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電網故障阻抗軌跡動態分析的軟件實現(new)

2019-05-10 23:38:10 0

電網故障阻抗軌跡動態分析的軟件實現
唐喜
1

孟巖

1

(北京四方繼保護自動化股份有限公司研發中心 北京 100085)

摘要: 摘要:電網故障阻抗軌跡動態分析(以下簡稱阻抗軌跡分析)是基于故障時刻智能電子設備
IED(Intelligent Electronic Device,以下簡稱 IED)及故障錄波器記錄下的 COMTRADE 文

& Z 逐點計算 ZA 、&B 、 件, 對錄波文件智能解析, 采用全周差分傅氏算法 及阻抗向量計算法 ,
[1] [9]

& & & & ZC 、 ZAB 、 ZBC 、 ZAC 六種阻抗值,依據各阻抗值及設置的門檻值在 PC 機上動態繪制
阻 抗 軌 跡 。 阻 抗 軌 跡 分 析 軟 件 采 用 Visual C++6.0 編 制 , 運 用 OOP( 面 向 對 象 編 程 [2] Object-Oriented Programming,以下簡稱 OOP)思想 進行軟件設計,以 Script 文件格式動 態編輯圖形格式、 屬性, 具體、 形象的反映出繼電器阻抗軌跡動作特性, 便于電網故障診斷, 有利于整個系統故障情況的全面了解。 關鍵詞: 關鍵詞:阻抗軌跡分析;COMTRADE 文件; OOP;Script;

1. 引言
目前調度中心對電網故障的診斷是通過 IED 或故障錄波器記錄下來的 COMTRADE 文件,根據文件中記錄的故障數據畫出波形供分析,波形中可以看出電壓、電流等的幅值、 相角,但對于距離繼電器的動作情況,沒有一種更形象的表示方法。阻抗軌跡分析軟件可以 根據 COMTRADE 文件,逐點計算 6 種阻抗值,同整定值一起繪制出阻抗動作軌跡,可繪制 “多邊形特性”[7]阻抗軌跡圖。軟件具有以下功能: 1、 智能繪制: 、 智能繪制: 軟件以 IED 或故障錄波器記錄下來的 COMTRADE 為依據,從 COMTRADE 文件中計 算出不同時刻的電壓、電流數值。若要計算某一時刻的阻抗數值,首先獲取此時刻之前一個 周波內的所有電壓、電流數值,根據 IED 距離保護元件[6]相應整定值,采用帶偏移特性的全

& & & & & & 周差分傅氏算法[3]、向量法[4]實時計算出六種阻抗( ZA 、 ZB 、 ZC 、 ZAB 、 ZBC 、 ZAC )
數值, 與阻抗 R、 整定值進行比較, X 確定相應時刻阻抗值對應多邊形特性圖中的物理位置, 軟件通過笛卡兒坐標算法換算出對應的屏幕坐標位置, 然后在多邊形特性圖上描點, 同時保 留歷史軌跡,這樣隨著時間的偏移即可反映出阻抗在阻抗平面上的變化趨勢。 示例: 示例:軟件運行后,加載 COMTRADE 錄波文件,描繪的軌跡如圖 1、2、3、4 所示。

& 圖 1~4 中描述的為 ZA 的阻抗軌跡(‘星狀小點’形成的曲線),從圖中可以看到,附著故障 & 時間的偏移(3ms,15ms,100ms,200ms), ZA 軌跡逐漸進入“小四邊形”動作區。
2、自動演示: 、自動演示: 采用定時器設計,隨著時間的偏移自動描繪軌跡。 3、實時顯示軌跡點的 R、X 數值: 、 、 數值:
-1-

只要將光標停留在軌跡點上即可查看當前軌跡點的 R、X 數值。 4、線條屬性自動編輯功能: 、線條屬性自動編輯功能: 軌跡曲線及特性曲線的顏色、線條均可以在“屬性”菜單中根據個性需要整定。 5、阻抗可選:6 種阻抗可以在“阻抗查看”菜單中進行切換查看。 、阻抗可選:

