一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法与流程

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法。

背景技术：

电力系统发生故障后，电力系统调度分析人员急需分析故障原因，解除故障，恢复送电。目前已知的智能故障诊断系统，一般偏重于故障元件的判断，以及故障位置的定位。而对于事故深层次的原因分析，以及一二次设备健康状况的评估，没有有效的手段进行诊断和分析。故障录波数据记录了电力系统发生故障时的一次和二次系统的高速采样数据，因此可以据此进行故障分析和诊断。但实际应用中，故障录波装置的信号接入量是有限制的，一般每个变电站都会配备多台故障录波装置。这样就造成了实际电网运行信息被分散记录在了不同的录波数据文件中。而故障录波数据是高速采样的，对不同装置产生的录波数据进行综合分析便对时钟精度提出了很高的要求，对进行深层次的分析造成了障碍。

综上所述，现有技术中对于对不同装置产生的录波数据进行综合分析便对时钟精度提出了很高的要求，对进行深层次的分析造成了障碍的问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，以故障发生时刻为分界点，以电力系统一次设备元件为单位，分别提取故障前后指定时间窗的各种故障特征量，形成中间数据，为其它高级应用提供数据支持，从而克服了故障录波文件本身的限制。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，包括以下步骤：

基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；

提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件的故障特征量；

将录波分析模型和故障特征量存入数据库，供故障诊断和事故分析使用。

进一步的，所述基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型，包括：

基于各故障录波文件中故障录波数据，建立电力系统一次设备模型；

在一次设备模型中增加各故障录波文件中对应的多个模拟量通道号和多个开关量通道的通道号，形成录波分析模型。

进一步的，所述录波分析模型包括母线模型、输电线路模型、变压器模型、断路器模型和保护装置模型；

其中，所述母线模型包括母线名称、母线编号、电压等级、相关的保护装置编号、相关的断路器设备编号和对应录波数据中的电压通道号；

所述输电线路模型包括线路名称、线路编号、电压等级、线路阻抗参数、线路长度、相关的保护装置编号、相关的断路器设备编号、对应录波数据中的电流通道号；

所述变压器模型包括变压器名称、变压器编号、二或三侧变压器卷、相关的保护装置编号；

所述断路器模型包括对应故障录波文件中开关量通道号和开关量所属信号类型；

所述保护装置模型包括对应故障录波文件中开关量通道号和开关量所属信号类型。

进一步的，得到录波分析模型后，在故障发生时，通过遍历波形数据得到电流突变点，根据电流突变点进行多故障录波数据的波形对齐。

进一步的，所述故障特征量包括故障前后电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量、断路器动作特征量和波形数据；一次设备元件包括母线、输电线路、变压器和断路器。

进一步的，提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件故障前后电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量和断路器动作特征量，包括：

从各故障录波文件中提取故障时刻前后一段时间的故障录波数据；

在故障前到故障后一段时间内，每间隔5ms取一个点，根据该点的故障录波数据，计算该点故障前后各一次设备对应的电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量和断路器动作特征量；

在重合闸时刻到重合后时间范围内，每间隔5ms取一个点，根据该点的故障录波数据，计算该点故障前后各一次设备对应的电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量和断路器动作特征量。

进一步的，提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件故障前后波形数据，包括：

分别从各故障录波文件中提取母线对应的三相电压的波形数据、线路对应的三相电压和三相电流的波形数据、变压器各侧及中性点对应的三相电压和三相电流的波形数据以及断路器对应的三相电流的波形数据；

将提取到的波形数据进行统一归一化处理，并计算各一次设备元件故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值；

按照comtrade文件格式存储各一次设备元件故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。

一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模装置，适用于上述的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，包括：

一次设备模型建立模块，用于基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型；

录波分析模型建立模块，用于将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；

数据提取模块，用于从各故障录波文件中提取故障时刻前后一段时间的故障录波数据；

故障特征量计算模块，用于根据所提取的故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件的故障特征量；

存储模块，用于存储录波分析模型和故障特征量，供故障诊断和事故分析使用。

进一步的，还包括：

波形对齐模块，用于在故障发生时，通过遍历波形数据找到该突变点，进行多故障录波数据的波形对齐。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明在故障录波数据的基础上，对电力系统一次设备进行建模，将一次设备模型与故障录波数据文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型，在故障发生时，能够根据电压、电流的突变特性，进行多录波数据的波形对齐；

