【文章內(nèi)容簡介】 線路類型 （ 電纜或架空線 ） 有關，數(shù)值很小。經(jīng)中性點接入消弧線圈補償后，其數(shù)值更小，且消弧線圈的補償狀態(tài) （ 過補償、欠補償、完全補償 ） 不同，接地基波電容電流的特點與無消弧線圈補償時相反或相同。 不平衡電流的影響 不平衡電流主要包括兩方面 ： 一是 TA誤差。在工程實際中，一般采用零序 TA或由三相保護用 TA組成零序電流濾過器為選線裝置提供零序電流。在一次電流很小 （ 5A 以下 ） 的情況下，零序 TA在帶上規(guī)定的二次負荷后， 存在一定的 測變比誤差 和 角誤差 ；而零序電流濾過器的誤差會更 大；二是由于負荷電流不平衡，造成的零序電流和諧波電流較大。特別是當系統(tǒng)較小 （ 對地電容電流較小時 ） ，接地回路的零序電流和諧波電流甚至小于非接地回路的對應電流。 零序電流的不確定 我國配電網(wǎng)一般都是小電流系統(tǒng)，其運行參數(shù)會頻繁改變，使電容電流和諧波電流經(jīng)常變化；母線電壓水平的高低，負荷電流的大小總在不斷變化，故障點的接地電阻不確定等。這些都造成了零序故障電容電流和零序諧波電流的不確定。 電容電流波形的不穩(wěn)定 小電流系統(tǒng)的單相接地故障常常是間歇性的不穩(wěn)定弧光接地，故電容電流波形不穩(wěn)定，對應的諧波電流大小隨 時在變化。由于單相接地時，電容電流數(shù)值較小，接地點電弧電阻不穩(wěn)定時，零序電流 （ 或諧波電流 ） 數(shù)值很小，可能被干擾淹沒，其相位不一定正確，從而造成誤判。工程上所采用的零序 TA精度太低，無法保證接地檢測的準確度。可見，由穩(wěn)態(tài)分量法或 5次諧波分量法構(gòu)成的小電流接地選線裝置在原理上就不能很好地解決以上問題，還有裝置本身在硬件上的其他因素，這些就是目前的選線裝置選線準確率不穩(wěn)定的原因所在。 對于存在的不足 ， 國內(nèi)內(nèi)許多科研機構(gòu)投入了大量的人力和物力進行新的小電流接地選線技術(shù)的研究與開發(fā) ,選線方法 [39]有有功分量法、能 量函數(shù)法及零序?qū)Ъ{法、小波選線方法、首半波選線方法、突變量的選線方法以及信號注入法 [1013]等等 , 也相應開發(fā)生產(chǎn)出新的接地選線裝置。 目前國內(nèi)外配電網(wǎng)故障診斷的幾種常用 方法有專家系統(tǒng)、模糊理論、遺傳算法、 Petri 網(wǎng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、多代理系統(tǒng)、粗糙集理論、混合整數(shù)規(guī)劃法、優(yōu)化算法等 [14]。比較前沿的選線技術(shù)是應用各方法獲得 配電網(wǎng)單相接地故障綜合選線方法 [15]，即 采用多種選線判據(jù)的智能化集成 , 形成多種判據(jù)為一體的充分判據(jù) , 實現(xiàn)多種判據(jù)有效域的優(yōu)勢互補的選線理論和方法。 項目組故障診 斷 新 思路簡介 目前，已有的眾多關于解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障診斷的方法和產(chǎn)品還不能夠很好的解決問題，還有一些難以克服的缺點和局限。為了克服這些缺點和問題，項目組 在主課題《配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)戶外信號源裝置開發(fā)》的研究中提出 一種新的思路和方法 ，其 故障診斷整體思路 為： 在 發(fā)生單相接地 故障后 ，在變電站中性點 短時瞬時投切一組負載并聯(lián)到消弧線圈上， 如圖 11 所示， 從而改變小電流接地系統(tǒng)的運行方式，以此產(chǎn)生特征值 的明顯 變化，構(gòu)成相應判據(jù)，實現(xiàn)故障選線。 