圖 1 ‘3ms’時歷史軌跡 ’ Fig.1 ‘3ms’ history track

圖 2 ‘15ms’時歷史軌跡 ’

Fig.2

‘15ms’history track

-2-

圖 3 ‘100ms’時歷史軌跡 ’ Fig.3 ‘100ms’ history track

圖 4‘200ms’時歷史軌跡 ‘ ’時歷史軌跡

Fig.4 ‘200ms’ history track

-3-

2. 軟件結構流程圖: 軟件結構流程圖:

圖表 5 軟件結構流程圖

Fig.5 Software structure flowchart

3. 理論依據: 理論依據:
1、帶偏移特性的全周差分傅氏算法[5]
j 2 N X k = ∑ ( xi xi 1 )e N i=1 2 k*i*π N j

π
N

e

2 sin

kπ N

(1)

& & & & & & 根據全周差分傅氏算法逐點算出 UA , UB , UC , IA , IB , IC
2、阻抗計算(向量法)[8] 已知:KR = (R0-R1)/3R1,KX = (X0-X1)/3X1,KA = R1/X1 KR:零序電阻補償系數 KX:零序電抗補償系數 KA:正序電阻/正序電抗

& Z 0 Z1 = ( R0 + jX 0) ( R1 + jX 1) K= 3Z 1 3( R1 + jX 1)

(2)

-4-

K _ Re =

KA * KA * KR + KX 1 + KA * KA

,

K _ Im =

KA * ( KX KR ) 1 + KA * KA

(3)

& ZA =

& & & UA UB UC & & , ZB = , ZC = & & & & & & & & & IA + K * 3I 0 IB + K * 3I 0 IC + K * 3I 0

(4)

& & & & & & UA UB UB UC UC UA & & & ZAB = , ZBC = , ZCA = & & & & & & IA IB IB IC IC IA
由(2)~(5)即可計算出 6 種阻抗的數值。

(5)

4. 核心軟件模塊設計實現: 核心軟件模塊設計實現: 軟件模塊設計實現 通用模塊: 通用模塊:
1.基礎類模塊 CBaseObject . 類名
CAxisReference CBaseObject CBaseObjectList 基類 擴充的鏈表類

描述
坐標系參考對象,用于邏輯坐標與實際坐標之間的轉換

圖表 6 CBaseObject 類模塊

Fig.6 The module of CBaseObject class 2.繪圖模塊 .繪圖模塊 類名
CDrawBaseClass CDrawArc CDrawCircle CDrawLine CDrawPoint CDrawGrpahList

描述
繪圖對象基類 圓弧繪制對象 圓繪制對象 直線繪制對象 點繪制對象 繪圖管理對象

圖表 7 繪圖模塊

Fig.7 The module of drawings 3. 緩沖區管理模塊 . 類名
CMemBuffer_Float CMemBuffer_Int CMemBuffer_Char CMemBuffer_CPoint CNormalFormatBuffer

描述
處理分配浮點數內存分配的數據類 處理分配整數內存分配的數據類 處理分配字節內存分配的數據類 處理分配 CPoint 內存分配的數據類 格式化文本解析緩沖區管理模塊

圖表 8 緩沖區管理模塊

-5-

Fig.8 The module of buffer management

坐標軸模塊: 坐標軸模塊:
笛卡爾坐標系統、極坐標系統、支持狀態的坐標系統; 類名
CDescartesAxis CStateAreaObject CPolarAxis CRuler_Horizontal

描述
笛卡兒坐標系統對象 狀態坐標系統對象 極坐標對象 水平標尺對象

圖表 9 坐標軸管理模塊

Fig.9 The module of axis management

繼電器繪圖緩沖區管理模塊
故障波形繪圖抽象并封裝為繪圖類 CRelayXYTBuff,此繪圖類應用于繼電器故障數據 繪圖,以 UML[2]建模如下:

