一种全网故障录波数据无参数精确同步方法.pdf

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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410764405.2 (22)申请日 2014.12.15 H02J 13/00(2006.01) (71)申请人 国网安徽省电力公司 地址 230022 安徽省合肥市包河区黄山路 9 号 申请人 安徽继远电网技术有限责任公司 武汉中元华电科技股份有限公司 (72)发明人 王海港 孙月琴 谢民 胡世骏 叶远波 王同文 王栋 邵庆祝 王欢 温军亮 (54) 发明名称 一种全网故障录波数据无参数精确同步方法 (57) 摘要 本发明涉及全网故障录波数据无参数精确同 步方法， 其包括以下步骤 ： (1) 通过录波数据采集 模块获取各录波器。

2、的录波数据， 并将获取的录波 数据存储在数据中心中 ； (2) 通过录波器时钟状 态获取模块来获取各个录波器的时钟状态， 并得 到各个录波器的时间偏差 Td ； (3) 通过录波数据 自动关联模块对多个录波数据进行关联 ； (4) 通 过录波数据自动同步模块对所述录波数据自动关 联模块得出的多个相关联的录波数据进行同步。 该方法充分利用来自多个录波器的录波数据， 不 需要系统参数， 实现了对已关联的录波数据的自 动精确同步。 同时， 该方法在录波器联网系统中得 到实现， 使用操作简单便捷， 使调度人员能够更加 及时、 准确和直观的掌握故障情况。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国。

3、家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104467186 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104467186 A 1/1 页 2 1.一种全网故障录波数据无参数精确同步方法， 其包括以下步骤 ： (1) 通过录波数据采集模块获取各录波器的录波数据， 并将获取的录波数据存储在数 据中心中 ； (2) 通过录波器时钟状态获取模块来获取各个录波器的时钟状态， 并得到各个录波器 的时间偏差 Td ； (3) 通过录波数据自动关联模块对多个录波数据进行关联 ； (4) 通过录波数据自动同步模块对所述录波数据自动关联模块得出。

4、的多个相关联的录 波数据进行同步。 2.如权利要求1所述的全网故障录波数据无参数精确同步方法， 其中， 所述步骤(3)具 体为 ： a、 所述数据中心获取所述时间偏差 Td， 并基于所述时间偏差 Td对各录波器的录波数 据的时间进行修正 ； b、 修正后查询是否有其他录波数据的故障时间与其关联， 有就将其故 障号赋值给这个录波数据 ； 如果没有与其时间关联的录波数据， 则认为这个录波数据反映 的是一次新故障， 对其设新的故障号。 3.如权利要求2所述的全网故障录波数据无参数精确同步方法， 其中， 所述步骤(4)具 体为 ： a、 按故障号检索所述数据中心中的录波数据， 将存在相同线路的不同录波。

5、数据进行 同步 ； b、 取故障发生前后各一个周波进行分析， 若故障发生在两变电站联络线区外， 则用非 录波数据同步法自动同步数据， 并记录不同步时间 ； c、 若故障发生在两变电站双回联络线 之一上， 则判断另一回线是否故障， 如没有故障， 则通过另一回线录波数据完成同步 ； d、 若 线路为单回线， 则根据计算的其他变电站的录波数据的同步时间， 查找迂回联络线通道， 进 行同步时间计算， 实现同步 ； e、 若线路为单回线， 且没有迂回联络线通道， 则用非故障线路 故障前数据近似同步。 4.如权利要求3所述的全网故障录波数据无参数精确同步方法， 其中， 所述步骤(4)中 的 a 中的同步方。

6、法为 ： 首先， 根据变电站录波器的配置， 提取各录波器数据的公共信号 ； 其 次， 利用全周波傅立叶变换提取故障前后公共信号正弦波之间的角差， 计算各录波器的不 同步时间 ； 最后， 根据不同步时间， 将其余非公共信号数据同步。 权 利 要 求 书 CN 104467186 A 2 1/6 页 3 一种全网故障录波数据无参数精确同步方法 技术领域 0001 本发明属于电网故障监测技术领域， 涉及故障录波数据同步方法， 尤其涉及一种 全网故障录波数据无参数精确同步方法。 背景技术 0002 随着无人值守变电站的增多， 分布式故障录波数据远传的通道和规约问题的解 决， 分布的故障录波器 ( 录波。