(2)本发明分别从各故障录波文件中提取故障时刻前后一段时间的故障录波数据，以一次设备元件为单位，进行各一次设备元件的故障特征量的计算，形成中间数据，克服了故障录波文件本身的限制，为单端测距、双端测距、波形融合、保护动作行为分析评价、分析故障发生时的一二次设备特性等高级应用提供了更加准确可靠的数据源，能够更好地满足各种分析的需要；

(3)本发明从多个角度分析录波数据，将录波采样信息用不同维度的特征量进行了数字化和量化处理，得到了多个维度的故障特征量，能够保证各种高级应用的实现；将非结构化的录波数据转化为结构化的故障特征量，提高了单端测距、双端测距、波形融合、保护动作行为分析评价、分析故障发生时的一二次设备特性等高级应用的运行可靠性和快速性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明实施例公开的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法流程图一；

图2是本发明实施例公开的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法流程图二；

图3是本发明实施例公开的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模装置框图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在故障录波数据是高速采样的，对不同装置产生的录波数据进行综合分析便对时钟精度提出了很高的要求，对进行深层次的分析造成了障碍的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，以故障发生时刻为分界点，以电力系统一次设备元件为单位，分别提取故障前后指定时间窗的各种故障特征量，形成中间数据，为其它高级应用提供数据支持，从而克服了故障录波文件本身的限制。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，提供了一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，该方法包括以下步骤：

步骤101：基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；

步骤102：提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件的故障特征量；

步骤103：将录波分析模型和故障特征量存入数据库，供故障诊断和事故分析使用。

本实施例提出的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，故障录波数据作为高速采样数据，能够最大程度地反映故障时的电力系统运行特征，在故障录波数据的基础上，对电力系统一次设备进行建模，并与故障录波文件中的录波通道进行关联对应；在故障发生时，根据电压、电流的突变特性，进行多录波数据的波形对齐；以故障发生时刻为分界点，以电力系统一次设备元件为单位，分别计算故障前后指定时间窗的各种故障特征量，形成中间数据，为故障诊断和事故分析应用提供数据支持，从而打破故障录波文件本身的限制。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例。如图2所示，本实施提供了一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，包括：

步骤201：基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型。

步骤2011：基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型。

通过故障录波装置采集故障录波数据，将故障录波数据以故障录波文件格式存储，基于各故障录波数据文件中故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，该一次设备模块主要包括母线信息、输电线路信息、变压器信息、断路器信息和保护装置信息。

步骤2012：将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型。

以输电线路信息为例，一条线路关联故障录波文件中的4个模拟量通道和若干开关量通道。4个模拟量通道分别为线路的a相电流通道、b相电流通道、c相电流通道和零序电流通道。若干开关量通道主要是保护该线路的保护动作信号、重合闸信号和断路器位置信号。

该录波分析模型包括母线模型、输电线路模型、变压器模型、保护装置模型和断路器模型；

其中，所述母线模型包括母线名称、母线编号、电压等级、相关的保护装置编号、相关的断路器设备编号、对应录波数据中的电压通道号。

所述输电线路模型包括线路名称、线路编号、电压等级、线路阻抗参数、线路长度、相关的保护装置编号、相关的断路器设备编号、对应录波数据中的电流通道号。

所述变压器模型包括变压器名称、变压器编号、二或三侧变压器卷、相关的保护装置编号。其中所属变压器卷包括接线方式、相关的保护装置编号和相关的断路器设备编号、对应录波数据中的电压通道号和电流通道号。

所述断路器模型包括对应故障录波文件中开关量通道号和开关量所属信号类型；

所述保护装置模型包括对应故障录波文件中开关量通道号和开关量所属信号类型。

母线、输电线路、变压器、断路器、保护装置之间在电力系统中存在相互关系。母线、线路、变压器和断路器是电力系统一次设备，保护装置是电力系统二次设备；保护装置通过监视一次设备上的电压、电流等信息，在感知到电力系统异常时，通过控制断路器，进而切断母线、线路、变压器上的负荷，达到保护母线、线路、变压器的目的，最终也就保证了电力系统的安全、稳定。因此，将这五种设备现实世界中的相互关系进行抽象，就得到了故障分析中的五种模型间相互关系，该五种模型间相互关系具体为：

母线、断路器和保护装置模型之间的关系为：母线是最终受保护的对象，保护装置是实施保护的对象，断路器是实现这种保护的桥梁。因此，在母线信息中增加一个断路器编号，多个保护设备编号，就做到了三者之间的关联。

输电线路、断路器和保护装置模型之间的关系为：线路是最终受保护的对象，保护装置是实施保护的对象，断路器是实现这种保护的桥梁。因此，在线路信息中增加1到2个断路器编号，多个保护设备编号，就做到了三者之间的关联。

变压器、断路器和保护装置模型之间的关系：变压器是最终受保护的对象，保护装置是实施保护的对象，断路器是实现这种保护的桥梁。因此，在变压器信息中增加1到3个断路器编号，多个保护设备编号，就做到了三者之间的关联。

将一次设备模型与故障录波文件中的录波通道进行关联，得到各录波分析模型的具体实现方法为：

保护装置在对一次设备进行保护的时候，会向断路器发出保护跳闸信号和重合信号。反应在录波文件的通道中就是，录波文件开关量通道中的保护三跳信号、a相跳闸信号、b相跳闸信号、c相跳闸信号和重合闸信号。因此，一套保护装置与录波文件中的多个开关量通道存在关系。具体实现为在保护装置模型中，增加故障录波文件中对应的多个开关量通道的通道号。

电力系统中对断路器信息的采集包括断路器电流和断路器位置两种。断路器电流反应在录波文件中就是abcn四个模拟量通道。断路器的位置反映了母线、线路、变压器与电力系统其它部分的连接状态，反映在录波文件中就是多个开关量通道，如a相合闸位置、b相合闸位置、c相合闸位置、a相分闸位置、b相分闸位置和c相分闸位置。具体实现为在断路器模型中，增加故障录波文件中对应的多个模拟量通道号和多个开关量通道的通道号。

变压器一般分为两绕组变压器和三绕组变压器，每侧绕组含有电压、电流信息。反映在录波文件中就是多个模拟量通道，以高压侧为例，对应录波文件中的高压侧a相电压、高压侧b相电压、高压侧c相电压、高压侧零序电压、高压侧a相电流、高压侧b相电流、高压侧c相电流和高压侧零序电流。中压侧和低压侧情况类似。具体实现为在变压侧模型中增加三侧绕组，每侧绕组信息中增加故障录波文件中对应的多个模拟量通道号。

在电力系统中对输电线路信息的采集就是线路的abc三相电流和零序电流。具体实现为在线路模型信息中增加录波文件中对应的多个模拟量通道号。

在电力系统中对母线信息的采集就是母线的abc三相电压和零序电压。具体实现为在母线模型信息中增加故障录波文件中对应的多个模拟量通道号。

此外，在故障发生时，电流会发生突变，通过遍历波形数据就能找到该突变点，虽然多个故障录波文件时间不会高度一致，但由于都是采集的同一次故障录波数据，反映的是同一个客观存在，因此，各个故障录波文件中的突变点便是事实上的同一时刻，根据这一特性即可进行多录波数据的波形对齐。

步骤202：提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，以一次设备元件为单位，计算各一次设备元件的故障特征量，其中，故障特征量包括故障前后电压电流有效值、故障前后谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量、断路器动作特征量和波形数据；一次设备元件包括母线、输电线路、变压器和断路器。

步骤2021：从各故障录波数据文件中提取故障时刻前后一段时间的故障录波数据。

从各故障录波数据文件中提取故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内的故障录波数据。

步骤2022：以一次设备元件为单位，计算各一次设备元件故障前后电压电流有效值、故障前后谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量、断路器动作特征量和波形数据。

步骤2022-1：计算故障前后各一次设备元件的电压电流有效值特征量。

(1)计算母线故障前后电压有效值

计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电压的有效值和相位值，即在母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电压的有效值和相位值。如计算第一个点的有效值数据为母线故障前60ms处三相电压的有效值和相位值，则第二个点的有效值数据为故障前55ms处三相电压的有效值和相位值，依次类推，直到获得故障后180ms处三相电压的有效值和相位值；再从母线重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电压的有效值和相位值，直到得到母线重合闸后180ms处的三相电压的有效值和相位值，共计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电压的有效值和相位值数据。

(2)计算输电线路故障前后电压有效值

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电压的有效值和相位值，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电压的有效值和相位值。如第一个点的有效值数据为输电线路故障前60ms处三相电压的有效值和相位值，则第二个点的有效值数据为输电线路故障前55ms处三相电压的有效值和相位值，依次类推，直到获取输电线路故障后180ms处三相电压的有效值和相位值；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电压的有效值和相位值，直到得到输电线路重合闸后180ms处的三相电压的有效值和相位值，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相有效值和相位值数据。

