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电力系统暂态数据交换(COMTRADE)共用格式
1 范围
本标准定义了用于含有从电力系统或电力系统模型得到的暂态波形和事件数据的文件
格式。标准用于存储在物理媒体上的文件——比如数字式硬盘或软盘。它不是一个用于通过
通信网络交换数据文件的标准。该格式是为了提供一个用于交换数据的易于解释的格式,而
不是为了利用专用格式为了竞争优势所依赖的数据编码和压缩所提供的经济性。
2 定义
2.1 数据表示 Data Representation
数据作为一系列二进制的位存储在文件中。每个位可以是 1 或 0。位被组织在一个个由
8 个位构成的字节中。当计算机读取一个文件的数据时,它把数据作为一系列的字节来读取。
2.1.1 二进制数据 Binary Data
一个字节中的 8 个位可以被组成 256 个不同的组合。因而,它们可以用于表示从 0 到
255 的数字。如果需要较大数字,可以使用几个字节来表示一个单个数字。比如,2 个字节
(16 位)可以表示从 0 到 65535 的数字。当字节以这种方式被解释时,可得知它们为二进
制数据。几个不同的格式被同时用于以二进制形式存储数字数据。
2.1.2 ASCII(美国国家信息交换标准代码)数据 ASCII(American National Standard
Code for Information Interchange)Data
它作为一个表示 0 到 255 的数字的替换物,可以用于表示 255 个不同的符号。美国国家
信息交换标准代码(ASCII)是一个列出等于 8 个二进制位的 127 种组合的符号的标准。比
如,字节 01000001 表示大写字母“A”,而 01100001 表示小写字母“a”。它可以用 127 个
不同的组合来表示键盘上所有的键以及许多其它特殊符号。从 8 位格式得到的 256 个组合的
剩余部分用于绘图和其它特殊应用字符。为了表示 ASCII 格式的一个数字,该数的每一位
要求一个字节。
2.2 必需的/非必需的 Critical/Non-Critical
配置文件中的某些数据对再现整个数据不是绝对必要,而戌置文件中的某些变量对某一
特殊应用也许无关。这样的数据可以被描述为非必需的(Non-Critical)并可以被省略。这样
的非必需的数据的一个例子是记录装置通道名。但是,必须保留通常被这样的变量所占有的
位置,以便保持文件的完整性。如果数据在标准的任何部分被描述为非必需的,共位置也许
会留下空格,在上一个数据分隔符后有一个相应的数据分隔符,而其间没有插入符或空格。
任何对再现整个数据为必需的数据被称为极需的(Critical)。如果缺少这样的数据,文
件将不可用。
2.3 一次/二次比 Primary/secondary Ratios
用于测量和记录高压系统上的事件的装置不能直接接受电力系统上的高电压和高电流。
这些装置被造得可以接受更易操作、较少危险、被称作二次量的输入。电压互感器和电流互
感器被用于把电力系统上的电压和电流信号降为这些较低的值。由于选取了变换比,当电力
系统在额定或标称一次值上运行时,二次值便处在标称二次值上。变比被规定于一次、二次,
习惯上一次侧尽量接近电源。一次额定值可用于电力系统上的所有共用电压和负荷值。用于
二次值的共用值在 70V 线对地的范围内,为 1 或 5A。一份 ANSI/IEEE 标准[7]规定了这些
互感器的特征和额定值。
因此,对于一台联接于馈电线且额定为 800:5 的电流互感器,只有当一次负荷电流为
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800A 时,二次电流才会达到 5A 的标称值。较低的负荷值会导致相应的较低的二次电流值。
对于三相线路,电压互感器通常额定为相对相电压值,而不是相对地电压值。只有当一
次系统相对相电压为 345kV 时,额定为 345V:120V 的电压互感器的输出才能达到相对相
120V(相对地 70V)。术语线对线可与相对相互换使用,类似地,线对地可代替相对地。
2.4 浮点计数法 Floating Point Notation