7、器 ) 通过数据网络互联并将故障录波数据 ( 录波数据 ) 上送 至调控中心已在多个区域电网实现。 录波器联网系统解决了传统的录波数据需到变电站调 取， 事故分析相对滞后的问题。 它由位于调控中心的主站系统、 位于变电站的录波器和信息 传输系统组成。主站系统通过调度数据网与多个变电站的录波器相连， 负责收集各个录波 器所联接一二次设备的运行和故障信息。 0003 在故障发生时， 由于故障扰动较大， 故障发生点附近的多个变电站的多个录波器 均会起动录波， 同时上送至主站系统多个录波数据文件。利用这些录波数据不仅能够对故 障进行综合的分析， 还能够进行其他的应用。例如进行输电线路参数的测算， 电网。

8、故障诊 断、 精确的故障测距以及保护特性分析等。利用这些录波数据的第一步是将这些来自各录 波器的数据文件按故障发生时刻进行关联， 剔除故障发生前后无关的录波数据。时钟作为 最重要的故障信息之一， 能准确反映故障发生时间和故障结束时间。目前， 虽然 220kV 以上 变电站均装有统一授时系统， 但一些利用脉冲对时方式的设备， 由于脉冲信号可靠性较差， 其时钟常常出错， 多个变电站录波器实现精确对时在目前还无法完全保证。 因此， 在进行故 障分析时， 对于简单故障， 工作人员可以通过分析主站的多个变电站故障波形， 根据特征电 气量的变化和保护断路器动作情况进行人工关联。 但对于一些在短时间内发生的。

9、多次复杂 故障， 每个变电站在短时间内可能记录多次录波数据， 没有准确时钟很难判断多个录波数 据的关联性。 因此， 为准确分析故障， 需要多个录波器采集的多个录波数据根据每次故障进 行有效的自动关联和数据同步。 0004 在数据同步方法中， 对不同变电站的数据， 利用故障前的电压电流数据和两变电 站之间联络线参数， 理论上可准确计算出不同步时间。 但实际应用中， 一方面因为输电线路 精确参数难以获得， 即使是实测值也存在变化， 给数据同步引入较大误差。 另一方面录波器 在管理上无法等同于继电保护设备， 其参数可依赖性较差。 0005 因此， 寻找一种较精确且不依赖于系统参数的数据同步方法是多变。

10、电站录波数据 同步实用化的重要一步， 也是目前电网故障监测中急需的。 发明内容 0006 本发明旨在克服现有技术的不足， 提供一种全网故障录波数据无参数精确同步方 法， 该方法充分利用来自多个录波器的录波数据， 不需要系统参数， 实现了对已关联的录波 数据的自动精确同步。 0007 为了实现上述目的， 本发明提供如下技术方案 ： 一种全网故障录波数据无参数精 说 明 书 CN 104467186 A 3 2/6 页 4 确同步方法， 其包括以下步骤 ： (1) 通过录波数据采集模块获取各录波器的录波数据， 并将 获取的录波数据存储在数据中心中 ； (2) 通过录波器时钟状态获取模块来获取各个录。

11、波器 的时钟状态， 并得到各个录波器的时间偏差Td； (3)通过录波数据自动关联模块对多个录波 数据进行关联 ； (4) 通过录波数据自动同步模块对所述录波数据自动关联模块得出的多个 相关联的录波数据进行同步。 0008 进一步地， 其中， 所述步骤 (3) 具体为 ： a、 所述数据中心获取所述时间偏差 Td， 并 基于所述时间偏差Td对各录波器的录波数据的时间进行修正 ； b、 修正后查询是否有其他录 波数据的故障时间与其关联， 有就将其故障号赋值给这个录波数据 ； 如果没有与其时间关 联的录波数据， 则认为这个录波数据反映的是一次新故障， 对其设新的故障号。 0009 更进一步地， 其中。

