CN113609671A - 一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法及装置 - Google Patents

一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法及装置 Download PDF

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李丰攀
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Abstract

本发明公开了一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法及装置，所述方法包括在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。本发明通过计算机上的仿真软件操作，即可生成各种故障录波数据，配合继保仪能够模拟出线路故障，使馈线终端正常进行检测和保护动作，达到和实际测试相近的效果。

Description

一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法及装置
技术领域
本发明属于配电自动化领域，具体涉及一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法及装置。
背景技术
目前的配网建设中，继电保护装置和故障录波装置一般为两个独立的装置。馈线终端内置故障录波装置，能够与变电站中压出线开关继电保护装置配合，实现馈线自动化功能。但是现有馈线终端的故障录波功能还不够完善，对小电流接地等故障的监测能力有限，无法满足未来配网自动化的需求，亟需增强智能化程度。国网于今年修改了馈线终端设备的技术规范，在软件层面增加励磁涌流防误、回路断线检测等新功能，完善短路、接地、断线等保护逻辑，因此入网检测的难度增加，需要提前进行摸底性功能测试。
仿真软件是由美国TheMathWorks出品的商业数学软件，集算法开发、数据分析、绘图仿真等功能于一体，在电力系统自动化的设计中得到广泛使用。通过仿真软件内置的Simulink仿真模块，可以对电网线路故障进行仿真，生成对应的故障信息用于分析。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，通过计算机上的仿真软件软件操作，即可生成各种故障录波数据。将故障录波数据导入到继保仪中，使用继保仪内的波形回放功能，能够模拟出线路故障，使馈线终端正常进行检测和保护动作，达到和实际测试相近的效果。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，包括：
在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；
提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
可选地，所述故障录波数据文件以Excel形式存储在仿真软件内部的Workspace工作区模块。
可选地，所述特征量包括故障录波开始时间、结束时间、主站信息、通道数量、采样频率以及每个通道内各时间点的录波数值，分别以数组形式保存于仿真软件中。
可选地，所述故障录波波形文件的生成方法包括：
利用波形转换程序按照Comtrade99录波格式要求，将各数组内的数据组合为至少N行的配置文件，所述波形转换程序是根据Comtrade99录波格式标准在仿真软件中编写的代码，所述配置文件具体格式为：
(1)站名，记录装置特征，COMTRADE标准的修改年份；
(2)通道的数量+类型；
(3)通道信息；
(4)线路频率；
(5)采样速率和每一速率下的采样数量；
(6)第一数据点的日期和时间；
(7)数据文件类型；
(8)时间标记倍乘系数；
其中，(1)和(8)为可选参数，(2)-(7)为必要参数；
波形转换程序判断故障录波数据文件内的数据是否满足生成波形文件的要求，若满足则输出录波波形文件。
可选地，所述录波波形文件包括.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，数据文件将故障录波数据以ASCII码形式分为行和列；每行为TT+2列，其中TT为配置文件中记录的通道数量，每行具体格式如下：
1,timestamp[1],A1[1],A2[1],……,Ak[1],D1[1],D2[1],……,Dm[1]
2,timestamp[2],A1[2],A2[2],……,Ak[2],D1[2],D2[2],……,Dm[2]
.
.