实数可以用多种方式存储。具有有限范围的数字可以作为带有十进制小数点的数字链输
入。对于较大或较小的数字,对链长的任何合理的限制将导致分辩力的丧失。在这些情况下,
需要将数字存储于可以使用有意义的数字(尾数)和乘数(指数)格式表示法的格式中。空
白表格程序和其它数字程序常常使用浮点记数法来表示这样的数字。COMTRADE 允许对
CFG 文件的转换系数用浮点[4]记数法来表示实数。术语指数记数法或科学记数法有时用于
这个形式,对此形式的解释则有差别。因为编制出的阅读 COMTRADE 文件的程序必须能
够识别和解释以此形式所表示的数字,在此定义了一个单一的格式。对数字应以下列方式解
释和显示:
一个带符号的浮点值包括一个符号(+或-),一个任意小数点位的一系列十进数字,一个
包含字母“e”或“E”的任意指数区,随后是带任意符号(+或-)的整数指数。指数是一个以
10 为底的系数,这样,3E2 意即 3 乘以 100(10 的 2 次方),或 300。对正数和正指数的正确
解释要求包括负号。对于正数或正指数,符号是任意的,如果舍去,也应假设其存在。
其格式应写为:[±]dd[ .]dddd[E[±]dddd]。其中:
·方括号包括任选项;
·d 表示从 0 到 9 的任意数;
·必须有至少一个数字出现在区中;
·大写字母“E
”代表底数为 10 的“指数”;
·如果指数符号出现时,其后必须至少有一个数字。如果数字是正的,其间插入的“正
/负”号可有可无,若有则必须是“+”或“-”,而不是“±”;
·“E”后面的数字值必须是一个整数;
·如果出现小数点,必须至少有一个数字在其左边或右边出现。
例子:
可接受的:
1E2(=100),1.23E4(=12300),0.12345E-5=(0.0000012345),-1.2345E2(=-123.45)
不可接受的:
·123(在小数点前必须有一个数字)
123E(在“E”后必须至少有一个数字)
±0.123E±4(正/负号使数值不确定)
0.123 E4(“E”前面不允许有空格)
2.5 文件范畴 Categories of Files
存储在数字装置和媒体上的文件由表示字母、数字、符号、标点和其它格式或符号的组
合的字节所组成。与格式有关,一个字节,字节的一部分或多个字节,可以表示一个字母,
数字或符号(比如 A 或 3 或+)。计算机系统所用的文件有三大类:可执行文件、文本文件
和数据文件。文件的用途决定了其范畴。
2.5.1 可执行文件 Executable Files
可执行文件包含一系列可由计算机处理的指令。计算机程序作为可执行文件(.EXE)
被存储。COMTRADE 不定义可执行文件。
2.5.2 文本文件 Text Files
文本文件蕴含着人可读的数据。如果格式有严格规定,文件可以用来控制计算机程序。
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COMTRADE 文本文件使用“美国字符信息交换标准”[8](ASCII)所规定的字符表示法。
它通常被字处理程序称作“ASCII 格式”或“文本(.TXT)格式”。
COMTRADE 定义了一种供人阅读的自由形式的 ASCII 文本文件,头标文件。
COMTRADE 还定义了其格式受到严格控制的文件,可供人和计算机阅读,即配置和信息文
件以及 ASCII 形式的数据文件。
大多数处理机可以用两种或更多的格式存储文本文件。文本格式只包含实际键入的字
符,包括标点和标准格式符号如“回车/换行”。其它格式包含专用于所用的特别的字处理机
的特殊字符。文本格式应当用于 COMTRADE 记录中的文本文件,以消除字处理机的特殊
字符或代码。用于阅读 COMTRADE 文件的程序只需处理大多数字处理程序可以阅读或打
印的键入字符。
如果字处理机中不存在将文件存入此格式的命令,有另一种方法可使用打印功能将文本
打印入磁盘以产生文件。
2.5.3 数据文件 Data Files
数据文件可以包括数字数据,文本数据,或两者。数据可以作为二进制或 ASCII 数据
被存储。ASCII 格式数据文件中的区使用由逗号或其它共用分隔符所分断的定义文本,这样
可由人或机器阅读。大多数数字处理机不能以二进制形式格式化、读或写数据文件。但是,
