电能质量监测装置自动批量检测平台的研究与设计

何 宇,李春丽,王 昕

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030; 2.国网黑龙江省电力有限公司 牡丹江供电公司,黑龙江 牡丹江 157000; 3.深圳市中电电力技术股份有限公司,广东 深圳 518040)



电能质量监测装置自动批量检测平台的研究与设计

何 宇1,李春丽2,王 昕3

(1.黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030; 2.国网黑龙江省电力有限公司 牡丹江供电公司,黑龙江 牡丹江 157000; 3.深圳市中电电力技术股份有限公司,广东 深圳 518040)

针对电能质量监测装置入网检测主要采用手动模式,存在工作量大、工作效率低、数据误差等问题，分析了电能质量监测装置入网检测业务流程,提出一种支持标准源自动控制、多型号电能质量监测装置接入、自动生成检测报告等功能的电能质量监测装置自动批量检测平台,将手动检测提升为全自动检测,解决了手动检测模式存在的问题,提高了入网检测工作效率。

电能质量监测装置;入网检测;准确度;检测平台

随着电能质量监测装置在电网以及电力用户侧的安装应用越来越普遍,市场上不同厂家、不同型号的电能质量监测装置越来越多。为保障电能质量监测装置的功能、性能、质量等满足标准要求,各级电网管理部门逐步建立电能质量监测装置的入网检测制度,主要对电能质量监测装置在安装前进行准确度、通讯规约等的检测。由于技术发展的限制,目前电能质量监测装置的入网检测主要采用手动检测模式,由检测人员人工完成装置接线、控制标准源输出、抄录测量数据、编制检测报告等流程,存在人工工作量大、效率低、数据容易失误等问题,急需解决。因此,本文基于对电能质量监测装置入网检测的工作环境、业务流程等的详细分析,提出一种针对电能质量监测装置的全自动化、批量检测的技术方案,并基于该技术方案设计出一种电能质量监测装置全自动批量检测平台,极大程度上减少了电能质量监测装置入网检测流程中的人工工作量,提高了工作效率。

1 电能质量监测装置自动批量检测技术研究

1.1 入网检测业务流程

电能质量监测装置自动检测技术的目的是实现电能质量监测装置入网检测业务流程的自动化,从而提高工作效率。首先分析目前手动电能质量监测装置入网检测工作,主要包括以下业务流程:

1) 接线准备工作。将电能质量标准源、电能质量监测装置(可能有多台)用信号线连接,同时接好各自的电源线。

2) 控制标准源输出。手动控制标准源按指定参数输出电能质量信号。

3) 记录电能质量监测装置的测量结果。数据记录有人工抄录,也有借用电能质量监测装置配套软件来记录,通常只记录一组测量结果。

4) 计算电能质量监测装置的准确度。通常利用EXCEL的计算功能来计算准确度。

5) 编制检测报告。所有检测结束后,由人工编制检测报告。

对以上业务流程进行分析,其中除接线准备工作无法自动完成以外,其余流程均可不必由人工完成,即自动检测平台可实现自动控制标准源输出、自动记录测量结果、自动计算准确度、自动生成检测报告。

1.2 入网检测内容

目前,各地对电能质量监测装置的入网检测主要集中在两个方面:准确度检测和通信规约测试。

准确度检测主要依据《GB/T 19862 电能质量监测设备通用要求》[1]测试电能质量监测装置的准确度指标是否合格。具体检测内容包括电压、频率、不平衡度、谐波、闪变等稳态电能质量指标的准确度,部分地区还对电压暂升、暂降、中断等暂态电能质量指标以及电流、功率等常规电气量的准确度要求检测。

通信规约测试主要测试电能质量监测装置通信规约或数据格式是否满足本地区通信规范和装置是否能接入本地区电能质量管理平台。由于《GB/T 19862 电能质量监测设备通用要求》中对于电能质量监测装置的通信规约没有统一规范,目前各省对电能质量监测装置的通信规约的要求都有一定差异。

1.3 标准源及其自动控制

电能质量标准源用于向电能质量监测装置提供模拟的标准信号,供电能质量监测装置进行测量并计算生成各种电能质量指标。电能质量监测装置全自动检测要求实现自动控制标准源输出指定参数的电能质量信号。

目前电力系统各级检测机构主要使用Fluke 6100 A系列功率源作为电能质量监测装置的标准源。Fluke 6100A功率源具备与外部系统通信的接口和能力,其通信接口是标准GPIB(General-Purpose Interface Bus,通用接口总线)接口及控制卡,通信协议采用标准IEEE-488并行总线接口标准。Fluke 6100A同时开放了一个接口列表,可供外部系统调用实现对其的远程控制,其中包括各类主要电能质量指标的控制接口,可控制Fluke 6100A标准源输出各种电能质量指标,如表1所示。

