劉 穎， 李欣然

(湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410082)

綜合負(fù)荷建模的故障錄波數(shù)據(jù)預(yù)處理方法①

劉 穎， 李欣然

(湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410082)

總體測(cè)辨法是綜合負(fù)荷建模的主要方法，但仍面臨著實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來源少的難題，把電力故障錄波數(shù)據(jù)應(yīng)用于總體測(cè)辨法負(fù)荷建模將具有重要的現(xiàn)實(shí)工程意義。針對(duì)目前基于IEEE COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波數(shù)據(jù)文件難以直接應(yīng)用于總體測(cè)辨法建模的現(xiàn)狀，提出了一套對(duì)COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)源文件進(jìn)行預(yù)處理的方法。此方法由四個(gè)子模塊組成，對(duì)源數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、篩選、頻率規(guī)范化和基波正序提取等運(yùn)算。文中闡述各子模塊的實(shí)現(xiàn)原理和方法。預(yù)處理過程已在Visual C++.NET開發(fā)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用結(jié)果表明所得數(shù)據(jù)能夠滿足綜合負(fù)荷總體測(cè)辨建模的需要。

電力系統(tǒng)； 綜合負(fù)荷； 負(fù)荷建模； 總體測(cè)辨法； 故障錄波數(shù)據(jù)； 預(yù)處理

隨著系統(tǒng)辨識(shí)理論的日趨豐富與完善以及計(jì)算機(jī)采集與處理數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，總體測(cè)辨負(fù)荷建模方法以其簡(jiǎn)單、實(shí)用、數(shù)據(jù)直接來源于實(shí)際系統(tǒng)等多種優(yōu)點(diǎn)而受到了廣泛關(guān)注，并取得了一系列理論與工程應(yīng)用成果[1～6]。

采用總體測(cè)辨法建立負(fù)荷模型離不開大量的 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，但實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的來源卻非常有限。而采用來自各變電站故障錄波裝置并精確記錄下了電力系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)電壓、電流瞬時(shí)值的故障錄波數(shù)據(jù)作為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本為解決這個(gè)難題提供了一個(gè)可行的方向。

目前，大量的研究已經(jīng)證明了故障錄波數(shù)據(jù)應(yīng)用在基于總體測(cè)辨法的動(dòng)態(tài)負(fù)荷建模中的可行性和合理性[7]。然而，由于故障錄波數(shù)據(jù)構(gòu)成的特殊性，以及處理的復(fù)雜性，使得基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)(IEEE standard common format for transient data exchange for power systems，即：電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換共用格式)的故障錄波數(shù)據(jù)在負(fù)荷建模中的應(yīng)用研究還未深入地展開。過去對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的處理分析主要局限于用其作為電力系統(tǒng)故障分析、保護(hù)動(dòng)作評(píng)價(jià)的依據(jù)[8～13]，而很少涉及將其應(yīng)用于負(fù)荷建模這個(gè)領(lǐng)域。隨著電力系統(tǒng)分析研究不斷向縱深發(fā)展，負(fù)荷建模研究工作的重要性日益突出，對(duì)電力系統(tǒng)的故障錄波數(shù)據(jù)特性進(jìn)行全面深入的研究，以得到能用于在線實(shí)時(shí)負(fù)荷建模的有效故障錄波數(shù)據(jù)，用其進(jìn)行負(fù)荷模型的建立和校正，無疑具有重要的工程意義和現(xiàn)實(shí)意義。

本文在深入研究基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波數(shù)據(jù)的前提下，提出將COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可用于總體測(cè)辨建模的有效數(shù)據(jù)的一系列預(yù)處理方法，并具體闡述了預(yù)處理方法實(shí)現(xiàn)的主要步驟和過程。此方法已通過Visual C++編程語言得以成功實(shí)現(xiàn)，能夠?yàn)榭傮w測(cè)辨建模提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來源。