圖表 10 CRelayXYTBuff 類模型圖

Fig.10 The module graph of CRelayXYTBuff

阻抗多邊形特性 阻抗多邊形特性[10]:
類名
CDistanceZoneList CDistanceZone CDistanceZoneShape_Polygon

描述
區段管理對象 保護區段對象 多邊形

圖表 11 阻抗多邊形管理模塊

Fig.11 The module of impedance polygon management

-6-

腳本命令: 腳本命令:
通過腳本命令來定義保護區段多邊形的形狀, 在實際的保護區段計算時, 將從定值單獲 取的定值數據傳遞到腳本中,然后解析腳本,獲取實際的保護區段數據。 腳本描述的繪圖關鍵字:直線、圓弧,語法如下: 直線: 直線: LINE(坐標種類,起點參數 1,起點參數 2,直線傾角); 或者 LINE(坐標種類,起點參數 1,起點參數 2, 終點參數 1, 終點參數 2);說明如下: 1. 坐標種類 坐標種類:0 表示迪卡爾坐標系統,1 表示極坐標系統; 2. 起點參數 1,起點參數 2:如果坐標種類為 0,則用迪卡爾坐標表示直線起點, , 如果坐標種類為 1,則用極坐標表示直線起點; 3. 直線傾角 直線傾角:直線的角度,單位為“°” 4. 終點參數 1, 終點參數 2:如果坐標種類為 0,則用迪卡爾坐標表示直線終點, , 如果坐標種類為 1,則用極坐標表示直線終點; 圓?。?圓?。?ARC(坐標種類,圓心參數 1,圓心參數 2,半徑,起始角,終止角); 或者 ARC(坐標種類,圓心參數 1,圓心參數 2,半徑,起點參數 1,起點參數 2, 終點參數 1,終點參數 2) ,說明如下: 1. 坐標種類 坐標種類:同上; 2. 圓心參數 1,圓心參數 2:如果坐標種類為 0,則用迪卡爾坐標表示圓心坐標,如果 , 坐標種類為 1,則用極坐標表示圓心坐標; 3. 半徑 半徑:表示圓的半徑; 4. 起始角,終止角 起始角,終止角:圓弧的起始和終止角度;只用于 ARC; 5. 起點參數 1,起點參數 2,終點參數 1,終點參數 2:如果坐標種類為 0,則用迪卡 , , , 爾坐標表示圓弧起點和終點坐標,如果坐標種類為 1,則用極坐標表示; 例如: 例如:如下的腳本描述及其所代 表的圖形(如圖 12 所示, XDZ 表示
阻抗選相元件電抗分量 值):
[10]

定值, 分量定

RDZ 阻抗選相元件電阻

[10]

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);
圖 12 根據腳本描述繪制的圖形

Fig.12 The graph drawed by script description

-7-

綜上,將距離繼電器封裝成一個類表示為 CDistanceRelay,其接口特性如下表所示:

圖表 13 距離元件類 CDistanceRelay 結構圖

Fig.13 The structure excel of the distance relay CDistanceRelay.

