電能質(zhì)量監(jiān)測裝置自動批量檢測平臺的研究與設(shè)計

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)測裝置自動批量檢測平臺的研究與設(shè)計

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)

針對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測主要采用手動模式,存在工作量大、工作效率低、數(shù)據(jù)誤差等問題，分析了電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測業(yè)務(wù)流程,提出一種支持標準源自動控制、多型號電能質(zhì)量監(jiān)測裝置接入、自動生成檢測報告等功能的電能質(zhì)量監(jiān)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(wǎng)檢測工作效率。

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置;入網(wǎng)檢測;準確度;檢測平臺

隨著電能質(zhì)量監(jiān)測裝置在電網(wǎng)以及電力用戶側(cè)的安裝應(yīng)用越來越普遍,市場上不同廠家、不同型號的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置越來越多。為保障電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的功能、性能、質(zhì)量等滿足標準要求,各級電網(wǎng)管理部門逐步建立電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的入網(wǎng)檢測制度,主要對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置在安裝前進行準確度、通訊規(guī)約等的檢測。由于技術(shù)發(fā)展的限制,目前電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的入網(wǎng)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(shù)據(jù)、編制檢測報告等流程,存在人工工作量大、效率低、數(shù)據(jù)容易失誤等問題,急需解決。因此,本文基于對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測的工作環(huán)境、業(yè)務(wù)流程等的詳細分析,提出一種針對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的全自動化、批量檢測的技術(shù)方案,并基于該技術(shù)方案設(shè)計出一種電能質(zhì)量監(jiān)測裝置全自動批量檢測平臺,極大程度上減少了電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測流程中的人工工作量,提高了工作效率。

1 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置自動批量檢測技術(shù)研究

1.1 入網(wǎng)檢測業(yè)務(wù)流程

電能質(zhì)量監(jiān)測裝置自動檢測技術(shù)的目的是實現(xiàn)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測業(yè)務(wù)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(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測工作,主要包括以下業(yè)務(wù)流程:

1) 接線準備工作。將電能質(zhì)量標準源、電能質(zhì)量監(jiān)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(shù)輸出電能質(zhì)量信號。

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

4) 計算電能質(zhì)量監(jiān)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(jié)束后,由人工編制檢測報告。

對以上業(yè)務(wù)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(xiàn)自動控制標準源輸出、自動記錄測量結(jié)果、自動計算準確度、自動生成檢測報告。

1.2 入網(wǎng)檢測內(nèi)容

目前,各地對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的入網(wǎng)檢測主要集中在兩個方面:準確度檢測和通信規(guī)約測試。

準確度檢測主要依據(jù)《GB/T 19862 電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》[1]測試電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的準確度指標是否合格。具體檢測內(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)量指標的準確度,部分地區(qū)還對電壓暫升、暫降、中斷等暫態(tài)電能質(zhì)量指標以及電流、功率等常規(guī)電氣量的準確度要求檢測。

通信規(guī)約測試主要測試電能質(zhì)量監(jiān)測裝置通信規(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。由于《GB/T 19862 電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》中對于電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的通信規(guī)約沒有統(tǒng)一規(guī)范,目前各省對電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的通信規(guī)約的要求都有一定差異。

1.3 標準源及其自動控制

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

目前電力系統(tǒng)各級檢測機構(gòu)主要使用Fluke 6100 A系列功率源作為電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的標準源。Fluke 6100A功率源具備與外部系統(tǒng)通信的接口和能力,其通信接口是標準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(tǒng)調(diào)用實現(xiàn)對其的遠程控制,其中包括各類主要電能質(zhì)量指標的控制接口,可控制Fluke 6100A標準源輸出各種電能質(zhì)量指標,如表1所示。