1 基于IEEE COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源文件

COMTRADE是依據(jù)電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則記錄的IEEE標(biāo)準(zhǔn)電力系統(tǒng)暫態(tài)數(shù)據(jù)交換通用格式。該格式意欲提供一種易于說明的數(shù)據(jù)交換通用格式，以便于利用各種設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)分析、試驗(yàn)、計(jì)算和系統(tǒng)仿真，或在故障、擾動(dòng)條件下進(jìn)行保護(hù)方案的驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)不同裝置之間的數(shù)據(jù)交換。IEEE于1991年提出，并于1999進(jìn)行了修訂和完善。

1.1COMTRADE文件組成

每個(gè)COMTRADE記錄都有一組最多4個(gè)與其相關(guān)的文件，4個(gè)文件中的每一個(gè)都具有一個(gè)不同的信息等級(jí)，如下所述：

1.1.1 標(biāo)題文件(xxx.HDR)

標(biāo)題文件是由COMTRADE數(shù)據(jù)的原創(chuàng)者建立的一種可選的ASCII文本文件，標(biāo)題文件的創(chuàng)建者可以以任何需要的順序創(chuàng)建任何信息。標(biāo)題文件的格式為ASCII。

1.1.2 配置文件(xxx.CFG)

配置文件為一種ASCII文本文件，用于正確地說明數(shù)據(jù)(.DAT)文件的格式，因此必須以一種具體的格式保存。該文件詮釋了數(shù)據(jù)(.DAT)文件所包含信息，其中包括諸如采樣速率、通道數(shù)量、頻率、通道信息等項(xiàng)。

配置文件第一行中的一個(gè)字段識(shí)別文件所依照的COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)版本的年份(例如1991、1999等)。如果該字段不存在或是空的，則假設(shè)文件則遵照標(biāo)準(zhǔn)的最初發(fā)行日期(1991)。配置文件還包含識(shí)別伴隨的數(shù)據(jù)文件是以ASCII格式還是以二進(jìn)制格式存儲(chǔ)的字段。

1.1.3 數(shù)據(jù)文件(xxx.DAT)

數(shù)據(jù)文件包含記錄中每個(gè)采樣所有輸入通道的值。數(shù)據(jù)文件包含一個(gè)順序號(hào)和每次采樣的時(shí)間標(biāo)志。這些采樣值除記錄模擬輸入的數(shù)據(jù)之外，也記錄狀態(tài)，即表示開/關(guān)信號(hào)的輸入。其模擬量數(shù)據(jù)記錄依據(jù)電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則按時(shí)段順序進(jìn)行。

1.1.4 信息文件(xxx.INF)

信息文件是一種文件創(chuàng)建者希望使之對(duì)用戶有用的信息之外的特別信息，是可選文件。

1.2 電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則

電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《220 kV～500 kV電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則》(DL/T 553-94)，是故障錄波裝置研制和開發(fā)中必須依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)在3.6.5條中規(guī)定了，輸出的動(dòng)態(tài)過程記錄數(shù)據(jù)應(yīng)符合的標(biāo)準(zhǔn)格式與ANSI/IEEE Std C37.111-1991 COMTRADE兼容。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電力系統(tǒng)發(fā)生故障的整個(gè)過程中，模擬量采集方式的數(shù)據(jù)記錄按時(shí)段順序進(jìn)行，時(shí)段劃分如下所示：

A時(shí)段：系統(tǒng)在擾動(dòng)開始前的狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接輸出原始采集波形，記錄時(shí)間≥0.04s(2周波)；

B時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，直接輸出原始采集波形，記錄時(shí)間≥0.1s(5周波)；

C時(shí)段：系統(tǒng)大擾動(dòng)后的中期狀態(tài)數(shù)據(jù)，可輸出連續(xù)工頻有效值，記錄時(shí)間≥1.0s；

D時(shí)段：系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)，每0.1s輸出一個(gè)工頻有效值，記錄時(shí)間≥20s；

E時(shí)段：系統(tǒng)長(zhǎng)過程的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù),每0.1s輸出一個(gè)工頻有效值,記錄時(shí)間≥10min。

