何 宇,李春麗,王 昕

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030; 2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 牡丹江供電公司,黑龍江 牡丹江 157000; 3.深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518040)

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電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái)的研究與設(shè)計(jì)

何 宇1,李春麗2,王 昕3

(1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030; 2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司 牡丹江供電公司,黑龍江 牡丹江 157000; 3.深圳市中電電力技術(shù)股份有限公司,廣東 深圳 518040)

針對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)主要采用手動(dòng)模式,存在工作量大、工作效率低、數(shù)據(jù)誤差等問(wèn)題，分析了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)業(yè)務(wù)流程,提出一種支持標(biāo)準(zhǔn)源自動(dòng)控制、多型號(hào)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置接入、自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告等功能的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái),將手動(dòng)檢測(cè)提升為全自動(dòng)檢測(cè),解決了手動(dòng)檢測(cè)模式存在的問(wèn)題,提高了入網(wǎng)檢測(cè)工作效率。

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置;入網(wǎng)檢測(cè);準(zhǔn)確度;檢測(cè)平臺(tái)

隨著電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置在電網(wǎng)以及電力用戶側(cè)的安裝應(yīng)用越來(lái)越普遍,市場(chǎng)上不同廠家、不同型號(hào)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置越來(lái)越多。為保障電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的功能、性能、質(zhì)量等滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,各級(jí)電網(wǎng)管理部門逐步建立電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的入網(wǎng)檢測(cè)制度,主要對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置在安裝前進(jìn)行準(zhǔn)確度、通訊規(guī)約等的檢測(cè)。由于技術(shù)發(fā)展的限制,目前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的入網(wǎng)檢測(cè)主要采用手動(dòng)檢測(cè)模式,由檢測(cè)人員人工完成裝置接線、控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出、抄錄測(cè)量數(shù)據(jù)、編制檢測(cè)報(bào)告等流程,存在人工工作量大、效率低、數(shù)據(jù)容易失誤等問(wèn)題,急需解決。因此,本文基于對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)的工作環(huán)境、業(yè)務(wù)流程等的詳細(xì)分析,提出一種針對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的全自動(dòng)化、批量檢測(cè)的技術(shù)方案,并基于該技術(shù)方案設(shè)計(jì)出一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置全自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái),極大程度上減少了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)流程中的人工工作量,提高了工作效率。

1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)批量檢測(cè)技術(shù)研究

1.1 入網(wǎng)檢測(cè)業(yè)務(wù)流程

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的目的是實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)業(yè)務(wù)流程的自動(dòng)化,從而提高工作效率。首先分析目前手動(dòng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)工作,主要包括以下業(yè)務(wù)流程:

1) 接線準(zhǔn)備工作。將電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置(可能有多臺(tái))用信號(hào)線連接,同時(shí)接好各自的電源線。

2) 控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出。手動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)源按指定參數(shù)輸出電能質(zhì)量信號(hào)。

3) 記錄電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量結(jié)果。數(shù)據(jù)記錄有人工抄錄,也有借用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置配套軟件來(lái)記錄,通常只記錄一組測(cè)量結(jié)果。

4) 計(jì)算電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確度。通常利用EXCEL的計(jì)算功能來(lái)計(jì)算準(zhǔn)確度。

5) 編制檢測(cè)報(bào)告。所有檢測(cè)結(jié)束后,由人工編制檢測(cè)報(bào)告。

對(duì)以上業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析,其中除接線準(zhǔn)備工作無(wú)法自動(dòng)完成以外,其余流程均可不必由人工完成,即自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出、自動(dòng)記錄測(cè)量結(jié)果、自動(dòng)計(jì)算準(zhǔn)確度、自動(dòng)生成檢測(cè)報(bào)告。

1.2 入網(wǎng)檢測(cè)內(nèi)容

目前,各地對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的入網(wǎng)檢測(cè)主要集中在兩個(gè)方面:準(zhǔn)確度檢測(cè)和通信規(guī)約測(cè)試。

準(zhǔn)確度檢測(cè)主要依據(jù)《GB/T 19862 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》[1]測(cè)試電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的準(zhǔn)確度指標(biāo)是否合格。具體檢測(cè)內(nèi)容包括電壓、頻率、不平衡度、諧波、閃變等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標(biāo)的準(zhǔn)確度,部分地區(qū)還對(duì)電壓暫升、暫降、中斷等暫態(tài)電能質(zhì)量指標(biāo)以及電流、功率等常規(guī)電氣量的準(zhǔn)確度要求檢測(cè)。

通信規(guī)約測(cè)試主要測(cè)試電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置通信規(guī)約或數(shù)據(jù)格式是否滿足本地區(qū)通信規(guī)范和裝置是否能接入本地區(qū)電能質(zhì)量管理平臺(tái)。由于《GB/T 19862 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》中對(duì)于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的通信規(guī)約沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)范,目前各省對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的通信規(guī)約的要求都有一定差異。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)源及其自動(dòng)控制