12、， 所述步骤 (4) 具体为 ： a、 按故障号检索所述数据中心中的录 波数据， 将存在相同线路的不同录波数据进行同步 ； b、 取故障发生前后各一个周波进行分 析， 若故障发生在两变电站联络线区外， 则用非录波数据同步法自动对齐数据， 并记录不同 步时间 ； c、 若故障发生在两变电站双回联络线之一上， 则判断另一回线是否故障， 如没有故 障， 则通过另一回线录波数据完成同步 ； d、 若线路为单回线， 则根据计算的其他变电站的录 波数据的同步时间， 查找迂回联络线通道， 进行同步时间计算， 实现同步 ； e、 若线路为单回 线， 且没有迂回联络线通道， 则用非故障线路故障前数据近似同步。 。

13、0010 再进一步地， 其中， 所述步骤(4)中的a中的同步方法为 ： 首先， 根据变电站录波器 的配置， 提取各录波器数据的公共信号 ； 其次， 利用全周波傅立叶变换提取故障前后公共信 号正弦波之间的角差， 计算各录波器的不同步时间 ； 最后， 根据不同步时间， 将其余非公共 信号数据同步。 0011 本发明的多变电站录波数据关联和同步方法首先针对录波器联网系统中各录波 器时钟差距较大的情况， 对录波器时钟偏差进行检测， 在此基础上， 实现多个录波数据的自 动关联。 其充分利用来自多个录波器的录波数据， 不需要系统参数， 实现了对已关联的录波 数据的自动精确同步。 该方法在录波器联网系统中得。

14、到实现， 使用操作简单便捷， 使调度人 员能够更加及时、 准确和直观的掌握故障情况， 为在此基础上的电网故障分析应用提供了 更深层次的数据支持。 附图说明 0012 图 1 是本发明的全网故障录波数据无参数精确同步方法的流程图。 0013 图 2 是典型录波器联网系统的示意图。 0014 图 3 是录波器时间偏差检测原理与过程的示意图。 0015 图 4 是局部电网拓扑示意图。 0016 图 5 是输电线路集中参数模型。 0017 图 6 是录波数据关联及同步流程图。 具体实施方式 0018 下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式， 具体实施方式的内容不作为对本 发明的保护范围的限定。 00。

15、19 图 1 示出了本发明的全网故障录波数据无参数精确同步方法的流程图。如图 1 所 说 明 书 CN 104467186 A 4 3/6 页 5 示， 本发明的全网故障录波数据无参数精确同步方法首先通过录波数据采集模块获取各录 波器的录波数据， 并将获取的录波数据存储在数据中心中。 具体地， 录波器联网系统主站通 过采集模块获取各录波器的录波数据， 数据中心负责存储数据并提供给工程师站使用。 0020 其次， 通过录波器时钟状态获取模块来获取各个录波器的时钟状态， 并得到各个 录波器的时间偏差 Td。具体地， 在所述录波器联网系统主站采用周期巡检的方式来获取各 录波器的时钟状态， 得到录波器。

16、时间偏差 Td， 在短时间之内， 认为这个时间偏差是不变的。 所述录波器时钟状态获取模块负责问询并计算得出录波器的时钟状态， 并存到数据中心， 同时工程师站能够随时查询到全网的时钟状态。 0021 以图 2 所示的典型录波器联网系统为例， 变电站 1T1和变电站 2T 2之间的 F 点发生 故障， 两个变电站都会记录故障数据， 并通过录波器调度数据网将录波数据上送到录波主 站 T0， 两变电站录波数据同步的第一步是进行两变电站录波数据的自动关联。 0022 电网发生故障后， 录波数据包括故障模拟量数据、 开关量动作信号和故障发生时 间。因对时的误差， 录波数据中的时间是不准确的， 而录波主站通。