這里，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)記錄有兩個(gè)主要特點(diǎn)，一是分段記錄，二是記錄的數(shù)據(jù)不僅可以有按某一采樣率的采樣數(shù)據(jù)，而且可按一定間隔記錄有效值以代替采樣值。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理的必要性及目的

IEEE COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)的規(guī)范便利了數(shù)據(jù)的交換，但是要把這樣的數(shù)據(jù)直接用于負(fù)荷建模卻是一個(gè)難題。

2.1.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理的必要性

基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過處理才可用于總體測(cè)辨建模，主要基于以下幾個(gè)原因：

(1)基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息分散在四個(gè)文件中，無法方便的對(duì)相應(yīng)各通道進(jìn)行各種計(jì)算和分析；

(2)COMTRADE數(shù)據(jù)文件中存儲(chǔ)的模擬通道數(shù)據(jù)并不是實(shí)際值，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)換以后才能得到電壓或電流的實(shí)際值；

(3)COMTRADE數(shù)據(jù)文件記錄了一次擾動(dòng)前后數(shù)秒的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大，而動(dòng)態(tài)模型參數(shù)辨識(shí)所需要的真正反映暫態(tài)過程的數(shù)據(jù)只是其中的一部分，必須縮小數(shù)據(jù)量，篩選出故障暫態(tài)過程數(shù)據(jù)，才能突出故障的動(dòng)態(tài)特性，縮短辨識(shí)時(shí)間，改善擬合效果；

(4)需要設(shè)定一定的突變標(biāo)準(zhǔn)，排除元件誤動(dòng)造成的非故障數(shù)據(jù)的干擾；

(5)在COMTRADE數(shù)據(jù)文件里記錄的每一個(gè)通道的數(shù)據(jù)在不同的時(shí)間可能是按照幾個(gè)不同的采樣頻率進(jìn)行采樣的，這樣隨著錄波設(shè)備的不同設(shè)定而發(fā)生變化。這樣的數(shù)據(jù)無法用來進(jìn)行統(tǒng)一的計(jì)算；

(6)負(fù)荷建模工作所研究的是機(jī)電暫態(tài)過程，只考慮電壓電流的正序基波分量，因此建模時(shí)需通過合適的算法從故障錄波數(shù)據(jù)中提取上述分量。

2.1.2 預(yù)處理的目的

預(yù)處理計(jì)算的目的是將原始數(shù)據(jù)表中的電壓和電流值轉(zhuǎn)化為電壓有效值、有功功率和無功功率3個(gè)量，使數(shù)據(jù)符合建模的需要。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理流程

預(yù)處理總體流程圖如圖1所示。

2.2.1 數(shù)據(jù)整合模塊

該模塊的作用是將分布在CFG和DAT文件中的有效信息提取出來，對(duì)應(yīng)的放入一張ACCESS(microsoft office access 2003，即：微軟桌面數(shù)據(jù)庫)數(shù)據(jù)整合表中，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的采樣值，便于后面的計(jì)算和分析。

2.2.2 數(shù)據(jù)篩選模塊

本模塊采用突變的原理對(duì)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)進(jìn)行判斷，并僅對(duì)母線電壓通道進(jìn)行判斷，當(dāng)達(dá)到突變判據(jù)時(shí)，把發(fā)生突變的母線三相電壓及與其相對(duì)應(yīng)的三相電流挑選出來用于后面的負(fù)荷建模。

圖1 預(yù)處理流程圖Fig.1 Flow chart of pretreatment

2.2.3 采樣頻率規(guī)范化模塊

此模塊通過插值法和最小二乘擬合算法將篩選出的六通道數(shù)據(jù)由不同采樣時(shí)段采用不同采樣頻率的模式統(tǒng)一規(guī)范化為每工頻周期24個(gè)點(diǎn)，采樣頻率為1200 Hz，共3 s的3600個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)模式。