n,timestamp[n],A1[n],A2[n],……,Ak[n],D1[n],D2[n],……,Dm[n]
其中，n为采样数，timestamp为时间标记，A1～Ak为模拟量通道故障录波数据，D1～Dm为数字量通道故障录波数据。
可选地，所述当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，具体包括：
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则利用波形回放程序将.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，转换为可在仿真软件示波器模块内显示波形的m文件。
可选地，所述m文件的生成方法具体包括：
调入.cfg格式的配置文件,找出模拟量的个数和各通道因数；
解释格式文件，查看配置文件的格式；
调入配置文件,找出配置文件有多少行；
打开文件，定义参数结构体，包括模拟通道参数、数字通道参数、转换系数、波形参数；
将配置文件中模拟通道和数字通道对应的项目提取出来，合并组成一个新的结构体；
将.dat格式的数据文件中的模拟数据以ANSI代码的形式存在数组midcha中,将数据文件中的时标数据以ANSI代码的形式存在数组tcha中；
根据m文件格式定义结构体，将数组内的数据赋值到结构体内，并保存数据。
第二方面，本发明提供了一种基于仿真软件的故障录波文件生成装置，包括：
输入单元，用于在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；
提取单元，用于提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
转换单元，用于当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；
回放单元，用于当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明能够通过仿真软件仿真生成模拟故障录波数据，有助于解决馈线终端功能测试时缺少故障录波数据，需要事先从实际线路或者测试场所获取数据的问题，为馈线终端等设备模拟再现故障过程提供了很大的方便。
(2)本发明根据Comtrade录波格式标准生成文件，故障录波数据的格式统一，有助于解决各种因文件格式不标准导致的设备不兼容，无法读取波形的问题，能够广泛应用于国内各种厂家型号的继保仪中，降低了电网人员分析线路故障的难度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例中故障录波文件生成方法的流程图；
图2为仿真软件内接地故障仿真模型示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中提供了一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤(1)在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(1)具体为：
启动故障仿真模型：通过仿真软件软件中的Simulink仿真模块设计了多种线路故障的仿真模型，根据需求启动相应的故障仿真模型，如图2是一种接地故障的故障仿真模型。图中，“三相交流源”模块用于给线路供电，“测量0-4”模块用于测量各条线路上的电流和电压，“线路1-4”模块用于模拟输电线路，“负载1-3”模块用于模拟各条线路上的用电设备，“接地故障”模块用于模拟线路发生的故障。该仿真模型模拟了母线及三条分支线路，其中有一条线路发生单相接地故障。
输入初始量：根据测试需求向故障仿真模型输入内部参数，通过故障仿真模型计算出对应的故障录波数据，形成故障录波数据文件；例如，对于线路故障仿真模型，需要输入电源、线路、负载等元件的内部参数，例如在图2的接地故障仿真模型中，需要输入三相交流源的额定电压、阻抗、频率，各线路的长度、阻抗、频率，各负载的额定电压、功率、频率，以及接地故障点的接地相位、接地阻抗、故障时间。
所述故障录波数据文件以Excel形式存储在仿真软件内部的Workspace工作区模块。
步骤(2)提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(2)具体为：
提取故障录波数据文件中的特征量，包括故障录波开始时间、结束时间、主站信息、通道数量、采样频率以及每个通道内各时间点的录波数值，分别以数组形式保存于仿真软件中。
步骤(3)当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述步骤(3)具体包括：
利用波形转换程序按照Comtrade99录波格式要求，将各数组内的数据组合为至少N行的配置文件，所述波形转换程序是根据Comtrade99录波格式标准在仿真软件中编写的代码，所述配置文件具体格式为：
(1)站名，记录装置特征，COMTRADE标准的修改年份；
(2)通道的数量+类型；
(3)通道信息；
(4)线路频率；
(5)采样速率和每一速率下的采样数量；
(6)第一数据点的日期和时间；
(7)数据文件类型；
(8)时间标记倍乘系数；
其中，(1)和(8)为可选参数，(2)-(7)为必要参数。
波形转换程序判断数据文件内的数据是否满足生成波形文件的要求，若不满足会报错并返回错误信息(例如error:缺少x参数)，若满足则输出录波波形文件；
所述录波波形文件包括.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，数据文件将故障录波数据以ASCII码形式分为行和列；每行为TT+2列，其中TT为配置文件中记录的通道数量，每行具体格式如下：
1,timestamp[1],A1[1],A2[1],……,Ak[1],D1[1],D2[1],……,Dm[1]
2,timestamp[2],A1[2],A2[2],……,Ak[2],D1[2],D2[2],……,Dm[2]
.
.
n,timestamp[n],A1[n],A2[n],……,Ak[n],D1[n],D2[n],……,Dm[n]
其中，n为采样数，timestamp为时间标记，A1～Ak为模拟量通道故障录波数据，D1～Dm为数字量通道故障录波数据。
步骤(4)当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
所述当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，具体包括：
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则利用波形回放程序将.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，转换为可在仿真软件示波器模块内显示波形的m文件。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述m文件的生成方法具体包括：
调入.cfg格式的配置文件,找出模拟量的个数和各通道因数；
解释格式文件，查看配置文件的格式；
调入配置文件,找出配置文件有多少行；
打开文件，定义参数结构体，包括模拟通道参数、数字通道参数、转换系数、波形参数；
将配置文件中模拟通道和数字通道对应的项目提取出来，合并组成一个新的结构体；
将.dat格式的数据文件中的模拟数据以ANSI代码的形式存在数组midcha中,将数据文件中的时标数据以ANSI代码的形式存在数组tcha中；
根据m文件格式定义结构体，将数组内的数据赋值到结构体内，并保存数据。
实施例2
本发明实施例中提供了一种基于仿真软件的故障录波文件生成装置，包括：
输入单元，用于在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；所述故障录波数据文件以Excel形式存储在仿真软件内部的Workspace工作区模块；
提取单元，用于提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
转换单元，用于当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；
回放单元，用于当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述故障录波数据文件的生成过程为：
启动故障仿真模型：通过仿真软件中的Simulink仿真模块设计了多种线路故障的仿真模型，根据需求启动相应的故障仿真模型，如图2是一种接地故障的故障仿真模型。
输入初始量：根据测试需求向故障仿真模型输入内部参数，通过故障仿真模型计算出对应的故障录波数据，形成故障录波数据文件；例如，对于线路故障仿真模型，需要输入电源、线路、负载等元件的内部参数，例如在图2的接地故障仿真模型中，需要输入三相交流源的额定电压、阻抗、频率，各线路的长度、阻抗、频率，各负载的额定电压、功率、频率，以及接地故障点的接地相位、接地阻抗、故障时间。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述特征量的生成过程为：
提取故障录波数据文件中的特征量，包括故障录波开始时间、结束时间、主站信息、通道数量、采样频率以及每个通道内各时间点的录波数值，分别以数组形式保存于仿真软件中。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述故障录波波形文件的生成过程为：
利用波形转换程序按照Comtrade99录波格式要求，将各数组内的数据组合为至少N行的配置文件，所述波形转换程序是根据Comtrade99录波格式标准在仿真软件中编写的代码，所述配置文件具体格式为：
(1)站名，记录装置特征，COMTRADE标准的修改年份；
(2)通道的数量+类型；
(3)通道信息；
(4)线路频率；
(5)采样速率和每一速率下的采样数量；
(6)第一数据点的日期和时间；
(7)数据文件类型；
(8)时间标记倍乘系数；
其中，(1)和(8)为可选参数，(2)-(7)为必要参数。
波形转换程序判断数据文件内的数据是否满足生成波形文件的要求，若不满足会报错并返回错误信息(例如error:缺少x参数)，若满足则输出录波波形文件；
所述录波波形文件包括.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，数据文件将故障录波数据以ASCII码形式分为行和列；每行为TT+2列，其中TT为配置文件中记录的通道数量，每行具体格式如下：
1,timestamp[1],A1[1],A2[1],……,Ak[1],D1[1],D2[1],……,Dm[1]
2,timestamp[2],A1[2],A2[2],……,Ak[2],D1[2],D2[2],……,Dm[2]
.