表1 Fluke 6100 A标准源电能质量指标控制接口

1.4 多型号电能质量监测装置接入

为自动记录电能质量监测装置的测量结果,自动检测平台必须能与不同型号电能质量监测装置实时通信。按照《GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求》,电能质量监测装置应具备通信功能以及以太网、RS-485等通信口,因此合格的电能质量监测装置均要具备接入自动检测平台的条件。考虑到目前市场上不同厂家电能质量监测装置的通信规约和数据格式不一致,可采用基于UAPI(Uniform Application Program Interface,统一应用程序接口)技术[2],针对不同电能质量监测装置开发不同通信驱动程序,以实现多型号电能质量监测装置的数据记录。

1.5 自动编制检测报告

检测报告的编制是电能质量监测装置入网检测中工作量非常大的一个步骤,检测人员需要手动将记录在不同地方的数据汇总到格式固定的检测报告中,非常繁琐。

调研表明,在某一个地区电能质量监测装置入网检测报告往往是格式固定的,但不同地区检测报告格式差异较大。因此自动检测平台如果要兼容不同地区的检测报告需求,则不能将检测报告格式固定在程序中,而需要满足能通过灵活简洁方式更改检测报告格式。不同地区检测报告的差异主要体现在章节顺序、文字描述内容、表格格式等方面,实际上表格内部数据(即电能质量指标及其限值、测量结果等具体数据)基本上是相似的。

图1 全自动批量检测平台功能框图

基于以上分析,本文提出通过成熟的WORD模板和锚点技术来支持不同格式检测报告的自动生成。其中,模板技术主要满足不同地区的检测报告格式差异化需求,而锚点技术主要实现检测报告内容的自动填充。

2 电能质量监测装置自动批量检测平台设计

2.1 总体架构设计

全自动检测平台的主要组成部分是电能质量标准源、受检电能质量监测装置以及上位机检测软件等三部分。为实现全自动检测过程,这三个组成部分应采用闭环控制。经研究,确定了全自动检测平台最终功能原理,如图1所示。

上位机检测软件主要由数据采集模块、标准源控制模块、数据处理模块、人机交互模块等组成。数据采集模块用于实现从电能质量监测装置读取测量值。标准源控制模块用于自动控制标准源输出指定信号。数据处理模块用于计算测量误差,评估检测结果是否合格。人机交互模块主要实现通信参数设置、检测项目设置、检测方案执行、检测报告编辑输出等功能,是全自动检测平台的核心模块和人机界面。

全自动检测平台各主要部件通过以太网构成闭环物理结构。根据预设的检测方案,上位机检测软件调用标准源控制模块控制电能质量标准源自动输出电能质量指标信号(标准值),被检测装置进行测量(测量值),上位机检测软件将测量值采集回来后存入本地缓存,并与标准值比较自动计算误差和测量不确定度。检测过程结束后,系统利用VBA技术自动将检测数据和结果输出到检测报告。在检测系统外部环境稳定的情况下,整个检测过程可自动完成,无需人工参与。

2.2 需求分析与功能设计

本文研制的电能质量监测装置自动批量检测平台主要为了满足电能质量监测装置入网检测的需要,经调研和业务流程分析,该平台应满足以下主要显式功能需求:

1) 全自动检测。全自动检测,是指在检测过程中无需人为参与。检测人员只需要对受检设备、标准源进行接线、上电操作,对专用检测软件进行启动、基本设置后,即可在一段时间后获取到(电子版或打印出来的)检测报告。

2) 批量检测。在一次检测过程中可同时对多台电能质量监测装置进行同步检测。

3) 检测过程控制。在检测过程中,检测人员可以随时暂停/继续、终止检测,并可对不合格项目重新检测,可以随时查看检测数据和检测进度。

实际上,除了上述显式功能需求之外,检测平台的设计还需要满足众多的隐性需求。全自动检测平台的主要功能需求汇总如表2所示。

表2 全自动检测平台主要功能需求汇总

2.3 人机交互界面设计

全自动检测平台是为了提高工作效率而设计的一款专业化软件,因此其界面应尽可能清晰、简洁,操作人员无需培训,即可使用该软件开展工作。

基于该设计思想,全自动检测平台设计采用基于SDI的向导式界面原型,平台的操作只有3个步骤:设置基本参数、设置检测方案、执行检测。

3 结 语

基于降低电能质量监测装置入网检测人工成本、提高入网检测工作效率的需要,本文提出了一种新的全自动批量检测平台。该检测平台采用闭环控制原理,基于电能质量标准源的开放接口实现标准源自动控制,基于UAPI技术实现不同型号电能质量监测装置接入,基于模板和锚点技术实现检测报告的自动生成,最终实现了电能质量监测装置入网检测的全自动化,不仅可提高入网检测工作效率,还具有较高的兼容性,可兼容不同地区、不同检测内容、不同格式检测报告的需要。

[1] GB/T 19862-2005 电能质量监测设备通用要求[S]. 北京:中国电力出版社, 2005.

[2] 李鹏,李培,王昕,等. 基于CAC的变电站统一通信平台在电能质量监测系统中的应用研究[J]. 电气应用,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.

(责任编辑 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，工程师，研究方向为电能质量及电力系统控制技术。

TP202

A

2095-6843(2016)01-0015-03