電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源用于向電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置提供模擬的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),供電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算生成各種電能質(zhì)量指標(biāo)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置全自動(dòng)檢測(cè)要求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出指定參數(shù)的電能質(zhì)量信號(hào)。

目前電力系統(tǒng)各級(jí)檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要使用Fluke 6100 A系列功率源作為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的標(biāo)準(zhǔn)源。Fluke 6100A功率源具備與外部系統(tǒng)通信的接口和能力,其通信接口是標(biāo)準(zhǔn)GPIB(General-Purpose Interface Bus,通用接口總線)接口及控制卡,通信協(xié)議采用標(biāo)準(zhǔn)IEEE-488并行總線接口標(biāo)準(zhǔn)。Fluke 6100A同時(shí)開(kāi)放了一個(gè)接口列表,可供外部系統(tǒng)調(diào)用實(shí)現(xiàn)對(duì)其的遠(yuǎn)程控制,其中包括各類主要電能質(zhì)量指標(biāo)的控制接口,可控制Fluke 6100A標(biāo)準(zhǔn)源輸出各種電能質(zhì)量指標(biāo),如表1所示。

表1 Fluke 6100 A標(biāo)準(zhǔn)源電能質(zhì)量指標(biāo)控制接口

1.4 多型號(hào)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置接入

為自動(dòng)記錄電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量結(jié)果,自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)必須能與不同型號(hào)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)通信。按照《GB/T 19862-2005 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》,電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置應(yīng)具備通信功能以及以太網(wǎng)、RS-485等通信口,因此合格的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置均要具備接入自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的條件?？紤]到目前市場(chǎng)上不同廠家電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的通信規(guī)約和數(shù)據(jù)格式不一致,可采用基于UAPI(Uniform Application Program Interface,統(tǒng)一應(yīng)用程序接口)技術(shù)[2],針對(duì)不同電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置開(kāi)發(fā)不同通信驅(qū)動(dòng)程序,以實(shí)現(xiàn)多型號(hào)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)記錄。

1.5 自動(dòng)編制檢測(cè)報(bào)告

檢測(cè)報(bào)告的編制是電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)中工作量非常大的一個(gè)步驟,檢測(cè)人員需要手動(dòng)將記錄在不同地方的數(shù)據(jù)匯總到格式固定的檢測(cè)報(bào)告中,非常繁瑣。

調(diào)研表明,在某一個(gè)地區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)報(bào)告往往是格式固定的,但不同地區(qū)檢測(cè)報(bào)告格式差異較大。因此自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)如果要兼容不同地區(qū)的檢測(cè)報(bào)告需求,則不能將檢測(cè)報(bào)告格式固定在程序中,而需要滿足能通過(guò)靈活簡(jiǎn)潔方式更改檢測(cè)報(bào)告格式。不同地區(qū)檢測(cè)報(bào)告的差異主要體現(xiàn)在章節(jié)順序、文字描述內(nèi)容、表格格式等方面,實(shí)際上表格內(nèi)部數(shù)據(jù)(即電能質(zhì)量指標(biāo)及其限值、測(cè)量結(jié)果等具體數(shù)據(jù))基本上是相似的。

圖1 全自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái)功能框圖

基于以上分析,本文提出通過(guò)成熟的WORD模板和錨點(diǎn)技術(shù)來(lái)支持不同格式檢測(cè)報(bào)告的自動(dòng)生成。其中,模板技術(shù)主要滿足不同地區(qū)的檢測(cè)報(bào)告格式差異化需求,而錨點(diǎn)技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)檢測(cè)報(bào)告內(nèi)容的自動(dòng)填充。

2 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的主要組成部分是電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源、受檢電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置以及上位機(jī)檢測(cè)軟件等三部分。為實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)檢測(cè)過(guò)程,這三個(gè)組成部分應(yīng)采用閉環(huán)控制。經(jīng)研究,確定了全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)最終功能原理,如圖1所示。

上位機(jī)檢測(cè)軟件主要由數(shù)據(jù)采集模塊、標(biāo)準(zhǔn)源控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機(jī)交互模塊等組成。數(shù)據(jù)采集模塊用于實(shí)現(xiàn)從電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置讀取測(cè)量值。標(biāo)準(zhǔn)源控制模塊用于自動(dòng)控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出指定信號(hào)。數(shù)據(jù)處理模塊用于計(jì)算測(cè)量誤差,評(píng)估檢測(cè)結(jié)果是否合格。人機(jī)交互模塊主要實(shí)現(xiàn)通信參數(shù)設(shè)置、檢測(cè)項(xiàng)目設(shè)置、檢測(cè)方案執(zhí)行、檢測(cè)報(bào)告編輯輸出等功能,是全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的核心模塊和人機(jī)界面。