圖 11 變電站配網(wǎng)中性點投切負載示意圖 本課題即在 該 方案 的基礎上， 探討 研究 各種基于穩(wěn)態(tài) 分 量的故障選線方法。 論文的研究目的和主要工作 論文的研究目的 本課題是從屬于項目組主課題 《 配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)戶外信號源裝置開發(fā) 》 的子課題，主課題的故障診斷 新 思路前已介紹，不再贅述。針對本課題的原始條件及數(shù)據(jù) 有 ： A)一座變電站及其所屬配網(wǎng)的詳細原始電氣數(shù)據(jù)； B)該變電站及其所屬配網(wǎng)在 PSCAD 中的模型。 基于原始條件及數(shù)據(jù)，本課題的主要研究目的為： 基于 主課題的 診斷整體思路 ， 本課題 根據(jù)仿真軟件 PSCAD 中建立的變電站及其所屬配網(wǎng)的模型，模擬仿真 單相接地故障， 獲得對應故障的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)， 再用 Visual C++軟件搭建起相對完善的基于各種選線算法的仿真選線平臺，讀取對應故障的PSCAD 仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行處理和分析 ，實現(xiàn) 仿真故障選線。 論文的主要工作 基于 節(jié)中的已知原始條件及數(shù)據(jù)和主要研究目的，本文的研究工作按照以下幾項展開： 小電流接地系統(tǒng)故障定位的研究背景和現(xiàn)狀的調(diào)研 仿真選線 平臺框架 的 構(gòu)建 配電網(wǎng)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的分析 基于穩(wěn)態(tài)量的故障選線方法的仿真研究 第二章 仿真選線 平臺 的框架 構(gòu)建 本章主要介紹了本課題 仿真選線 平臺的 框架構(gòu)建 。首先簡 介了 PSCAD 軟件 和Visual C++軟 件的主要功能以及兩者在本課題中的聯(lián)系 ，接著 著重 介紹了本課題基 于Visual C++軟件 的 仿真選線 平臺框架 的主程序 流程結(jié)構(gòu)，并對其中 主要 組成模塊 （如采樣、濾波、提取特征量等 ） 子函數(shù) 的數(shù)學原理及相應程序?qū)崿F(xiàn) 做了 詳細 介紹。 相關軟件的介紹 PSCAD軟件介紹 PSCAD 軟件簡介 本課題的仿真軟件采用 PSCAD/EMTDC 最新版 ()。 Dennis Woodford 博士于 1976 年在 加拿大曼尼托巴水 電局開發(fā)完成了 EMTDC 的初版，是一種世界各國廣泛使用的電力系統(tǒng)仿真軟件。 PSCAD 是一 種強大而靈活的圖形用戶 界面及 EMTDC 解決引擎。 PSCAD 使用戶能夠構(gòu)建 電路，運行模擬，分析結(jié)果，并在完全集成的圖形環(huán)境下管理數(shù)據(jù)， 能更方便地使用 EMTDC 進行電力系統(tǒng)分析， 功能還包括在線繪圖，控制等，使得用戶可以在模擬運行時改變系統(tǒng)參數(shù)，直接查看結(jié)果。 而且軟件可以作為實時數(shù)字仿真器的前置端?？赡M任意大小的交直流系統(tǒng)。現(xiàn)在南瑞繼保、浙江大學、南方電網(wǎng)、江蘇省調(diào)等部門均使用 PSCAD 作為暫態(tài)分析軟件。 PSCAD 軟件 EMTDC 輸出文件的介紹 （ 1） EMTDC 輸出文件 (*.out) EMTDC 輸出文件的 擴展名 ?*.out39。，輸出格式為文本文件，這些文件的所有數(shù)據(jù)組織成柱狀。