(3)计算输电线路故障前后电流有效值

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的有效值和相位值，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电路的有效值和相位值。如第一个点的有效值数据为输电线路故障前60ms处三相电流的有效值和相位值，第二个点的有效值数据为输电线路故障前55ms处三相电流的有效值和相位值，依次类推，直到获取输电线路故障后180ms处三相电流的有效值和相位值；然后，再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的有效值和相位值，直到得到输电线路重合闸后180ms处的三相电流的有效值和相位值，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的有效值和相位值数据。

(4)计算变压器故障前后各侧电压/电流有效值

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波，变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流有效值和相位值，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的变压器高压侧、中压侧、低压侧各侧三相电压、三相电流的有效值和相位值。如第一个点的有效值数据为故障前60ms处变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流的有效值和相位值，则第二个点的有效值数据为故障前55ms处的有效值和相位值，依次类推，直到故障后180ms处的变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流的有效值和相位值；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流的有效值和相位值，直到变压器重合闸后180ms处的变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流的有效值和相位值，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的变压器高压侧、中压侧、低压侧的三相电压、三相电流的有效值和相位值数据。

(5)计算变压器故障前后中性点电流有效值

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波，变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值。如第一个点的有效值数据为故障前60ms处变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值，则第二个点数据为故障前55ms处的变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值，依次类推，直到得到故障后180ms处的变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值的有效值和相位值，直到得到变压器重合闸后180ms处的变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的变压器各侧中性点电压、中性点电流的有效值和相位值。

(6)计算断路器故障前后电流有效值

计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的有效值和相位，即在断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的有效值和相位。如第一个点的有效值数据为故障前60ms处三相电流的有效值和相位值，第二个点的有效值数据为故障前55ms处三相电流的有效值和相位值，依次类推，直到得到故障后180ms处三相电流的有效值和相位值；再从断路器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的有效值和相位值，直到得到断路器重合闸后180ms处的三相电流的有效值和相位值，共计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的有效值和相位数据。

步骤2022-2：计算故障前后各一次设备元件的1-20次谐波有效值。

(1)计算母线故障前后谐波值

计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电压2次谐波值和相位值，即在母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电压的2次谐波值和相位值。如第一个点的谐波值数据为母线故障前60ms处三相电压的2次谐波值和相位值，则第二个点的谐波值数据为故障前55ms处三相电压的2次谐波值和相位值，依次类推，直到得到母线故障后180ms处三相电压的2次谐波值和相位值；再从母线重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电压的2次谐波值和相位值，直到得到母线重合闸后180ms处的三相电压的2次谐波值和相位值，共计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电压的2次谐波值和相位值。

同理，依次计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电压3到20次谐波值和相位值。

(2)计算输电线路故障前后谐波值

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流2次谐波值和相位值，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电压的2次谐波值和相位值。如第一个点的谐波值数据为输电线路故障前60ms处三相电流的2次谐波值和相位值，第二个点的谐波值数据为输电线路故障前55ms处三相电流的2次谐波值和相位值，依次类推，直到得到输电线路故障后180ms处三相电流的2次谐波值和相位值；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流2次谐波值和相位值，直到重合闸后180ms处的2次谐波值和相位值。共计86个点的有效值和相位数据。

同理，依次计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流3到20次谐波值和相位值。

(3)计算变压器故障前后谐波值

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的变压器高压侧、中压侧、低压侧各侧abc三相电流的2次谐波值和相位值，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值。如第一个点的谐波值数据为故障前60ms处变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值，则第二个点的谐波值数据为故障前55ms处变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值，依次类推，直到得到故障后180ms处变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值，直到得到变压器重合闸后180ms处的变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的变压器各侧三相电流的2次谐波值和相位值数据。

同理，依次计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的变压器各侧三相电流的3到20次谐波值和相位值数据。

(4)计算变压器中性点电流故障前后谐波值

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的高压侧、中压侧、低压侧各侧中性点三相电流2次谐波值和相位，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值。如第一个点的谐波值数据为变压器故障前60ms处变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值，则第二个点的谐波值数据为变压器故障前55ms处变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值，依次类推，直到得到变压器故障后180ms处变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值，直到得到变压器重合闸后180ms处的变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的变压器各侧中性点三相电流的2次谐波值和相位值数据。

