Как создать comtrade файл

Обновлено: 04.07.2024

Считывание и обработка COMTRADE осциллограмм с использованием MasterSCADA и MasterOPC

В статье рассматриваются способы получения и обработки осциллограмм из различных приборов систем релейной автоматики.

Системы релейной автоматики – неотъемлемая часть оборудования электроподстанций. Их назначение отслеживание состояния сети и автоматическое отключение линий при возникновении аварийных ситуаций. Важной информацией является поведение электросети до и после возникновения аварии – состояние дискретных сигналов (состояние отсечных выключателей и различных датчиков), а также параметры самой электросети. Для этого устройства автоматики формируют специальные записи в памяти приборов – осциллограммы, содержащие всю необходимую для анализа информацию. Информация может быть считана по различным интерфейсам для последующего анализа на компьютере.

Основным стандартом осциллограмм является формат COMTRADE . По данному стандарту осциллограмма представляет собой два файла – файл конфигурации (cfg файл), содержащий параметры устройства и условия при которых была сформирована осциллограмма и файл данных (dat файл), который представляет собой бинарный или ASCII файл, с нормализованными значениями параметров каждого канала в каждый момент времени измерения.

Сначала рассмотрим считывание осциллограмм из приборов. Здесь можно выделить три основных способа.

Первый способ - специализированные протоколы, ориентированные на электроэнергетику и позволяющие считывать файлы из приборов. Примером такого протокола является протокол IEC-61850. Помимо прямого опроса прибора (подпротокол MMS ), подписки (подпротокол GOOSE ) он имеет возможность и получения файлов из прибора. Такой способ применяется в современных приборах, оборудованных быстрым микроконтроллером и интерфейсом Ethernet. Примером таких устройств являются ряд приборов линейки Sepam компании Schneider Electric.

Получить осциллограммы из таких приборов можно очень просто – используя Multi-Protocol MasterOPC сервер с плагином IEC-61850. В нем мы поддержали возможность считывания любых файлов (в том числе и осциллограмм). Все что требуется чтобы активировать эту функцию – включить настройку:

После запуска режима исполнения ОРС опрашивает прибор на наличие новых файлов, и при появлении новых файлов считывает их и помещает в указанную в настройках папку.

Второй способ – использование общепромышленных протоколов, например, протокола Modbus. В этом случае нет возможности считать готовый COMTRADE файл – параметры осциллограммы и ее данные представлены в различных регистрах. Необходимо опросить прибор, определить наличие новых осциллограмм, считать нужную осциллограмму, а уже затем самостоятельно сформировать файлы COMTRADE формата. Примерами таких устройств являются приборы ТОР-200 от компании Релеавтоматика и анализатор качества сети PM135 компании Satec.

Данный вариант более сложен в реализации для конечного пользователя, так как требует написания специального ПО (если конечно его не предоставляет производитель). К счастью, в наших OPC серверах есть встроенный редактор скриптов, который имеет все необходимые функции для решения данной задачи – формирование произвольных запросов, их обработку и формирование файлов любой структуры.

Пример конфигурации для получения осциллограмм от Satec PM135 реализованный в Modbus Universal MasterOPC:

Считывание осциллограммы вынесены в отдельное подустройство, содержащее специальный скрипт. В настройках устройства указывается путь к шаблону cfg файла – в нем указываются названия линий, имя прибора и т.д. После считывания осциллограммы из прибора ОРС, формирует cfg файл на основе шаблона и добавляет в него параметры, полученные от прибора и размещает сформированные файлы в указанные папки.

Также нами был написан аналогичный скрипт для прибора ТОР-200 .

Итак, осциллограммы из приборов получены, теперь можно приступать к их обработке. Прикладное ПО должно считать CFG файл, определить из него время начала записи и момент аварии, список анализируемых каналов и их параметры (коэффициенты масштабирования аналоговых каналов), затем считать DAT файл, привести нормализованные значения к реальным и вывести осциллограмму на экран. Для проведения всестороннего анализа существует специализированно программное обеспечение (как коммерческое, так и бесплатное). Например, бесплатная программа FastView от компании Мехатроника:

Помимо графика со значениями аналоговых и дискретных параметров, также позволяет строить векторную, круговую и частотную диаграмму.