第一列始終是 EMTDC 仿真時間列 ，其他每一列都代表項目中各輸出量的記錄數(shù)據(jù)，沒有標識 (詳細標識見柱識別和信息文件 )。例如，如果兩個輸出量存在于該項目，那么就會有三列的數(shù)據(jù)顯示在 EMTDC 輸出文件里。一個典型輸出文件截取的部分文本數(shù)據(jù)如 表 所示 ： 表 一個典型輸出文件 （ Test Case）的 部分文本數(shù)據(jù) 時間列 輸出量 1 輸 出量 2 （ 2）多輸出文件 每個輸出文件的最多 列數(shù)是 11（ 包括時間 欄 ） 。因此，如果一個項目所含輸出量超過 10 個，將創(chuàng)建多個 輸出文件。例如，如果項 目包含 23 個輸出量 ，將創(chuàng)建三組輸出文件。 多輸出文件的命名是附加連續(xù)編號作為后綴。如果輸出文件 名為 ? 39。， 將輸出 文件命名為 ? 39。， ? 39。和 ? 39。 C++程序即根據(jù)這個編號來識別對應量的數(shù)據(jù)列。 （ 3）柱識別和信息文件 (*.inf) EMTDC 輸出文件欄沒有標識。建立輸出文件的同時也建立了一個信息文件 (?*. inf39。)，它包含交叉引用信息，可確定哪些欄是什么。信息文件的命名與輸出文件主要文件名相同。例如，如果輸出文件的名字是 ? 39。 ，信息文件將被命 名為 ?39。 。 一個典型的信息文件如下所示的一個項目包含三個輸出量。 PGB(1) Output Desc=Fundmag Group=Main Max= Min= Units= PGB(2) Output Desc=2nd harmmag Group=Main Max= Min= Units= PGB(3) Output Desc=3rd harmmag Group=Main Max= Min= Units= 左端是輸出量編號 (即 PGB(1)， PGB(2)等 )，對應輸出量名稱 (即 39。Desc39。)。編號表示各輸出量數(shù)據(jù)寫入到一個輸出文件的順序。 排除輸出文件的第一列時間列，確定的 方法 如下： 單輸出文件： 輸出量 K=輸出文件列 M1 多輸出文件： 輸出量 K=輸出文件列 M1+(10輸出文件號 N) Visual C++軟件介紹 [1617] 本課題的程序編制、數(shù)據(jù)處理采用 Visual C++軟件。 C++語言介紹 C++是由 C 發(fā)展成為的以面向?qū)ο鬄橹饕卣鞯恼Z言。作為 C 語言的超集， C++繼承了 C 的所有優(yōu)點，又對數(shù)據(jù)類型做了擴充，使得編譯系統(tǒng)可以檢查出更多類型的錯誤 。 C++支持面向?qū)ο蟪绦蛟O計，通過類和對象的概念把數(shù)據(jù)和對數(shù)據(jù)的操作封裝在一起，通過派生、繼承、重載、和多態(tài)性等特征實現(xiàn)了軟件重用和程序自動生成，使得大型復雜軟件的構(gòu)造和維護變得更有效和容易。此外，在一致性檢查機制方面也做了加強，提高了軟件開發(fā)的效率和質(zhì)量。 C++與 C 完全兼容， C++不是純正的面向?qū)ο蟮恼Z言，它既支持面向?qū)ο蟪绦蛟O計，也支持面向過程程序設計。 C++的開發(fā)環(huán)境有許多版本，國內(nèi)較為流行的有 Microsoft 公司的 Visual C++等。 C++中的輸入輸出文件介紹 C++語言中并沒有輸入 /輸出語句，而是在標準庫里包含了一個 I/O 流類庫。在 C++中，數(shù)據(jù)從一個對象到另一個對象的傳送被抽象為 “流 ”。從流中取得數(shù)據(jù)的操作稱為提取操作，向流中添加數(shù)據(jù)的操作稱為插入操作，數(shù)據(jù)的輸入 /輸出就是通過輸入 /輸出流來實現(xiàn)的?，F(xiàn)代的操作系統(tǒng)把一切輸入 /輸出設備看做文件，本課題中，文件即指*.txt 文本文件。 