒性5-6 。參考文獻1李永東 . 交流電機數字控制系統(tǒng)M. 北京 : 機械工業(yè)出版社 ,2002. 2范巖 , 何勇 . 轉子磁場定向速度自適應估算感應電機控 制系統(tǒng)的研究 J. 電氣傳動 ,2006,36(9:6-8.3李德華 . 交流調速控制系統(tǒng)M. 北京 :電子工業(yè)出版 社 ,2003.4Makouf A; Diallo D; Benbouzid H,et al; A practical scheme for induction motor speed sensorless field-oriented controlJ.

24、EnergyConversion,IEEE Transactions on V olume 19,Issue1,March 2004:230-231.5 邱阿瑞 , 尹雁 , 王光輝 , 李永東 . 基于 DSP 的無速度傳感器異 步電機矢量控制系統(tǒng) J. 清華大學學報 , 2001,41(3:21-24. 6黃永安 馬路 劉慧敏 .Matlab 7.0/Simulink6.0建模 仿真開發(fā)與高級工程應用 M.北京 : 清華大學出版社 ,2005.作者簡介許 琤(1981- , 男, 碩士 , 浙江舟山, 研究方向: 電力電子與電力傳動。韓幸 軍(1972- , 男, 漢族 , 工程師 ,浙江舟山, 研究方向:電機 控制及風力發(fā)電技術。5 萬山明 , 吳芳 , 黃聲華 . 基于高頻電壓信號注入的永磁 同 步電機 轉 子初 始位置 估計 J. 中國 電機工 程學 報 ,2008, 28(33:82-86.6 陳榮 . 基于增量式光電編碼盤的永磁同步電機轉子位置初始定位J. 電 機與控(上接第 25頁精選資料，歡迎下載制應用 ,2007,34(3:32-347徐永向 ，鄒繼明 ，趙猛 ，姚郁 .基于單霍爾傳感器的PMSM 位置檢測 方