Но зачастую возможности подобного ПО излишни и достаточно только графического представления изменения параметров сети и дискретных сигналов. Кроме того, устройства релейной автоматики и анализаторы качества электроэнергии могут применяться в составе SCADA системы – для непрерывного сбора и обработки данных от различных источников, в этом случае необходима интеграция осциллограмм в общий интерфейс системы.

MasterSCADA имеет мощную систему архивации и отображения данных – используя наши тренды можно просмотреть любые данные, в том числе и параметры осциллограмм с их миллисекундными интервалами.

Мы придумали достаточно простой и универсальный механизм интеграции осциллограмм в проекты. Например, мы ведем опрос устройства релейной защиты, с него мы снимаем текущие значения сети (напряжения, токи) и дискретных сигналов. Далее, при возникновении аварии производится замена значений в архиве полученные опросом текущих значений, на значения, которые были получены из осциллограммы. Таким образом используя тот же самый тренд можно просматривать и опрошенные значения, и значения, полученные из осциллограммы.

Для реализации данной задачи был сделан специальный демонстрационный проект, содержащий несколько скриптов, а также мнемосхему с журналом и тренд.

Основным скриптом является скрипт «Чтение COMTRADE» .

Пример считывания и осциллограммы и ее отображение на тренде:

При этом в журнал на мнемосхеме выводится список всех считанных и обработанных осциллограмм. Можно открыть файлы осциллограмм в стороннем ПО, прямо из MasterSCADA – для этого нужно выделить нужную осциллограмму в журнале и нажать на кнопку открытия во внешнем приложении:

Осциллограмма будет открыта в программе, которой по умолчанию назначена обработка cfg файлов.

COMTRADE общепринятый формат регистрации осциллограмм переходных процессов (аварий) в энергосистемах. Название образовано из четырех английских слов:

Формат стандартизует процесс получения, анализа и обмена осциллограмм различных аварий, испытаний (или передачи тестовых данных) между различными производителями оборудования и эксплуатирующими организациями.

COMTRADE разработан IEEE (Институт инженеров электротехники и электроники, США). Так же известен как:

C37.111-1991 IEEE
C37.111-2013 IEEE
IEC 60255-24 Ed.2

Осциллограмма представляется двумя файлами с одинаковыми именами но разными расширениями (например osc1.cfg osc1.dat ):

с расширением .cfg - информация о формате .dat, частота, продолжительность, количество каналов и их тип.
с расширением .dat - записанные выборки в формате текста или бинарном формате.

Файл с данными (*.dat)¶

Содежит выборки аналоговых и дискретных каналов.

Файл называется так же как и конфигурационный файл, но имеет расширение .dat.

ФОРМАТ одной строки осциллограммы:¶

содержат величины, которые представляют аналоговые сигналы (напряжения и токи) и дискретные сигналы (их значения в момент выборки).

Единицы в которых представлены значения аналоговых сигналов (токов и напряжений) записаны в файле конфигурации, в строке принадлежащей сигналу (номер строки конфигурации-номер колонки в данных). Последующие выборки отделяются возвратом каретки и переводом строки.

ФОРМАТ значений данных ASCII:¶

Значения данных должны представляться в формате целого числа из шести цифр (I6), разделяемых запятыми. Дискретные сигналы (I1) представляются единицами и нолями.

1-ое число:	например 000002
2-ое число:	например 000015
3-е и остальные:	например 000111, 000314, 0, 1

ФОРМАТ значений данных BINARY:¶

Записи фиксированной длины - все значения 16-bit signed integers, кроме номера записи и смещения микросекунд - они 32-bit unsigned integer.

16-bit signed integers

1 аналоговый канал 16-bit 1 дискретный канал 1-bit

Запись дискретных выборок соответсвенно ведется кратно 16 каналам. Т.е. если дискретных каналов 2, они займут 16 бит. Если 17, то 32 бита.