2.2.4 基波正序提取模塊

此模塊通過基波正序變換得到基波正序電壓有效值及其對(duì)應(yīng)的三相有功和無功功率3個(gè)量，使之滿足建模需要。其任務(wù)：(1)將三相電壓和電流的瞬時(shí)值通過離散傅里葉變換提取出基波的有效值和相角；(2)采樣對(duì)稱分量法從電壓、電流基波分量中提取出正序分量；(3)計(jì)算有功功率和無功功率；(4)將所得電壓有效值、有功功率和無功功率3個(gè)量導(dǎo)入實(shí)測(cè)響應(yīng)數(shù)據(jù)庫中用于負(fù)荷建模。

3 各分模塊的實(shí)現(xiàn)原理和方法

3.1 數(shù)據(jù)整合的方法

CFG和DAT文件均有嚴(yán)格的格式，都是以逗號(hào)進(jìn)行分隔的文件(CSV格式)。針對(duì)這樣的文件格式，在利用Visual C++語言編程時(shí)首先構(gòu)造兩個(gè)類:一個(gè)是CcsvFile,用于從物理文件中讀取數(shù)據(jù)；另一個(gè)是CcsvRecord,包含指定行的數(shù)據(jù)。可以看出，CcsvFile類包含CcsvRecord對(duì)象的集合，其中每個(gè)對(duì)象代表文件中的一行。CcsvFile函數(shù)每次按照一個(gè)記錄的方式(即一行)將文件的數(shù)據(jù)讀入指定字符串中，對(duì)每次返回的字符串實(shí)例化一個(gè)CcsvRecord，即在每個(gè)字符串中尋找逗號(hào)，把以逗號(hào)分隔的各數(shù)據(jù)分離出來存入m_arrColumns數(shù)組中。有了這兩個(gè)類的支持，使用for循環(huán)調(diào)用CcsvFile函數(shù)，即可讀取完指定文件下的所有的記錄。

當(dāng)系統(tǒng)有新的故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)來時(shí)，先調(diào)用上文的兩個(gè)構(gòu)造類來遍歷CFG文件，將通道名、單位、轉(zhuǎn)換因子和一次∕二次比等有效信息取出，同時(shí)創(chuàng)建以通道名作為字段名的ACCESS整合表；然后再調(diào)用構(gòu)造類遍歷DAT文件，將數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的存入ACCESS整合表的各通道字段名下；最后根據(jù)從CFG文件中采到的各通道轉(zhuǎn)換因子和一次∕二次比對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)轉(zhuǎn)換，將模擬通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際瞬時(shí)值，即可得到一張包含所有有效信息的ACCESS故障整合表,存放于ACCESS原始數(shù)據(jù)庫data中，其基本形式如圖2所示。

圖2 ACCESS故障整合表Fig.2 ACCESS aggregation table of failure

3.2 數(shù)據(jù)篩選的原理

3.2.1 突變判斷

此次對(duì)母線電壓進(jìn)行的突變判斷，不計(jì)算每個(gè)周波的有效值，而是根據(jù)實(shí)際值計(jì)算出每個(gè)周波的平均值，方法如下：

(1)

計(jì)算

(2)

將dU1與設(shè)定的判據(jù)值a比較，如果dU1>a，則計(jì)算

(3)

(4)

若dU2和dU3都大于a，則判斷此時(shí)發(fā)生了動(dòng)態(tài)擾動(dòng)。

經(jīng)過對(duì)上文采樣時(shí)段進(jìn)行分析，選取前7個(gè)周波，0.14 s的數(shù)據(jù)來進(jìn)行突變判斷即可滿足判斷通道數(shù)據(jù)是否發(fā)生過突變的要求。這里要注意的是，須判斷0.14 s的數(shù)據(jù)是否跨越兩個(gè)采樣頻段。當(dāng)0.14 s只在第一個(gè)采樣頻段內(nèi)時(shí)，N=f1/50(f1為第一個(gè)采樣頻率)；當(dāng)0.14 s跨越兩個(gè)采樣頻段時(shí)，7個(gè)工頻周期內(nèi)N的取值就需要根據(jù)具體情況而發(fā)生變化。