-8-

5. 結語: 結語:
a、 阻抗軌跡分析軟件實現了距離元件多邊形特性軌跡的動態繪制,軟件編寫采用先進的 OOP 思想,將距離元件特性以類形式封裝,同時通用模塊、時間軸模塊、緩沖區管理等模塊, 均模塊化設計,且通用有利于以后的軟件功能擴展。 b、 阻抗軌跡分析軟件有利于電網故障的快速診斷,其動態描繪軌跡特性更有利于全面、系 統的了解系統故障行為, 軟件推廣后將帶來巨大的社會效益和經濟效益, 促進電力行業的發 展。 參考文獻: 參考文獻:
[1] 陳生貴 ,盧繼平,王維慶。電力系統繼電保護。重慶:重慶大學出版社,2003。 CHEN Sheng-gui , LU Ji-ping , WANG Wei-qing . Power System Protection. Chongqing: Chongqing University Press,2003. [2] 王燕. 面向對象的理論與 C++實踐 北京 清華大學出版社,1996 WANG Yan . Orient Object Theory and C++ Practice. Tsinghua University Press,1996. [3] 王梅義.電網繼電保護應用.北京;中國電力出版社,1999. WANG Mei-yi. The Utility of Power System Network Protection. Beijing: China Electric Power Press, 1999. [4] 朱聲石. 高壓電網繼電保護原理與技術. 第 3 版. 北京:中國電力出版社,2005. ZHU Sheng-shi. The Principle and Technique of High Voltage Network Protection. 3rd ed. Beijing: China Electric Power Press, 2005. [5] 李巖, 詹奕, 陳德樹, 等. 單相補償接地距離繼電器統一形式的研究. 28-31. LI Yan,ZHAN Yi, CHEN De-shu et al. The Uniform Formula of Earth Fault Distance Relay with 電力系統自動化,2003,24(10):60-66. 電力系統自動化, 2002,26 (10) :

Single-phase Compeensation. Automation of Electric Power Systems, 2002,26(10): 28-31. [6] 毛鵬,楊立?,杜肖功. 基于零序分量的距離繼電器.

MAO Peng, YANG Li-fan, DU Xiao-gong . Study of the Distance Relay Based on Zero Sequence Components. Automation of Electric Power Systems, 2003,24(10):60-66. [7] 許正亞。輸電線路新型距離保護。北京:中國水利水電出版社,2002。 XU Zheng-ya. New Type Distance Protection of Power Line. Beijing: China Hydraulic and Hydroelectricity Press, 2002. [8] 張永浩,禹成七,基于故障附加狀態的測距式距離繼電器。華北電力大學學報,1998,25(2):31-35。 ZHANG Yong-hao, YU Cheng-qi. Measuring Distance Relay Based on Additional Fault State. Journal of North China Electric Power University, 1998,25(2):31-35. [9] 林湘寧, 劉沛, 井嶸。 基于 DSP 實現多邊形阻抗特性最佳判據的選擇。 電力系統自動化, 2003,27 (14) : 62-68。 LIN Xiang-ning, LIU Pei, JING Rong. Optional Implementation of Polygon Impedance Characteristics Using DSP Technique. Automation of Electric Power System, 2003,27(14):62-68. [10] 陳朝暉,黃少鋒,陶惠良,等。新型阻抗選相方法。電力系統自動化,2005,29(3):51-56。 CHEN Zhao-hui, HUANG Shao-feng, TAO Hui-liang et al. Research on the New Phase Selection Based on Impedance Measurement. Automation of Electric Power Systems, 2005.29(3):51-56.

作者簡介: 作者簡介:
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唐喜(1979 - ),男,吉林松原人,工程師,主要從事電力系統通信、電力系統規約和 電力系統軟件組件方面的科研工作(Email:[email protected]); 孟巖(1979 - ),女,遼寧錦州人,工程師,主要從事電力系統高壓及超高壓的繼電保 護科研工作(Email:[email protected])。 Power Net Fault Impedance Track Analysis realized by software 1 1 TANG Xi , MENG Yan (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 by IED(Intelligent Electronic Device) and fault recorders, parses wave file intellectively, calculates

& & & & & & point-by-point ZA 、ZB 、ZC 、ZAB 、ZBC 、ZAC

according to Full-Cycle Fourier

algorithm and Impedance vector algorithm, and draws dynamic track according to Impedance and set value. Impedance Track Analysis Software programs by Visual C++ 6.0, exerts OOP(Object-Oriented Programming) idea , edits dynamically graph format and property by Script file format, thus it can embody visually relay impedance action track, and it is convenient for power system fault diagnosis and finding out all-sided things of whole system fault. Key words: Impedance Track Analysis; COMTRADE File; OOP; Script

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