Метка конца файла.¶

Пример выборки ASCII.¶

где:

0000000001	номер выборки
0000000000	время в ms от начала записи
002090,001827,002090,002044	аналоговые величины для каналов 1-4
0,0	дискретные сигналы ( каналы 5 и 6 ).

Файл с конфигурацией ( * .cfg)¶

Описывает настройки осцилографирования.

Файлы конфигурации COMTRADE содержат следующую информацию:

название и обозначение станции;

где:

station_name	уникальное название регистратора
id	уникальный номер регистратора

количество и тип каналов.;

где:

ТТ	общее количество каналов
nn	номер канала
t	тип входа (А – аналоговый / В -дискретный)

имена каналов, модулей и коэффициенты преобразования, Каждому каналу соответствует строка вида:

где:

nn	номер канала
id	идентификатор канала
р	идентификатор фазы канала
сссссс	цепь/компонент, который контролируется
uu	единица измерения в канале (kV, kA, и т.д.)
а	вещественное число (см. Примечание)
b	вещественное число. (см. Примечание)
skew	вещественное число. Сдвиг времени (в мкс) в канале с начала отсчета
min	целое, равное минимальной величине (нижняя граница диапазона) для выборок этого канала.
max	целое, равное максимальной величине (верхняя граница диапазона) для выборок этого канала.
m	(0 или 1) нормальное состояние этого канала (относится только к дискретным каналам).

Примечание

В файле .dat значение x соответствует (ах+b). Тоесть:

Таким образом записи аналоговых каналов из файла .dat переводятся в еденицы измерения uu.

Фаза, компонент цепи и коэффициенты преобразования не нужны для дискретных каналов и поэтому опускаются.

где:

lf	частота сети в Гц (50 или 60)

частота дискретизации и число выборок при этой частоте; Общее количество частот дискретизации с последующим списком, содержащим каждую частоту дискретизации и номер последней выборки для данной скорости.

Итак, создадим простейшую модель «Энергосистема-линия-понижающий трансформатор-нагрузка» .

В MATLAB данная модель может быть упрощенно представлена в следующем виде:

Рисунок 1 – Упрощенная модель энергосистемы с двухобмоточным понижающим трансформатором и симметричной нагрузкой

На рисунке 1 оранжевым цветом представлены элементы моделируемой сети, желтым – блоки измерения токов и напряжений и белым блоки параметров модели.

В имитаторе КЗ указаны настройки двухфазного КЗ между фазами А и С в период с 0,3с по 0,4с и с 0,6с по 1с. Результатом работы модели будет следующий переходный процесс (в данном случае фазные токи на стороне ВН трансформатора):

Рисунок 2 – Результаты моделирования двухфазного КЗ на стороне НН силового трансформатора

Съём данных с модели и их передача в рабочую область MATLAB для сохранения в файлах формата COMTRADE выполняется следующей схемой:

Рисунок 3 – Схема съема данных с измерителей и передача в MATLAB с наложением шкалы времени

Для генерации файлов COMTRADE выполните действия:

2. В командной строке MATLAB задайте частоту дискретизации Nsample=40 (40 отсчетов на период);

3. В Simulink нажмите кнопку Run (произойдет моделирование КЗ);

4. Двойным щелчком левой кнопки мыши откройте осциллограф, вы увидите картину, отображенную на рисунке 2;

5. Откройте MATLAB и так же нажмите кнопку Run (произойдет сохранения результатов моделирования КЗ в файлы COMTRADE).

Результатом успешного выполнения действий 1 – 5 будет генерация и сохранение двух файлов M.cfg и M.dat , файлы будут сохранены там же, где находятся М.slx, comtrade_generator_uzt.m, channel.m.

*.cfg – это файл, описывающий конфигурацию данных, содержащийся в файле *.dat, например, имена каналов, частота дискретизации и т.п.