全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)各主要部件通過(guò)以太網(wǎng)構(gòu)成閉環(huán)物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)設(shè)的檢測(cè)方案,上位機(jī)檢測(cè)軟件調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)源控制模塊控制電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源自動(dòng)輸出電能質(zhì)量指標(biāo)信號(hào)(標(biāo)準(zhǔn)值),被檢測(cè)裝置進(jìn)行測(cè)量(測(cè)量值),上位機(jī)檢測(cè)軟件將測(cè)量值采集回來(lái)后存入本地緩存,并與標(biāo)準(zhǔn)值比較自動(dòng)計(jì)算誤差和測(cè)量不確定度。檢測(cè)過(guò)程結(jié)束后,系統(tǒng)利用VBA技術(shù)自動(dòng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出到檢測(cè)報(bào)告。在檢測(cè)系統(tǒng)外部環(huán)境穩(wěn)定的情況下,整個(gè)檢測(cè)過(guò)程可自動(dòng)完成,無(wú)需人工參與。

2.2 需求分析與功能設(shè)計(jì)

本文研制的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái)主要為了滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)的需要,經(jīng)調(diào)研和業(yè)務(wù)流程分析,該平臺(tái)應(yīng)滿足以下主要顯式功能需求:

1) 全自動(dòng)檢測(cè)。全自動(dòng)檢測(cè),是指在檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需人為參與。檢測(cè)人員只需要對(duì)受檢設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)源進(jìn)行接線、上電操作,對(duì)專用檢測(cè)軟件進(jìn)行啟動(dòng)、基本設(shè)置后,即可在一段時(shí)間后獲取到(電子版或打印出來(lái)的)檢測(cè)報(bào)告。

2) 批量檢測(cè)。在一次檢測(cè)過(guò)程中可同時(shí)對(duì)多臺(tái)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行同步檢測(cè)。

3) 檢測(cè)過(guò)程控制。在檢測(cè)過(guò)程中,檢測(cè)人員可以隨時(shí)暫停/繼續(xù)、終止檢測(cè),并可對(duì)不合格項(xiàng)目重新檢測(cè),可以隨時(shí)查看檢測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)進(jìn)度。

實(shí)際上,除了上述顯式功能需求之外,檢測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)還需要滿足眾多的隱性需求。全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)的主要功能需求匯總?cè)绫?所示。

表2 全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)主要功能需求匯總

2.3 人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)

全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)是為了提高工作效率而設(shè)計(jì)的一款專業(yè)化軟件,因此其界面應(yīng)盡可能清晰、簡(jiǎn)潔,操作人員無(wú)需培訓(xùn),即可使用該軟件開(kāi)展工作。

基于該設(shè)計(jì)思想,全自動(dòng)檢測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)采用基于SDI的向?qū)浇缑嬖?平臺(tái)的操作只有3個(gè)步驟:設(shè)置基本參數(shù)、設(shè)置檢測(cè)方案、執(zhí)行檢測(cè)。

3 結(jié) 語(yǔ)

基于降低電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)人工成本、提高入網(wǎng)檢測(cè)工作效率的需要,本文提出了一種新的全自動(dòng)批量檢測(cè)平臺(tái)。該檢測(cè)平臺(tái)采用閉環(huán)控制原理,基于電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源的開(kāi)放接口實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)源自動(dòng)控制,基于UAPI技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同型號(hào)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置接入,基于模板和錨點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)報(bào)告的自動(dòng)生成,最終實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置入網(wǎng)檢測(cè)的全自動(dòng)化,不僅可提高入網(wǎng)檢測(cè)工作效率,還具有較高的兼容性,可兼容不同地區(qū)、不同檢測(cè)內(nèi)容、不同格式檢測(cè)報(bào)告的需要。

[1] GB/T 19862-2005 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求[S]. 北京:中國(guó)電力出版社, 2005.

[2] 李鵬,李培,王昕,等. 基于CAC的變電站統(tǒng)一通信平臺(tái)在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 電氣應(yīng)用,2012,31(22):26-29.

LI Peng, LI Pei, WANG Xin, et al. Application of substation unified communication platform based on CAC in power quality monitoring system [J]. Electrotechnical Application, 2012,31(22):26-29.

[3] IEC 61850-10: Communication networks and systems in substations-part 10 Conformance testing[S].2003.

[4] IEEE 1159.D3 Power Quality Data Interchange Format[S].1995.

(責(zé)任編輯 侯世春)

Research and design of automatic calibration system of power quality monitoring equipment

HE Yu1, LI Chunli2, WANG Xin3

(1.Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China; 2.Mudanjiang Power Supply Company，State Grid Heilongjiang Electric Power Company Limited, Mudanjiang 157000, China; 3. CEIEC Shenzhen Electric Technology Inc., Shenzhen 518040, China)

Aiming at the problems, such as heavy workload, low efficiency, and data error, etc, of the verification test of power quality monitoring equipment executed mainly by hand, this paper analyzed the business process of verification test and proposed an automatic calibration system of power quality monitoring equipment. This system supported automatic control of standard power source, different types of power quality monitoring equipments, automatic output of test report, etc, and enabled fully automatic test of power quality monitoring equipment, solving the problems of manual detection mode and improving efficiency of verification test.

power quality motoring equipment; verification test; accuracy; calibration system

2015-03-24。

何 宇(1972—)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娔苜|(zhì)量及電力系統(tǒng)控制技術(shù)。

TP202

A

2095-6843(2016)01-0015-03