3.2.2 通道選擇

當(dāng)判定出母線某相電壓發(fā)生突變時(shí)，先將此相電壓通道名取出，根據(jù)通道名到預(yù)先設(shè)定好的通道對(duì)應(yīng)表中取出此母線三相電壓通道名及其對(duì)應(yīng)的三相電流通道名，然后依照取出的通道名將此6通道數(shù)據(jù)從整合表中挑選出來進(jìn)行后面的運(yùn)算，使之最終得出可用于負(fù)荷建模的數(shù)據(jù)。

3.3 采樣頻率規(guī)范化的算法

針對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)是基于電力系統(tǒng)故障動(dòng)態(tài)記錄技術(shù)準(zhǔn)則進(jìn)行記錄，各分時(shí)段采樣頻率不同，數(shù)據(jù)無法進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算的狀況，提出一種綜合運(yùn)用插值與曲線擬合原理對(duì)經(jīng)過通道選擇得到的6通道數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率統(tǒng)一的計(jì)算方法，具體算法：

(1)線性插值：將低采樣頻率的數(shù)據(jù)歸算到高采樣頻率。首先找到最大的采樣頻率，再根據(jù)電力系統(tǒng)頻率計(jì)算出在此采樣頻率下一周波里可以得到多少個(gè)采樣點(diǎn)，然后再計(jì)算出其它采樣頻率下一周波可以得到采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。這樣就可以得到低采樣頻率下每?jī)牲c(diǎn)之間應(yīng)該插值的個(gè)數(shù)，從而將低采樣頻率的數(shù)值補(bǔ)足成高采樣頻率的形式。在此采用的插值方法是根據(jù)兩點(diǎn)間插值個(gè)數(shù)，將相鄰兩點(diǎn)間距進(jìn)行等分，以等間距變化的方式算出中間各點(diǎn)的近似數(shù)據(jù)。

(2)最小二乘曲線擬合：應(yīng)用最小二乘法曲線擬合對(duì)給定的數(shù)據(jù)作擬合，當(dāng)算法中擬合多項(xiàng)式階數(shù)大于3階時(shí)，導(dǎo)出的法方程組往往容易出現(xiàn)病態(tài)或失真，甚至是嚴(yán)重的失真，為了避免此現(xiàn)象，本次采用正交多項(xiàng)式做最小二乘曲線擬合，從而在運(yùn)算中不需求解線形方程組，只用遞推公式逐次形成曲線擬合函數(shù)。其基本算法如下：

給定n+1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)(xk，yk)(k=0，1，…，n)，求一個(gè)m次的最小二乘擬合多項(xiàng)式：

pm(x)=a0+a1x+a2x2+…+amxm=

(5)

首先構(gòu)造一組次數(shù)不超過m的在給定點(diǎn)上正交的多項(xiàng)式函數(shù)系{Qj(x)(j=0，1，…，m)}，則可以用{Qj(x)(j=0，1，…，m)}作為基函數(shù)做最小二乘曲線擬合，即

Pm(x)=q0Q0(x)+q1Q1(x)+…+qmQm(x)

(6)

其中的系數(shù)qj(j=0，1，…，m)為

構(gòu)造給定點(diǎn)上的正交多項(xiàng)式Qj(x)(j=0，1，…，m)的遞推公式如下：

(7)

(j=1，2，…，m-1)

其中：

而

(8)