同理，依次计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的变压器各侧中性点三相电流的3到20次谐波值和相位值数据。

(5)计算断路器故障前后谐波值

计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的2次谐波值和相位值，即在断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的2次谐波值和相位值。如第一个点的谐波值数据为断路器故障前60ms处三相电流的2次谐波值和相位值，则第二个点的谐波值数据为断路器故障前55ms处三相电流的2次谐波值和相位值，依次类推，直到得到断路器故障后180ms处三相电流的2次谐波值和相位值；再从断路器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的2次谐波值和相位值，直到断路器重合闸后180ms处的三相电流的2次谐波值和相位值；共计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的2次谐波值和相位值。

同理，依次计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的3到20次谐波值和相位值数据。

步骤2022-3：计算故障前后各一次设备元件的直流分量及时间衰减常数。

(1)计算输电线路直流分量及时间衰减常数

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的直流分量及时间衰减常数，即在线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的直流分量及时间衰减常数。如第一个点的直流分量数据为输电线路故障前60ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数，则第二个点的直流分量数据为输电线路故障前55ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数，依次类推，直到得到输电线路故障后180ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的直流分量及时间衰减常数，直到得到输电线路重合闸后180ms处的三相电流的直流分量及时间衰减常数，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的直流分量及时间衰减常数数据。

(2)计算断路器直流分量及时间衰减常数

计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的直流分量及时间衰减常数，即在断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的直流分量及时间衰减常数。如第一个点的直流分量数据为断路器故障前60ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数，则第二个点的直流分量数据为断路器故障前55ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数，依次类推，直到得到断路器故障后180ms处三相电流的直流分量及时间衰减常数；再从断路器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的直流分量及时间衰减常数，直到得到断路器重合闸后180ms处的三相电流的直流分量及时间衰减常数，共计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的直流分量及时间衰减常数。

步骤2022-4：以一次设备元件为单位，计算故障前后序分量。

(1)计算母线故障前后电压序分量

计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的电压的正序相位、负序相位及零序相位，即在母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的电压的正序相位、负序相位及零序相位。如第一个点的序分量数据为母线故障前60ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位，则第二个点的序分量数据为故障前55ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位，依次类推，直到得到母线故障后180ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位，再从母线重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个电压的正序相位、负序相位、零序相位，直到得到母线重合闸后180ms处的电压的正序相位、负序相位、零序相位，共计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的电压的正序相位、负序相位及零序相位数据。

(2)计算输电线路故障前后电压序分量

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的电压的正序相位、负序相位及零序相位，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的电压的正序相位、负序相位及零序相位。如第一个点的电压序分量数据为输电线路故障前60ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位，第二个点的电压序分量数据为输电线路故障前55ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位，依次类推，直到得到输电线路故障后180ms处电压的正序相位、负序相位及零序相位；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个电压的正序相位、负序相位及零序相位，直到得到输电线路重合闸后180ms处的电压的正序相位、负序相位及零序相位，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的电压的正序相位、负序相位及零序相位数据。

(3)计算输电线路故障前后电流序分量

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的电流正序相位、负序相位及零序相位，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的电流正序相位、负序相位及零序相位。如第一个点的电流序分量数据为输电线路故障前60ms处电流的正序相位、负序相位及零序相位，则第二个点的电流序分量数据为输电线路故障前55ms处电流的正序相位、负序相位及零序相位，依次类推，直到得到输电线路故障后180ms处电流的正序相位、负序相位及零序相位；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个电流的正序相位、负序相位及零序相位，直到得到输电线路重合闸后180ms处的电流的正序相位、负序相位及零序相位，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的电流的正序相位、负序相位及零序相位数据。

(4)计算变压器故障前后各侧电压电流序分量

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的变压器高压侧、中压侧、低压侧各侧电压电流的正序相位、负序相位及零序相位，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的变压器各侧电压电流的正序相位、负序相位及零序相位。如第一个点的电压电流序分量数据为变压器故障前60ms处变压器各侧电压电流正序相位、负序相位及零序相位，第二个点的电压电流序分量数据为变压器故障前55ms处的变压器各侧电压电流正序相位、负序相位及零序相位，依次类推，直到得到变压器故障后180ms处的变压器各侧电压电流的正序相位、负序相位及零序相位；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个变压器各侧电压电流的正序相位、负序相位及零序相位，直到得到变压器重合闸后180ms处的变压器各侧电压电流的正序相位、负序相位及零序相位，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的变压器各侧电压电流正序相位、负序相位及零序相位数据。

(5)计算断路器故障前后电流序分量

计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的电流的正序相位、负序相位及零序相位，即在断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的流的正序相位、负序相位及零序相位。如第一个点的电流序分量数据为故障前60ms处电流的正序相位、负序相位及零序相位，第二个点的电流序分量数据为故障前55ms处电流正序相位、负序相位及零序相位，依次类推，直到得到断路器故障后180ms处电流的正序相位、负序相位及零序相位，再从断路器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个电流的正序相位、负序相位及零序相位，直到得到断路器重合闸后180ms处的电流的正序相位、负序相位及零序相位，共计算断路器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的电流的正序相位、负序相位及零序相位数据。

步骤2022-5：，计算故障前后各一次设备元件的差流值。

(1)计算母线故障前后差流值

计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电压的差流值和相位值，即在母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电压的差流值和相位值。如第一个点的差流值数据为母线故障前60ms处三相电压的差流值和相位值，第二个点的差流值数据为母线故障前55ms处三相电压的差流值和相位值，依次类推，直到得到母线故障后180ms处三相电压的差流值和相位值；再从母线重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电压的差流值和相位值，直到母线重合闸后180ms处的三相电压的差流值和相位值，共计算母线故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电压的差流值和相位数据。

(2)计算输电线路故障前后差流值

计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的差流值和相位值，即在输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的差流值和相位值。如第一个点的差流值数据为输电线路故障前60ms处三相电流的差流值和相位值，第二个点的差流值数据为输电线路故障前55ms处三相电流的差流值和相位值，依次类推，直到得到输电线路故障后180ms处三相电流的差流值和相位值；再从输电线路重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的差流值和相位值，直到输电线路重合闸后180ms处的差流值和相位值，共计算输电线路故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的差流值和相位数据。

(3)变压器故障前后差流值

计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波的abc三相电流的差流值和相位值，即在变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内，每间隔5ms取一个点，计算该点的三相电流的差流值和相位值。如第一个点的差流值数据为变压器故障前60ms处三相电流的差流值和相位值，第二个点的差流值数据为变压器故障前55ms处三相电流的差流值和相位值，依次类推，直到变压器故障后180ms处三相电流的差流值和相位值；再从变压器重合闸时刻开始每间隔5ms计算一个三相电流的差流值和相位值，直到变压器重合闸后180ms处的三相电流的差流值和相位值，共计算变压器故障前3周波、故障后9周波、重合闸后9周波内86个点的三相电流的差流值和相位数据。

步骤2022-6：计算故障前后线路的测量阻抗。

线路测量阻抗每一点的数据包括a相接地、b相接地、c相接地、ab相间、bc相间、ca相间测量阻抗和相位。从故障前60ms到故障后180ms，再从重合闸时刻到重合后180ms时间范围内取值；每间隔5ms取一个点，共计算线路故障前后86个点的线路测量阻抗数据。

步骤2022-7：计算故障前后母线的频率特征量。

频率特征量每一点的数据包括母线abc三相的频率值。从故障前60ms到故障后180ms，再从重合闸时刻到重合后180ms时间范围内取值，每间隔5ms取一个点，共计算母线故障前后86个点的频率特征量数据。

步骤2022-8：计算故障前后线路的故障测距特征量。

故障测距特征量主要包括线路的本侧站单端测距结果、对侧站单端测距结果、双端测距结果和过度阻抗值。每条故障线路含有一组故障测距特征量。从故障前60ms到故障后180ms，再从重合闸时刻到重合后180ms时间范围内取值，每间隔5ms取一个点，共计算线路故障前后86个点的障测距特征量数据。

步骤2022-9：计算故障前后保护动作特征量。

一组保护动作特征量包括保护的一次设备信息、第一次保护动作时间(分abc三相)、保护动作相别、自动复位时间(分abc三相)、保护再次动作时间(分abc三相)、保护再次动作相别。