Рисунок 4 – COMTRADE из М.slx открыт в инструменте анализа осциллограмм KIWI

Изучив рекомендуемую литературу, Вы сможете усовершенствовать предложенную модель. Например, записать в COMTRADE не только токи на стороне ВН, но и напряжения, токи стороны НН.

Полученный на данном этапе результат позволит Вам перейти к следующим, более трудоемким шагам:

Выполнить исследование цифрового устройства РЗА, путем подачи на него реальных токов и напряжений, воспроизведенных из осциллограммы COMTRADE, записанной с Вашей модели энергосистемы. Для этого Вы можете воспользоваться таким популярным устройством, как РЕТОМ-51 или РЕТОМ-61.
Выполнить исследование работы цифровой модели устройства РЗА или отдельных его частей. Подобная модель также может быть выполнена в среде MATLAB;
Используя шаги 1 и 2, оценить правильность поведения цифрового устройства при разнообразных переходных процессах.

Инженеры НПП «Микропроцессорные технологии» используют данный подход при разработке цифровых устройств РЗА. Комплексная модель устройства РЗА, полностью идентичная своему будущему воплощению в железе, создается на начальном этапе разработки устройства. Модель содержит в себе алгоритмы цифровой обработки аналоговых сигналов, пусковых органов и логику работы устройства. Она позволяет выполнить первый этап испытаний алгоритмов еще на стадии разработки устройства, а также используется для оценки правильности программирования разрабатываемого устройства, что обеспечивает высокий уровень контроля со стороны разработчика.

Данная статья расскажет о том, как результаты расчета модели сохранить в файлы формата COMTRADE для дальнейшего воспроизведения на РЕТОМ-51 с целью выполнения дальнейших практических исследований цифровых устройств РЗА.

Итак, создадим простейшую модель «Энергосистема-линия-понижающий трансформатор-нагрузка» .

В MATLAB данная модель может быть упрощенно представлена в следующем виде:

Рисунок 2 – Результаты моделирования двухфазного КЗ на стороне НН силового трансформатора

Рисунок 3 – Схема съема данных с измерителей и передача в MATLAB с наложением шкалы времени

М.slx – файл модели в Simulink представленной на рисунках 1, 3;
comtrade_generator_uzt.m – файл MATLAB преобразующий данные с рисунка 2 в файлы формата COMTRADE;
channel.m - файл MATLAB преобразующий формат каналов.

Для генерации файлов COMTRADE выполните действия:

1. Запустите M.slx;

2. В командной строке MATLAB задайте частоту дискретизации Nsample=40 (40 отсчетов на период);

3. В Simulink нажмите кнопку Run (произойдет моделирование КЗ);

4. Двойным щелчком левой кнопки мыши откройте осциллограф, вы увидите картину, отображенную на рисунке 2;

5. Откройте MATLAB и так же нажмите кнопку Run (произойдет сохранения результатов моделирования КЗ в файлы COMTRADE).

Формат COMTRADE (IEEE Standard Common Format for Trancient Data Exchange for Power Systems) - это международный формат, предназначенный для хранения информации о значениях и параметрах электрических сигналов. Для детального понимания формата COMTRADE рекомендуем ознакомиться с самим стандартом. На момент написания данной статьи, актуальной версией стандарта является C37.111-2013.

Рисунок 4 – COMTRADE из М.slx открыт в инструменте анализа осциллограмм KIWI

Полученный на данном этапе результат позволит Вам перейти к следующим, более трудоемким шагам:

Выполнить исследование цифрового устройства РЗА, путем подачи на него реальных токов и напряжений, воспроизведенных из осциллограммы COMTRADE, записанной с Вашей модели энергосистемы. Для этого Вы можете воспользоваться таким популярным устройством, как РЕТОМ-51 или РЕТОМ-61.
Выполнить исследование работы цифровой модели устройства РЗА или отдельных его частей. Подобная модель также может быть выполнена в среде MATLAB;
Используя шаги 1 и 2, оценить правильность поведения цифрового устройства при разнообразных переходных процессах.

Читайте также: