電能質量監測裝置自動批量檢測平臺的研究與設計

何 宇,李春麗,王 昕

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030; 2.國網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股份有限公司,廣東 深圳 518040)

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電能質量監測裝置自動批量檢測平臺的研究與設計

何 宇1,李春麗2,王 昕3

(1.黑龍江省電力科學研究院,哈爾濱 150030; 2.國網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股份有限公司,廣東 深圳 518040)

針對電能質量監測裝置入網檢測主要采用手動模式,存在工作量大、工作效率低、數據誤差等問題，分析了電能質量監測裝置入網檢測業務流程,提出一種支持標準源自動控制、多型號電能質量監測裝置接入、自動生成檢測報告等功能的電能質量監測裝置自動批量檢測平臺,將手動檢測提升為全自動檢測,解決了手動檢測模式存在的問題,提高了入網檢測工作效率。

電能質量監測裝置;入網檢測;準確度;檢測平臺

隨著電能質量監測裝置在電網以及電力用戶側的安裝應用越來越普遍,市場上不同廠家、不同型號的電能質量監測裝置越來越多。為保障電能質量監測裝置的功能、性能、質量等滿足標準要求,各級電網管理部門逐步建立電能質量監測裝置的入網檢測制度,主要對電能質量監測裝置在安裝前進行準確度、通訊規約等的檢測。由于技術發展的限制,目前電能質量監測裝置的入網檢測主要采用手動檢測模式,由檢測人員人工完成裝置接線、控制標準源輸出、抄錄測量數據、編制檢測報告等流程,存在人工工作量大、效率低、數據容易失誤等問題,急需解決。因此,本文基于對電能質量監測裝置入網檢測的工作環境、業務流程等的詳細分析,提出一種針對電能質量監測裝置的全自動化、批量檢測的技術方案,并基于該技術方案設計出一種電能質量監測裝置全自動批量檢測平臺,極大程度上減少了電能質量監測裝置入網檢測流程中的人工工作量,提高了工作效率。

1 電能質量監測裝置自動批量檢測技術研究

1.1 入網檢測業務流程

電能質量監測裝置自動檢測技術的目的是實現電能質量監測裝置入網檢測業務流程的自動化,從而提高工作效率。首先分析目前手動電能質量監測裝置入網檢測工作,主要包括以下業務流程:

1) 接線準備工作。將電能質量標準源、電能質量監測裝置(可能有多臺)用信號線連接,同時接好各自的電源線。

2) 控制標準源輸出。手動控制標準源按指定參數輸出電能質量信號。

3) 記錄電能質量監測裝置的測量結果。數據記錄有人工抄錄,也有借用電能質量監測裝置配套軟件來記錄,通常只記錄一組測量結果。

4) 計算電能質量監測裝置的準確度。通常利用EXCEL的計算功能來計算準確度。

5) 編制檢測報告。所有檢測結束后,由人工編制檢測報告。

對以上業務流程進行分析,其中除接線準備工作無法自動完成以外,其余流程均可不必由人工完成,即自動檢測平臺可實現自動控制標準源輸出、自動記錄測量結果、自動計算準確度、自動生成檢測報告。

1.2 入網檢測內容

目前,各地對電能質量監測裝置的入網檢測主要集中在兩個方面:準確度檢測和通信規約測試。

準確度檢測主要依據《GB/T 19862 電能質量監測設備通用要求》[1]測試電能質量監測裝置的準確度指標是否合格。具體檢測內容包括電壓、頻率、不平衡度、諧波、閃變等穩態電能質量指標的準確度,部分地區還對電壓暫升、暫降、中斷等暫態電能質量指標以及電流、功率等常規電氣量的準確度要求檢測。

通信規約測試主要測試電能質量監測裝置通信規約或數據格式是否滿足本地區通信規范和裝置是否能接入本地區電能質量管理平臺。由于《GB/T 19862 電能質量監測設備通用要求》中對于電能質量監測裝置的通信規約沒有統一規范,目前各省對電能質量監測裝置的通信規約的要求都有一定差異。

1.3 標準源及其自動控制

電能質量標準源用于向電能質量監測裝置提供模擬的標準信號,供電能質量監測裝置進行測量并計算生成各種電能質量指標。電能質量監測裝置全自動檢測要求實現自動控制標準源輸出指定參數的電能質量信號。

目前電力系統各級檢測機構主要使用Fluke 6100 A系列功率源作為電能質量監測裝置的標準源。Fluke 6100A功率源具備與外部系統通信的接口和能力,其通信接口是標準GPIB(General-Purpose Interface Bus,通用接口總線)接口及控制卡,通信協議采用標準IEEE-488并行總線接口標準。Fluke 6100A同時開放了一個接口列表,可供外部系統調用實現對其的遠程控制,其中包括各類主要電能質量指標的控制接口,可控制Fluke 6100A標準源輸出各種電能質量指標,如表1所示。

表1 Fluke 6100 A標準源電能質量指標控制接口

1.4 多型號電能質量監測裝置接入

為自動記錄電能質量監測裝置的測量結果,自動檢測平臺必須能與不同型號電能質量監測裝置實時通信。按照《GB/T 19862-2005 電能質量監測設備通用要求》,電能質量監測裝置應具備通信功能以及以太網、RS-485等通信口,因此合格的電能質量監測裝置均要具備接入自動檢測平臺的條件。考慮到目前市場上不同廠家電能質量監測裝置的通信規約和數據格式不一致,可采用基于UAPI(Uniform Application Program Interface,統一應用程序接口)技術[2],針對不同電能質量監測裝置開發不同通信驅動程序,以實現多型號電能質量監測裝置的數據記錄。