从故障前60ms到故障后180ms，再从重合闸时刻到重合后180ms时间范围内取值，每间隔5ms取一个点，共计算故障前后86个点的保护动作特征量数据。

步骤2022-10：计算故障前后断路器的动作特征量。

一组断路器动作特征量包括相关的一次设备信息、第一次断路器跳闸时间(分abc三相)、断路器跳闸相别、波形上故障切除时间(分abc三相)、开关量重合时间(分abc三相)、波形上的重合时间(分abc三相)、断路器再次跳闸时间(分abc三相)、断路器再次跳闸相别、波形上再次故障切除时间(分abc三相)、积分能量(分abc三相)。

从故障前60ms到故障后180ms，再从重合闸时刻到重合后180ms时间范围内取值，每间隔5ms取一个点，共计算断路器动作故障前后86个点的保护动作特征量数据。

步骤2022-11：计算故障前后各一次设备元件的波形数据。

将原始波形数据进行统一归一化为5khz采样频率，即每周波100个采样点，计算各一次设备元件故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值，按照comtrade格式中的ascii标准进行分别存储各一次设备元件故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据。各采样点数据之间使用英文半角逗号隔开。

(1)计算母线故障前后波形数据

从故障录波数据文件中提取母线对应的abcn四个通道的三相电压的波形数据，将三相电压的波形数据统一归一化为5khz采样频率，计算母线故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值，并存储故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。

(2)计算输电线路故障前后波形数据

从故障录波数据文件中提取线路对应abcn四个通道的三相电流的波形数据，将三相电流的波形数据统一归一化为5khz采样频率，计算输电线路故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值，并存储故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。

(3)计算变压器故障前后各侧波形数据

从故障录波数据文件中提取变压器三侧对应的abcn合计12个通道的三相电压的波形数据、12个通道的三相电流的波形数据，并三相电压的波形数据和三相电流的波形数据统一归一化为5khz采样频率，计算变压器各侧故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值，并存储变压器各侧故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。

(4)存储变压器故障前后中性点电流波形数据

从故障录波数据文件中提取变压器中性点对应abcn四个通道的三相电流的波形数据，并将三相波形数据统一归一化为5khz采样频率，计算变压器中性点故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值，存储变压器中性点故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。各采样点数据之间使用英文半角逗号隔开。

(5)存储断路器故障前后波形数据

从故障录波数据文件中提取断路器对应abcn四个通道的三相电流的波形数据，将三相电流的波形数据统一归一化为5khz采样频率，计算断路器故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值一次值，并分别存储断路器故障前3周波波形数据、故障后10周波波形数据和重合闸后10周波波形数据一次值。

步骤203：将录波分析模型和故障特征量存入数据库，供故障诊断和事故分析使用。

本发明实施例提出的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模方法，通过基于基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型，将一次设备模型与故障录波数据文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；又提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件的故障特征量，为后续故障分析提供了数据支持。

对应于图1和图2所示的方法实施例，如图3所示，本实施例提供了一种基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模装置，该装置包括：

一次设备模型建立模块，用于基于故障录波数据，建立电力系统一次设备模型；

录波分析模型建立模块，用于将一次设备模型与故障录波数据文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；

数据提取模块，用于从各故障录波数据文件中提取故障时刻前后一段时间的故障录波数据；

故障特征量计算模块，用于提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，计算各一次设备元件的故障特征量；

存储模块，用于存储录波分析模型和故障特征量，供故障诊断和事故分析使用。

进一步的，所述基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模装置，还包括：

波形对齐模块，用于在故障发生时，通过遍历波形数据找到该突变点，进行多故障录波数据的波形对齐。

另外，故障特征量计算模块，具体用于：

在故障前到故障后一段时间内，每间隔5ms取一个点，根据该点的故障录波数据，计算该点的故障前后各一次设备对应的电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量和断路器动作特征量；

接着在重合闸时刻到重合后时间范围内，每间隔5ms取一个点，根据该点的故障录波数据，计算该点的故障前后各一次设备对应的电压电流有效值、1-20次谐波值、直流分量及时间衰减常数、序分量、差流值、线路测量阻抗、频率特征量、故障测距特征量、保护动作特征量和断路器动作特征量。

本发明实施例提出的基于故障录波数据的电力系统故障特征量建模装置，通过一次设备模型建立模块建立电力系统一次设备模型，通过录波分析模型建立模块将一次设备模型与故障录波数据文件中的录波通道进行关联，得到录波分析模型；通过数据提取模块提取故障时刻前后一段时间内的故障录波数据，通过故障特征量计算模块计算各一次设备元件的故障特征量，通过存储模块为后续故障分析提供了数据支持。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。