如果格式是已知的话,许多空格程序和数据处理程序可以阅读二进制数据文件。二进制数字
必须经特殊软件处理以易于人阅读。COMTRADE 定义了一个二进制文件,即数据文件的二
进制形式。当需要存储大量的数据时,一般使用二进制数据,因为它占用较少的存储空间(比
如,3 个字节的二进制数据可以表示 0 到 16,772,215 的数字,而三个字节的 ASCII 数据
只可表示从 0 到 999 的数字)。ASCII 数字具有可由人和标准的计算机硬件和软件解释的优
点。
2.6 文件的存取方法 Methods of Accessing data in files
E 有两种不同的存取文本和数据文件的方法,随机存取和顺序存取。
2.6.1 随机存取文件 Random Access Files
随机存取文件的数据可以按任意随机顺序被检索或存储。每个记录的存取时间与数据所
在的位置无关。每个数据区有一个特定的地址,可以用来读或写。COMTRADE 不使用随机
存取文件。
2.6.2 顺序文件 Seqnential Files
顺序文件按顺序读或写两个数据区。单个数据区没有特定地址,其在文件中的位置与其
它变量有关。文件中的准确的字节计数位置取决于以前变量的长度。COMTRADE 使用顺序
文件。
2.7 数据分隔符、定义符、区长、数据最小和最大值 Data Separators,delimiters,field
lengths,data minimum and maximum values
一个文件内或文件中数据的子集内的数据区必须与其它数据区分隔开,以便被取出供阅
读或处理。例如,书写文本使用一个空格作为字分隔符。计算机文件使用各种各样的分隔符。
在 COMTRADE 数据文件的二进制形式中,唯一的定义符是对每个数据变量的长度和位置
的严格的定义,文件中字节的位置计数对确定每个数据记录的边界是必要的。由
COMTRADE 定义的 ASCII 文件使用逗号和“回车/换行”作为数据分隔符,它允许使用不
同的区长,但意味着这些字符不能在任何数据记录中使用。
2.7.1 回车/换行定义符
COMTRADE使用符号<CR/LF>来代表数据分隔符,以使一行或一组数据终结。该定义
符是两个 ASCII 格式化符号的组合:
CR=回车,将光标或插入点移回当前行的超始处。
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LF=换行,将光标或插入点移至当前行下新的一行。
包括 CR/LF 的符号“<”和“>”用以将定义符同附近的文本隔开,不是定义的一部分。
在目前大多数计算机编程或应用环境中,当回车或“ENTER”键被按下后,就会自动
产生上述两个字符的组合。
2.7.2 逗号定义符 Comma Delimiter
逗号用以作为 COMTRADE 配置(.CFG)、信息(.INF)和 ASCII 格式数据(.DAT)文
件的样本内的数据记录的定义符。
2.7.3 区长,数据最大和最小值 Field Lengths,data maximum and minimum values
对 COMTRADE 标准中的许多字母或数字变量都规定了区长。规定这些界限是为了便
于阅读包含许多变量的数据行。在整数变量中,区的最大长度是比所需求的多一个字符,以
保持那个区的最大值。这个额外的字符空格用于带符号数字的前导负号,还允许使用简单的
编程技术自动打印出该前导空格,即使用于不加符号的数字。以前版本的 COMTRADE 中
的用于数据、时间印记和样本数字的 6 个字符和 10 个字符区长,为了以后的兼容性仍被保
留。
3 COMTRADE 文件
每个 COMTRADE 记录有一组四个以下与其相关的文件(关于文件和数据存储的背景
信息见第 2 部分)。四个文件的每一个承载着不同等级的信息。这四个文件是头标、配置、
数据和信息。每一组中的所有文件必须有相同有文件名,其区别只在于说明文件类型的扩展。
文件名的形式是 XXXXXXXX.YYY。XXXXXXXX 部分是用以标志记录的名称(比如
FAULTI 或 TEST-2)。文件名的.YYY 部分用以标志文件类型和作为扩展:.HDR 用于头标文
件,.CFG 用于配置文件,.DAT 用于数据文件,INF 用于信息文件。文件名必须遵循 IBM 兼