擬合中，不可避免的存在偏差。擬合法考慮到數(shù)據(jù)不一定準(zhǔn)確，不要求擬合多項(xiàng)式經(jīng)過所有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)(xk，yk)，只要求在給定的xk上誤差按某種標(biāo)準(zhǔn)最小，而最小二乘曲線擬合就是要得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線上對(duì)應(yīng)值的誤差之平方和最小的一條曲線。因此，此次引入三個(gè)誤差參數(shù)來度量擬合誤差的整體大小，分別為：擬合多項(xiàng)式與各數(shù)據(jù)點(diǎn)誤差的平方和dt[0]、誤差的絕對(duì)值之和dt[1]及誤差絕對(duì)值的最大值dt[2]。此項(xiàng)目中測(cè)得dt[0]、dt[1]、dt[2]分別在0.0200233、0.5297342、0.0826929左右波動(dòng)，滿足擬合預(yù)期要求。

為了滿足建模要求，統(tǒng)一把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為采樣頻率為1200 Hz的數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)采樣各時(shí)段頻率的分析，發(fā)現(xiàn)頻率統(tǒng)一的計(jì)算需要分兩種情況來進(jìn)行：

①最大采樣頻率為1000 Hz的倍數(shù)的情況：首先取出最大采樣頻率(一般為第一時(shí)段采樣頻率f1)，通過插值法將低采樣頻率的數(shù)據(jù)全部歸算到最高采樣頻率；然后取前3 s的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，歸算到采樣頻率為1000 Hz，3000點(diǎn)的情況；最后按先后順序?qū)γ?0個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次最小二乘曲線擬合轉(zhuǎn)化為24個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，即可得到統(tǒng)一采樣頻率為1200 Hz，歷時(shí)3 s的數(shù)據(jù)；

②最大采樣頻率為1200 Hz的倍數(shù)的情況：在數(shù)據(jù)經(jīng)過插值法全部歸算到最高采樣頻率后，只需取前3 s的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，歸算到采樣頻率為1200 Hz，3600點(diǎn)的情況，即得到了所需數(shù)據(jù)。

3.4 基波正序提取算法

將采樣頻率規(guī)范化后所得瞬時(shí)數(shù)據(jù)依次運(yùn)用離散傅里葉變換、對(duì)稱分量法、功率計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，得到可用于建模的電壓有效值、有功功率和無功功率3個(gè)量。在Visual C++.NET編程環(huán)境下調(diào)用ADO數(shù)據(jù)庫操作技術(shù)將其存放入于實(shí)測(cè)響應(yīng)SQL Server數(shù)據(jù)庫中的基本形式如圖3所示。

圖3 SQL server故障數(shù)據(jù)表Fig.3 SQL server data table of failure

4 應(yīng)用示例

2009年02月11日20時(shí)45分04秒，湖南永州地區(qū)蔣家田變電站的I母母線電壓C相發(fā)生波動(dòng)，故障錄波裝置啟動(dòng)記錄線路電壓、電流各項(xiàng)瞬時(shí)值及各開關(guān)、斷路器狀態(tài)量。此次故障的COMTRADE形式數(shù)據(jù)文件傳入后方數(shù)據(jù)預(yù)處理平臺(tái)整合后，經(jīng)突變判斷程序判定發(fā)生了對(duì)變電站運(yùn)行有重大影響的故障，此次記錄可用于總體測(cè)辨建模，通道選擇程序隨后啟動(dòng)挑選出了故障線路三相電壓、電流六個(gè)通道的瞬時(shí)值，其數(shù)據(jù)波形圖如圖4、圖5所示。

挑選出的電壓、電流6通道數(shù)據(jù)由4個(gè)不同采樣頻率的采樣時(shí)段組成，經(jīng)過預(yù)處理平臺(tái)的頻率規(guī)范化、基波正序變換及功率計(jì)算等模塊處理后導(dǎo)入SQL數(shù)據(jù)庫，即可得到可用于總體測(cè)辨建模的電壓有效值、有功功率及無功功率，其數(shù)據(jù)波形圖如圖6、7、8所示。

由圖可知，得出的U、P、Q數(shù)據(jù)能正確反映故障時(shí)段的波動(dòng)情況，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了頻率的統(tǒng)一，達(dá)到預(yù)處理預(yù)期目標(biāo)，可用于總體測(cè)辨法負(fù)荷建模。