文件的輸入輸出，使用文件的過程是固定的，具體步驟如下： （ 1） 說明一個文件流對象（內(nèi)部文件）。 如果只輸入用 ifstream 的對象；只輸出用 ofstream 的對象，既輸入又輸出用fstream的對象。 fstream iofile。 (filename,ios::in|ios::nocreate)。 if(!sfile){ cout不能打開源文件 :filenameendl。 exit(1)。 } iofile即為內(nèi)部文件。引號中的 filename即為磁盤文件路徑名字符串，這樣在文件流對象和磁盤文件之間建立了聯(lián)系。如磁盤文件不存在，會自動建立磁盤文件，但指定目錄必須存在；否則，建立文件失敗。 （ 2） 對文件進行讀寫操作。 順序讀寫可用 C++的提取運算符（ ）和插入運算 符（ ）進行。讀寫是在文件緩沖區(qū)中進行。 iofile a[i]setw(20)b[i]setw(20)c[i]setw(20)lin[i]39。\n39。 （ 3） 關閉文件。 當打開一個文件進行讀寫后，應該顯示地關閉該文件。與打開文件相對應： (). 關閉文件時，系統(tǒng)把與該文件相關聯(lián)的文件緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫到磁盤文件中，保證文件的完整；同時把磁盤文件名與文件流對象之間的關聯(lián)斷開，可防止誤操作修改了磁盤文件。 課題中兩軟件的功能配合 首先，利用已由 PSCAD 軟件建立的變電站仿真模型獲得單相接地故障仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，同時即可獲得相應的輸出信息文件（ *.inf）和若干多輸出文件（ *.out）。 本課題中，為了便于 C++編程的讀取，對輸出信息文件規(guī)定了相應的格式，電壓 輸出量放在文首，其后是各條線路的電流量。 其次，鑒于 C++中輸入輸出對文件格式的要求，將 PSCAD 仿真輸出文件的類型*.inf， *.out 通過改寫文件擴展名均改為 *.txt。 最后，對于 *.txt 文件，先將其存放在指定目錄中，后再利用 C++的流類對其進行讀取，其后即可模擬接地選線裝置對這些數(shù)據(jù)進行仿 真處理，如采樣、 提取特征量 等。 仿真選線平臺 C++主 程序流程設計 本課題的 仿真選線平臺 主 程序流程設計 則主程序流程設計步驟如下： 1) 讀 *.inf 信息文件，獲得 啟動特征量 的編號 ； 2) 順序讀取對應的 *.out 輸出文本中對應列數(shù)據(jù)，采樣 ，濾波， 動態(tài) 獲得指定長度的數(shù)據(jù) 序列 ； 3) 由 動態(tài)獲得的 序列 ， 動態(tài) 提取 啟動 特征量 ； 4) 同時判斷是否滿足啟動判據(jù)？ N—回到第 2 步； Y—記錄故障時刻，開始第 5 步 ； 5) 讀 *.inf 文件，獲得某 一個選線特征量 的編號 ； 若讀到文本結(jié)束符 EOF，即表示已經(jīng)讀完所有 選線特征量 ，跳到第 10 步 ； 6) 順序 讀取對應的 *.out 輸出文本中對應列數(shù)據(jù) ； 7) 同時判斷是否到達故障時刻？ Y—開始第 8 步； N—回到第 6 步 ； 8) 短時延遲后，采樣 、濾波， 獲得指定長度的 數(shù)據(jù) 序列 ，提取 選線 特征量 ； 9) 采樣數(shù)據(jù)輸出模塊，并將該時段該 特征量 采樣 序列 輸出到對應文本文件 備份 保存 ； 重復第 5 步到第 9 步 ； 10) 選線判據(jù)模塊 ； 11) 選出故障線路，發(fā)出告警信號 。 其中一些模塊 子函數(shù) 的具體實現(xiàn)在后面會細述。 仿真選線平臺主 程序流程圖如圖 21 所示 。 讀 * . i n f 信 息 文 件 ， 獲 得啟 動 特