容 DOS[9]的关于文件名的合法字符的惯例。(比如,句点和空格不得作为文件名的一部分)
。
文件名限制为 8 个字符,扩展限制为 3 个字符。
3.1 头标文件(XXXXXXXX.HDR)
头标文件是由 COMTRADE 数据的发生器典型地使用字处理程序所产生的任选的
ASCII 文本文件。数据应被使用者打印和阅读。头标文件的发生器可以以任意所需的顺序包
含任意信息。4.1 部分给出了这种信息的例子。头标文件的格式是 ASCII。
3.2 配置文件(XXXXXXX.CFG)
配置文件是应由计算机程序阅读的 ASCII 文本文件,因而必须以一个特殊格式被存储。
配置文件包含着计算机程序为了正确解读数据(.DAT)文件而需要的信息。这些信息包括
采样率、通道数置、线路频率、通道信息等项。
配置文件的第一行的一个区标志着该文件所遵守的 COMTRADE 标准修改的年份,例
如 1996,2000 等等。如果这个区不存在或是空的,就可断定文件遵守标准的最初版本(1991)。
配置文件还包含一个区,用以标志数据文件是存储于 ASCII 还是二进制格式。配置文件的
详细内容和格式的细节在第 5 部分给出。
配置文件可由字处理程序或计算机程序从当作暂态记录的来源的数据中的信息产生出
来。如果使用字处理器产生配置文件,必须用 ASCII 文本文件格式存储数据。
3.3 数据文件(XXXXXXXX.DAT)
数据文件包含着记录中每个输入通道每个采样的数值。对采样存储的数值是对采样集输
入波形的装置所提供的数值的缩略。
存储数据可能是零基或有一个零点漂移。零基数据从一负数扩展至正数(比如-2000 至
+2000)。零点漂移数值全是正的,其中选出一个正数代表零(比如 0 至 4000,用 2000 代表
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零)。配置文件中的转换系数规定如何将数据值转换为工程单位。
除了代表模拟输入的数据,通常也记录代表 on/off 信号的输入。它们常常包括数字输入,
数字通道,数字子通道,数据输入,逻辑输入,二进制输入,触点输入或状态输入。在此标
准中,这种类型的输入指状态输入。状态输入的状态由数据文件中的“1”或“0”代表。
数据文件可以是 ASCII 或二进制格式。配置文件中的一个区表示使用何种格式。第 6
部分给出了对数据文件格式的详细说明。
3.4 信息文件(XXXXXXXX.INF)
信息文件是任选文件,它包含着编制者和用户希望交换或超过数据组最小应用所要求的
额外信息。其格式为公共提供任何用户可以阅读和使用的信息,为个人提供只有特殊等级的
用户或制造商才能得到的信息。在第 7 部分才会看到关于信息文件的详细描述。
4 头标文件
头标文件是 ASCII 文本文件,用于存储补充性的叙述信息,供用户更好地理解暂态记
录的条件。头标文件不准备供应用程序操作。
4.1 内容
可能被包括的信息的例子:
·对干扰前的电力系统的描述;
·站名;
·经受了暂态的线路、互感器、电抗器、电容器或断路器的特征;
·故障线路的长度;
·正序和零序电阻、电抗和电容;
·平行线路的相互耦合;
·分路电抗器和串联电容器的位置和额定值;
·互感器绕组,特别是电压和电流互感器的标称电压额定值;
·互感器功率额定值和绕组联接;
·记录了数据的节点后的系统参数(等值的正序和零序源阻抗);
·对如何获取数据的描述,是在一个公用子站上获得还是用计算机程序台 EMTP 模拟
系统条件获得;
·对所用反假频滤波器的描述;
·对模拟线路的描述;
·输入的相序;
·存储记录的磁盘的序号。
4.2
文件名
头标文件应有.HDR 扩展,以便与配置、数据和信息文件相区别,并作为易于记忆和识
别的惯例。
4.3 格式
头标文件应是有任意长度的自由形式的 ASCII 文本文件。
5 配置文件
配置文件是 ASCII 文本文件,对有或计算机程序提供必要的信息,以便阅读和解释相
关数据文件中的数据值。配置文件具有预定的标准化的格式,故无需为每个配置文件改写计
算机程序。
5.1 内容
配置文件有下列信息:
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