圖4 電壓三相波形圖Fig.4 Three-phase waveform of voltage

圖5 電流三相波形圖Fig.5 Three-phase waveform of current

圖6 U波形圖Fig.6 Waveform of U

圖7 P波形圖Fig.7 Waveform of P

圖8 Q波形圖Fig.8 Waveform of Q

5 結(jié)語

本文在對(duì)基于IEEE COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波數(shù)據(jù)源文件進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹及對(duì)其應(yīng)用于總體測(cè)辨建模存在的難點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析的基礎(chǔ)上，對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)應(yīng)用于總體測(cè)辨建模的預(yù)處理方法進(jìn)行了深入研究，較詳細(xì)地介紹了預(yù)處理方法實(shí)現(xiàn)的流程，整合、篩選、頻率規(guī)范化和基波正序變換等各模塊的功能實(shí)現(xiàn)及其涉及的相關(guān)算法。此預(yù)處理方法各模塊功能已在Visual C++.NET開發(fā)環(huán)境下得以編譯實(shí)現(xiàn)，本文通過應(yīng)用示例波形圖顯示了所得數(shù)據(jù)能夠達(dá)到預(yù)期要求，滿足總體測(cè)辨建模的需要，說明了此預(yù)處理方法的合理性與可行性，證明其成功解決了故障錄波數(shù)據(jù)因結(jié)構(gòu)特殊，處理復(fù)雜而難以應(yīng)用于測(cè)辨建模的難題。這一難題的解決為總體測(cè)辨法建模能夠有充足的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)樣本提供了條件，有利于推動(dòng)總體測(cè)辨建模的發(fā)展和工程應(yīng)用。

[1] 賀仁睦，王衛(wèi)國(guó)，蔣德斌，等(He Renmu,Wang Weiguo,Jiang Debin,etal).廣東電網(wǎng)動(dòng)態(tài)負(fù)荷實(shí)測(cè)建模及模型有效性研究(Measurement-based dynamic load modeling and model validation on Guangdong grid)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)(Proceedings of the CSEE)，2002，22(3)：78-82.

[2] 張紅斌，湯涌，張東霞，等(Zhang Hongbin,Tang Yong,Zhang Dongxia,etal).基于總體測(cè)辨法的電力負(fù)荷建模系統(tǒng)(Load modeling system founded on Measurement-based method)[J].電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2007,31(4):32-35.

[3] 張紅斌，湯涌，張東霞，等(Zhang Hongbin,Tang Yong,Zhang Dongxia,etal).負(fù)荷建模技術(shù)的研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向(Present situation and prospect of load modeling technique)[J].電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2007,31(4):6-10.

[4] 黃文英，方朝雄，李可文，等(Huang Wenying,Fang Zhaoxiong,Li Kewen,etal).福建電網(wǎng)負(fù)荷在線綜合建模系統(tǒng)(Online synthetic load modeling system for Fujian power grid)[J].電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2009,33(1):37-41.

[5] 李欣然，錢軍，王立德，等(Li Xinran,Qian Jun,Wang Lide,etal).配電網(wǎng)集結(jié)等效的異步電動(dòng)機(jī)綜合負(fù)荷模型及其總體測(cè)辨建模(Synthesis induction motor model of power composite load considering distribution network structure)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)(Transactions of China Electrotechnical Society )，2009,24(4):175-185.

[6] Boscaino Valeria,Capponi Giuseppe,Livreri Patrizia,etal.Measurement-based load modelling for power supply system design[C]∥The Eleventh IEEE Workshop on Control and Modeling for Power Electronics，Zurich，Switzerland:2008.

[7] 范玉婷，王進(jìn)，李欣然(Fan Yuting,Wang Jin,Li Xinran).基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波數(shù)據(jù)解析及其在電壓穩(wěn)定研究中動(dòng)態(tài)負(fù)荷建模的應(yīng)用(Based on COMTRADE standard fault recorder data analysis and its application in dynamic load modeling of voltage stability studies)[C]∥2006年中國(guó)國(guó)際供電會(huì)議(China International Conference On Electricity Distribution ),北京:2006.