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n,timestamp[n],A1[n],A2[n],……,Ak[n],D1[n],D2[n],……,Dm[n]
其中，n为采样数，timestamp为时间标记，A1～Ak为模拟量通道故障录波数据，D1～Dm为数字量通道故障录波数据。
所述当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，具体包括：
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则利用波形回放程序将.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，转换为可在仿真软件示波器模块内显示波形的m文件。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述m文件的生成方法具体包括：
调入.cfg格式的配置文件,找出模拟量的个数和各通道因数；
解释格式文件，查看配置文件的格式；
调入配置文件,找出配置文件有多少行；
打开文件，定义参数结构体，包括模拟通道参数、数字通道参数、转换系数、波形参数；
将配置文件中模拟通道和数字通道对应的项目提取出来，合并组成一个新的结构体；
将.dat格式的数据文件中的模拟数据以ANSI代码的形式存在数组midcha中,将数据文件中的时标数据以ANSI代码的形式存在数组tcha中；
根据m文件格式定义结构体，将数组内的数据赋值到结构体内，并保存数据
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于，包括：
在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；
提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
2.根据权利要求1所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述故障录波数据文件以Excel形式存储在仿真软件内部的Workspace工作区模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述特征量包括故障录波开始时间、结束时间、主站信息、通道数量、采样频率以及每个通道内各时间点的录波数值，分别以数组形式保存于仿真软件中。
4.根据权利要求3所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述故障录波波形文件的生成方法包括：
利用波形转换程序按照Comtrade99录波格式要求，将各数组内的数据组合为至少N行的配置文件，所述波形转换程序是根据Comtrade99录波格式标准在仿真软件中编写的代码，所述配置文件具体格式为：
(1)站名，记录装置特征，COMTRADE标准的修改年份；
(2)通道的数量+类型；
(3)通道信息；
(4)线路频率；
(5)采样速率和每一速率下的采样数量；
(6)第一数据点的日期和时间；
(7)数据文件类型；
(8)时间标记倍乘系数；
其中，(1)和(8)为可选参数，(2)-(7)为必要参数；
波形转换程序判断故障录波数据文件内的数据是否满足生成波形文件的要求，若满足则输出录波波形文件。
5.根据权利要求1所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述录波波形文件包括.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，数据文件将故障录波数据以ASCII码形式分为行和列；每行为TT+2列，其中TT为配置文件中记录的通道数量，每行具体格式如下：
1,timestamp[1],A1[1],A2[1],……,Ak[1],D1[1],D2[1],……,Dm[1]
2,timestamp[2],A1[2],A2[2],……,Ak[2],D1[2],D2[2],……,Dm[2]
.
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n,timestamp[n],A1[n],A2[n],……,Ak[n],D1[n],D2[n],……,Dm[n]
其中，n为采样数，timestamp为时间标记，A1～Ak为模拟量通道故障录波数据，D1～Dm为数字量通道故障录波数据。
6.根据权利要求1所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，具体包括：
当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则利用波形回放程序将.cfg格式的配置文件和.dat格式的数据文件，转换为可在仿真软件示波器模块内显示波形的m文件。
7.根据权利要求6所述的一种基于仿真软件的故障录波文件生成方法，其特征在于：所述m文件的生成方法具体包括：
调入.cfg格式的配置文件,找出模拟量的个数和各通道因数；
解释格式文件，查看配置文件的格式；
调入配置文件,找出配置文件有多少行；
打开文件，定义参数结构体，包括模拟通道参数、数字通道参数、转换系数、波形参数；
将配置文件中模拟通道和数字通道对应的项目提取出来，合并组成一个新的结构体；
将.dat格式的数据文件中的模拟数据以ANSI代码的形式存在数组midcha中,将数据文件中的时标数据以ANSI代码的形式存在数组tcha中；
根据m文件格式定义结构体，将数组内的数据赋值到结构体内，并保存数据。
8.一种基于仿真软件的故障录波文件生成装置，其特征在于，包括：
输入单元，用于在故障仿真模型中输入初始量，由故障仿真模型输出故障录波数据文件；
提取单元，用于提取故障录波数据文件中的特征量，保存于仿真软件中；
转换单元，用于当判断出故障录波数据文件中的特征量满足转换格式要求，则进行波形转换输出故障录波波形文件；
回放单元，用于当判断出故障录波波形文件内的参数满足Comtrade录波格式规范定义的参数要求，则输出用于在仿真软件内进行波形回放的m文件，完成基于仿真软件的故障录波文件生成。
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