表1 Fluke 6100 A標準源電能質(zhì)量指標控制接口

1.4 多型號電能質(zhì)量監(jiān)測裝置接入

為自動記錄電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的測量結(jié)果,自動檢測平臺必須能與不同型號電能質(zhì)量監(jiān)測裝置實時通信。按照《GB/T 19862-2005 電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備通用要求》,電能質(zhì)量監(jiān)測裝置應(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)測裝置均要具備接入自動檢測平臺的條件?？紤]到目前市場上不同廠家電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的通信規(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],針對不同電能質(zhì)量監(jiān)測裝置開發(fā)不同通信驅(qū)動程序,以實現(xiàn)多型號電能質(zhì)量監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)記錄。

1.5 自動編制檢測報告

檢測報告的編制是電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)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(shù)據(jù)匯總到格式固定的檢測報告中,非常繁瑣。

調(diào)研表明,在某一個地區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測報告往往是格式固定的,但不同地區(qū)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(qū)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(qū)檢測報告的差異主要體現(xiàn)在章節(jié)順序、文字描述內(nèi)容、表格格式等方面,實際上表格內(nèi)部數(shù)據(jù)(即電能質(zhì)量指標及其限值、測量結(jié)果等具體數(shù)據(jù))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(shù)來支持不同格式檢測報告的自動生成。其中,模板技術(shù)主要滿足不同地區(qū)的檢測報告格式差異化需求,而錨點技術(shù)主要實現(xiàn)檢測報告內(nèi)容的自動填充。

2 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置自動批量檢測平臺設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計

全自動檢測平臺的主要組成部分是電能質(zhì)量標準源、受檢電能質(zhì)量監(jiān)測裝置以及上位機檢測軟件等三部分。為實現(xiàn)全自動檢測過程,這三個組成部分應(yīng)采用閉環(huán)控制。經(jīng)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(shù)據(jù)采集模塊、標準源控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、人機交互模塊等組成。數(shù)據(jù)采集模塊用于實現(xiàn)從電能質(zhì)量監(jiān)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(shù)據(jù)處理模塊用于計算測量誤差,評估檢測結(jié)果是否合格。人機交互模塊主要實現(xiàn)通信參數(shù)設(shè)置、檢測項目設(shè)置、檢測方案執(zhí)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(wǎng)構(gòu)成閉環(huán)物理結(jié)構(gòu)。根據(jù)預(yù)設(shè)的檢測方案,上位機檢測軟件調(diào)用標準源控制模塊控制電能質(zhì)量標準源自動輸出電能質(zhì)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(jié)束后,系統(tǒng)利用VBA技術(shù)自動將檢測數(shù)據(jù)和結(jié)果輸出到檢測報告。在檢測系統(tǒng)外部環(huán)境穩(wěn)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(shè)計

本文研制的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置自動批量檢測平臺主要為了滿足電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測的需要,經(jīng)調(diào)研和業(yè)務(wù)流程分析,該平臺應(yīng)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(shè)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(shè)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(zhì)量監(jiān)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(xù)、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(shù)據(jù)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(shè)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?cè)绫?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(shè)計

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

基于該設(shè)計思想,全自動檢測平臺設(shè)計采用基于SDI的向?qū)浇缑嬖?平臺的操作只有3個步驟:設(shè)置基本參數(shù)、設(shè)置檢測方案、執(zhí)行檢測。

3 結(jié) 語

基于降低電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測人工成本、提高入網(wǎng)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(huán)控制原理,基于電能質(zhì)量標準源的開放接口實現(xiàn)標準源自動控制,基于UAPI技術(shù)實現(xiàn)不同型號電能質(zhì)量監(jiān)測裝置接入,基于模板和錨點技術(shù)實現(xiàn)檢測報告的自動生成,最終實現(xiàn)了電能質(zhì)量監(jiān)測裝置入網(wǎng)檢測的全自動化,不僅可提高入網(wǎng)檢測工作效率,還具有較高的兼容性,可兼容不同地區(qū)、不同檢測內(nèi)容、不同格式檢測報告的需要。

[1] GB/T 19862-2005 電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)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(tǒng)一通信平臺在電能質(zhì)量監(jiān)測系統(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，研究方向為電能質(zhì)量及電力系統(tǒng)控制技術(shù)。

TP202

A

2095-6843(2016)01-0015-03