17、过统一时钟进行对时， 时 间是准确的。各录波器和录波主站时钟可能出现大小不等的偏差， 达到数小时甚至数天。 0023 相对于各录波器来说， 录波主站时钟是唯一的， 进行录波数据自动关联的关键在 于对各录波器时间与录波主站时钟偏差进行检测。如图 2 所示， 两个相邻变电站通过调度 数据网与录波主站通讯， 可利用录波主站对分布于各变电站的录波器进行时间检测。 0024 按以上分析， 录波器之间的时间偏差长短不一， 没有规律， 而录波主站时钟是精确 而且唯一的。 如果能实时获取各录波器相对于录波主站的时间偏差， 就可以在故障发生后， 用该时间偏差校准录波数据中的故障发生时间， 实现各录波数据在时间上。

18、的关联。 0025 录波主站获取各录波器时间偏差 Td的原理及过程如图 3 所示。其中， (1) 录波主 站的采集模块在 TA1时刻向录波器发送请求时钟报文。(2) 录波器在 TB1时刻收到请求时钟 报文， 经过 tB响应时间， 在 T B2时刻向主站发送响应报文。(3) 录波主站的采集模块收到 录波器发送的响应报文， 计算得到时间偏差 Td。计算方法如下 ： 0026 其中， 传输延时为 ： 0027 那么， 时间偏差为 ： 0028 由于录波器的响应速度很快， 一般在微秒级， 因此我们可以忽略 tB， 令 TB1 T B2 TB， 代入上式可以得到 ：(3) 0029 在录波主站能够通过周。

19、期巡检的方式实时获取每个录波器的时间偏差， 假设录波 主站检测到在T时刻发生故障， 查询T时刻所在巡检周期变电站1的录波器时间偏差为T1d， 录波器记录的故障发生时间为 T1， 则经过修正， 变电站 1 的录波器采集的故障时间为 ： 0030 1F1- 1d (4) 0031 同理， 在故障发生后， 可对变电站 2 的录波器上送的录波数据进行时间修正， 经过 时间修正后， 可以通过比较各录波器采集数据的故障时间将录波数据进行关联， 即， 如果录 波数据的故障时间相同， 则它们是关联的录波数据。 受巡检周期长短的影响， 以及录波器响 应时间的不同， 这个时间偏差是毫秒级的， 但不是完全精确的， 。

20、无法利用这个时间修正结果 将各录波数据进行精确同步。因此， 下一步是寻求录波数据同步的方法。 说 明 书 CN 104467186 A 5 4/6 页 6 0032 如图 4 所示， 设故障发生在线路 L1， 则线路 L1 两端变电站及其相邻变电站 ( 站 1、 站 2、 站 3 等 ) 多个录波器均会起动录波， 并将录波数据文件上送到故障录波主站。根据前 述方法， 故障录波主站按当前故障将来自多个录波器的录波数据相关联。 之后， 故障录波主 站将每个数据文件按 COMTRADE 格式读出每个录波数据的每个录波通道所记录的数据， 通 过修正后的录波起始时刻及电气量的变化， 所有录波数据均可在故。

21、障发生前后的一个周波 内实现误差为一个周波的同步。接下来， 需要进行的是数据的精确同步。根据录波器所在 变电站的不同， 录波数据分为来源于同一变电站不同录波器的数据和来源于不同变电站录 波器的数据。因此， 数据同步分两个步骤进行。第一步是将同一变电站不同录波器的数据 同步， 第二步是将来自不同变电站录波器的数据同步。 0033 一、 同一变电站录波数据同步 0034 目前， 对存在不同电压等级的变电站或者出线间隔较多的变电站， 实际均配置多 台录波器以完成对多间隔多设备的监测。 变电站的主要一次设备可分为母线、 线路、 主变三 大类。对接入不同录波器的线路间隔， 各间隔采集的母线电压是其公共信。