[8] 杜新偉，李媛，劉滌塵(Du Xinwei,Li Yuan,Liu Dichen).電力故障錄波數(shù)據(jù)綜合處理系統(tǒng)(Integrated processing system for power fault recording data)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化(Automation of Electric Power Systems), 2006, 30(12): 75-78,96.

[9] 翁興辰(Weng Xingchen).基于故障信息管理系統(tǒng)的保護(hù)動(dòng)作行為分析研究(Research of Protection Action Analysis Based on Fault Information Management System)[D].北京：華北電力大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院(Beijing: School of Electrical & Electronic Engineering of North China Electric Power University)，2007.

[10]陳小林，羅毅，王偉平，等(Chen Xiaolin,Luo Yi,Wang Weiping,etal).基于故障錄波數(shù)據(jù)的保護(hù)特性分析方法及其實(shí)現(xiàn)(Protection characteristic analysis method based on recorded fault data and its implementation)[J].電網(wǎng)技術(shù)(Power System Technology)，2005,29(18):70-74.

[11]任玉佩(Ren Yupei).故障錄波器的使用及數(shù)據(jù)分析(Data analysis and usage of fault recorder)[J].山西電力(Shanxi Electric Power)，2007,(S):34-37,50.

[12]楊洋，唐睿，呂飛鵬(Yang Yang,Tang Rui,Lü Feipeng).基于COMTRADE格式的故障錄波分析軟件設(shè)計(jì)(Fault recording analysis software design based on COMTRADE format)[J].繼電器(Relay)，2008,36(7):67-70,74.

[13]張杰，涂東明，張克元(Zhang Jie,Tu Dongming,Zhang Keyuan).基于COMTRADE標(biāo)準(zhǔn)的故障錄波的分析與再現(xiàn)(Analysis and representation of the recorded fault based on standard COMTRADE)[J].繼電器(Relay)，2000,28(11):20-22,32.

[14]毛啟欣(Mao Qixin).利用故障錄波數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)荷模型進(jìn)行校核的探討(Discussion to calibration of workload model by using digital recorded data from a faulted power system)[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)(Inner Mongolia Electric Power)，2007,25(5):41-44.

[15]翟永昌(Zhai Yongchang).實(shí)用高壓直流輸電線路故障測(cè)距方法(Practical fault location method of HVDC power transmission line)[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)(Proceedings of the CSU-EPSA),2008,20(5):70-73.

PretreatmentMethodofApplyingtheFaultRecorderDatatoMeasurement-BasedLoadModeling

LIU Ying， LI Xin-ran

(College of Electrical and Information Engineering, Hunan University，Changsha 410082, China)

Measurement-based is the main method of composite power load modeling. But it still faces the problem that there is too little real measured data. It will be practical to apply the power fault recorder data to the measurement-based method load modeling in engineering. Due to the current status that fault recorder data file based on IEEE COMTRAD standard can hardly apply to the measurement-based method, it offers a method that can preprocess standard data file of the COMTRADE. The method includes four modules, which composes of aggregation operations, filtering, frequency standardization and positive sequence fundamental transform operation is applied to the data.This paper discuss the principle and the method of each modules in depth.The preprocessing process has been carried out in the development environment Visual C++.NET. The application results prove that the gained data can meet the need of the measurement-based method modeling.

power system； composite power load； power load modeling； measurement-based approach； fault recorder data； pre-process

2010-03-17

2010-04-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50977023)

TM727

A

1003-8930(2011)02-0001-07

劉 穎(1983-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)分析與控制、電氣工程及其自動(dòng)化。Email:liuying686040@sina.com

李欣然(1957-)，男，教授，工學(xué)博士，博士生導(dǎo)師，系主任，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制及負(fù)荷建模的教學(xué)和研究工作。Email:lixr1013@yahoo.com.cn