1.5 自動編制檢測報告

檢測報告的編制是電能質量監測裝置入網檢測中工作量非常大的一個步驟,檢測人員需要手動將記錄在不同地方的數據匯總到格式固定的檢測報告中,非常繁瑣。

調研表明,在某一個地區電能質量監測裝置入網檢測報告往往是格式固定的,但不同地區檢測報告格式差異較大。因此自動檢測平臺如果要兼容不同地區的檢測報告需求,則不能將檢測報告格式固定在程序中,而需要滿足能通過靈活簡潔方式更改檢測報告格式。不同地區檢測報告的差異主要體現在章節順序、文字描述內容、表格格式等方面,實際上表格內部數據(即電能質量指標及其限值、測量結果等具體數據)基本上是相似的。

圖1 全自動批量檢測平臺功能框圖

基于以上分析,本文提出通過成熟的WORD模板和錨點技術來支持不同格式檢測報告的自動生成。其中,模板技術主要滿足不同地區的檢測報告格式差異化需求,而錨點技術主要實現檢測報告內容的自動填充。

2 電能質量監測裝置自動批量檢測平臺設計

2.1 總體架構設計

全自動檢測平臺的主要組成部分是電能質量標準源、受檢電能質量監測裝置以及上位機檢測軟件等三部分。為實現全自動檢測過程,這三個組成部分應采用閉環控制。經研究,確定了全自動檢測平臺最終功能原理,如圖1所示。

上位機檢測軟件主要由數據采集模塊、標準源控制模塊、數據處理模塊、人機交互模塊等組成。數據采集模塊用于實現從電能質量監測裝置讀取測量值。標準源控制模塊用于自動控制標準源輸出指定信號。數據處理模塊用于計算測量誤差,評估檢測結果是否合格。人機交互模塊主要實現通信參數設置、檢測項目設置、檢測方案執行、檢測報告編輯輸出等功能,是全自動檢測平臺的核心模塊和人機界面。

全自動檢測平臺各主要部件通過以太網構成閉環物理結構。根據預設的檢測方案,上位機檢測軟件調用標準源控制模塊控制電能質量標準源自動輸出電能質量指標信號(標準值),被檢測裝置進行測量(測量值),上位機檢測軟件將測量值采集回來后存入本地緩存,并與標準值比較自動計算誤差和測量不確定度。檢測過程結束后,系統利用VBA技術自動將檢測數據和結果輸出到檢測報告。在檢測系統外部環境穩定的情況下,整個檢測過程可自動完成,無需人工參與。

2.2 需求分析與功能設計

本文研制的電能質量監測裝置自動批量檢測平臺主要為了滿足電能質量監測裝置入網檢測的需要,經調研和業務流程分析,該平臺應滿足以下主要顯式功能需求:

1) 全自動檢測。全自動檢測,是指在檢測過程中無需人為參與。檢測人員只需要對受檢設備、標準源進行接線、上電操作,對專用檢測軟件進行啟動、基本設置后,即可在一段時間后獲取到(電子版或打印出來的)檢測報告。

2) 批量檢測。在一次檢測過程中可同時對多臺電能質量監測裝置進行同步檢測。

3) 檢測過程控制。在檢測過程中,檢測人員可以隨時暫停/繼續、終止檢測,并可對不合格項目重新檢測,可以隨時查看檢測數據和檢測進度。

實際上,除了上述顯式功能需求之外,檢測平臺的設計還需要滿足眾多的隱性需求。全自動檢測平臺的主要功能需求匯總如表2所示。

表2 全自動檢測平臺主要功能需求匯總

2.3 人機交互界面設計

全自動檢測平臺是為了提高工作效率而設計的一款專業化軟件,因此其界面應盡可能清晰、簡潔,操作人員無需培訓,即可使用該軟件開展工作。

基于該設計思想,全自動檢測平臺設計采用基于SDI的向導式界面原型,平臺的操作只有3個步驟:設置基本參數、設置檢測方案、執行檢測。

3 結 語

基于降低電能質量監測裝置入網檢測人工成本、提高入網檢測工作效率的需要,本文提出了一種新的全自動批量檢測平臺。該檢測平臺采用閉環控制原理,基于電能質量標準源的開放接口實現標準源自動控制,基于UAPI技術實現不同型號電能質量監測裝置接入,基于模板和錨點技術實現檢測報告的自動生成,最終實現了電能質量監測裝置入網檢測的全自動化,不僅可提高入網檢測工作效率,還具有較高的兼容性,可兼容不同地區、不同檢測內容、不同格式檢測報告的需要。

[1] GB/T 19862-2005 電能質量監測設備通用要求[S]. 北京:中國電力出版社, 2005.

[2] 李鵬,李培,王昕,等. 基于CAC的變電站統一通信平臺在電能質量監測系統中的應用研究[J]. 電氣應用,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，研究方向為電能質量及電力系統控制技術。

TP202

A

2095-6843(2016)01-0015-03