22、号。若存在单独 的主变录波器， 主变各侧电压与各侧母线电压也是公共信号。 若存在单独母线录波器， 则各 母线出线间隔的电流与线路间隔的电流也是公共信号。 利用这些公共信号即可实现不同录 波器间的数据同步。同步方法及步骤如下 ： (1) 根据变电站录波器配置， 提取各录波器数据 的公共信号。 (2)利用全周波傅立叶变换提取故障前后公共信号正弦波之间的角差， 计算各 录波器的不同步时间。(3) 根据不同步时间， 将其余非公共信号数据同步。 0035 二、 不同变电站之间录波数据同步 0036 由图 4 可知， 当故障发生后， 传送至录波主站相关联的数据文件中， 不仅有线路 L1 两侧的电气量数据，。

23、 而且有线路L2、 线路L3、 线路L4等线路两端的电气量数据。 因来自相同 变电站的数据已经同步， 则线路 L1 两端数据不同步时间与线路 L2 两端数据的不同步时间 是相同的。通过求线路 L2 的不同步时间， 即可将站 1 的录波数据与站 2 的录波数据同步。 若故障发生在单回线路L3， 可先利用线路L1两端的电气量求出站2与站1录波数据的不同 步时间 t12， 再利用线路 L4 两端的电气量求出站 1 与站 3 录波数据的不同步时间 t13， 则站 2 与站 3 之间的录波数据不同步时间 t23 t 12-t13。因此， 当单回线路故障时， 如果该线路两 端能够有迂回连通线路的录波器数据。

24、， 均可通过非故障线路求出故障线路两端录波数据的 不同步时间。对极少数单回线路或没有迂回连通线路的录波数据， 用故障线路本身的数据 近似求得不同步时间。因此将同步算法分为两种， 一种是利用非故障线路数据进行录波数 据同步的方法， 称为非故障线路数据同步法， 另一种是利用故障线路数据进行录波数据同 步的方法， 称为故障线路数据同步法。 0037 非故障线路数据同步法 0038 对图 5 所示的非故障线路集中参数模型， 设 m 侧电压电流列向量为 ： Um U ma Umb UmcT， Im I ma Imb Imc T， N 侧电压电流列向量为 ： U n Una Unb Unc T， I n 。

25、Ina Inb Inc T， 其 中， Uma代表 m 侧的 a 相电压 ； U mb代表 m 侧的 b 相电压 ； Umc代表 m 侧的 c 相电压 ； Ima代表 m 侧的 a 相电流 ； Imb代表 m 侧的 b 相电流 ； I mc代表 m 侧的 c 相电流 ； T 表示向量的转置。 0039 设输电线路对地导纳矩阵为 Y。由图 5， 对工频量， 设线路两侧不同步角为 ， 则 有 ： 说 明 书 CN 104467186 A 6 5/6 页 7 0040 0041 将式 (5) 两侧列向量转置为行向量， 因 Y 为对称阵， 则有 ： 0042 0043 设故障后 m， n 侧电压电流列。

26、向量分别为 ： Umf， Imf， Unf， Inf， 因该线路为非故障线路， 则式 (5) 同样成立， 可得 ： 0044 0045 将式 (7) 两侧左乘以 (Um+Un*ej)T， 可得 ： 0046 0047 将式 (6) 代入式 (8)， 得 ： 0048 0049 解一元二次方程可得 ej的两个根， 因 |e j| 1， 去除伪根， 即可求出不同步角 ， 对工频量， 不同步时间其中 f 为工频频率。其中， 上述各式中的 ej为欧 拉公式。 0050 从以上推导可以看出， 不同步时间的求解是不依赖于线路参数、 故障类型以及故 障点的准确结果。 0051 故障线路数据同步法 0052 。

27、对故障线路来说， 式(7)不再成立， 无法由式(9)精确求得线路两端录波数据的不 同步时间， 但式 (5) 仍然成立。在实际工程应用中， 输电线路三相对地导纳参数均认为是相 等的， 且忽略其互导纳， 则矩阵 Y 为对角阵且对角线元素均相等。以 a 相为例， 则式 (5) 简 化为 0053 0054 因对地电导相比于对地容抗很小， 忽略对地电导， 则 a 相对地导纳 Ya实部为零， 即 ： 0055 0056 其中， Re表示复数取实部， 上划线表示复数的共轭。 0057 式 (11) 可化为简单三角函数 ： 0058 f() acos+bsin+c 0 (12) 0059 其中， a， b，。

28、 c 为 a 相电压电流复数 Uma， Una， Ima， Ina实虚部的代数组合。解式 (12) 即可得不同步角， 从而实现数据同步。 0060 在具体实现时， 录波器联网系统的录波主站通过采集模块获取各录波器的录波数 据， 数据中心负责存储数据并提供给工程师站使用。为了实现多变电站录波数据关联和同 说 明 书 CN 104467186 A 7 6/6 页 8 步自动化， 在故障分析系统中搭建三个模块 ： 录波器时钟状态获取模块、 录波数据自动关联 模块、 录波数据自动同步模块。 0061 其中， 在录波主站中采用周期巡检的方式来获取各录波器的时钟状态， 得到录波 器时间偏差Td， 在短时间。

29、之内， 认为这个时间偏差是不变的。 采集模块负责问询并计算得出 录波器的时钟状态， 并存到数据中心， 同时工程师站能够随时查询到全网的时钟状态。 0062 录波关联模块具体实现流程如图 6 所示。采集系统会定时采集录波器的录波数 据， 并按日期和装置保存。 定义每个录波数据都有一个故障号(FaultNum)， 多个故障拥有同 一个故障号 (FaultNum) 则认为它们共同反映同一次故障， 是关联的。电网发生故障后， 主 站采集会第一时间获取多个录波器的录波数据， 对其进行处理后存入数据库， 处理过程如 下 ： (1) 数据中心获取实时的时间偏差 Td 对录波数据的时间进行修正。(2) 修正后。

30、查询是 否有其他故障数据的故障时间与其关联， 有就将其故障号赋值给这次故障 ； 如果没有与其 时间关联的故障数据， 则认为这个故障数据反映的是一次新故障， 对其设新的故障号。 0063 工程师站发送录波关联请求后， 将按故障号读取数据库， 将互相关联的故障一起 存储， 并同时存储其故障号和故障发生时间。 0064 录波数据自动同步模块在数据中心的分析库中实现， 分析对象是故障录波自动关 联模块得出的多个相关联的故障数据。同步过程如下 ： (1) 按故障号检索录波数据， 将存在 相同线路的不同录波数据相匹配。 (2)取故障发生前后各一个周波进行分析， 若故障发生在 两变电站联络线区外， 则用非录。

31、波数据同步法自动对齐数据， 并记录不同步时间。(3) 若故 障发生在两变电站双回联络线之一上， 则判断另一回线是否故障， 如没有故障， 则通过另一 回线录波数据完成同步。(4) 若线路为单回线， 则根据 (2)、 (3) 计算方法计算的其他变电 站录波数据的同步时间， 查找迂回联络线通道， 进行同步时间计算， 实现同步。 (5)若线路为 单回线， 且没有迂回联络线通道， 则用非故障线路故障前数据近似同步。 0065 本发明的多变电站录波数据关联和同步方法首先针对录波器联网系统中各录波 器时钟差距较大的情况， 对录波器时钟偏差进行检测， 在此基础上， 实现多个录波数据的自 动关联。 充分利用来自。

32、多个录波器的录波数据， 不需要系统参数， 实现了对已关联的录波数 据的自动精确同步。 该方法在录波器联网系统中得到实现， 使用操作简单便捷， 使调度人员 能够更加及时、 准确和直观的掌握故障情况， 为在此基础上的电网故障分析应用提供了更 深层次的数据支持。 0066 具体实施方式的内容是为了便于本领域技术人员理解和使用本发明而描述的， 并 不构成对本发明保护内容的限定。本领域技术人员在阅读了本发明的内容之后， 可以对本 发明进行合适的修改。本发明的保护内容以权利要求的内容为准。在不脱离权利要求的实 质内容和保护范围的情况下， 对本发明进行的各种修改、 变更和替换等都在本发明的保护 范围之内。 说 明 书 CN 104467186 A 8 1/3 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104467186 A 9 2/3 页 10 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104467186 A 10 3/3 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 104467186 A 11 。