電能質(zhì)量監(jiān)測終端自動測試系統(tǒng)的技術(shù)和應(yīng)用
國網(wǎng)哈密供電公司、北京博電新力電氣股份有限公司的研究人員張耀、齊曉輝,在2018年第3期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出,電力系統(tǒng)中敏感負(fù)荷的增多會使供電電能波形偏離對稱正弦,由此便產(chǎn)生了嚴(yán)重的電能質(zhì)量問題。
本文針對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量問題,采取了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源配合自動測試軟件組成電能質(zhì)量監(jiān)測終端自動測試系統(tǒng)的技術(shù),對電能質(zhì)量監(jiān)測終端的各項電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行全閉環(huán)自動測試,試驗結(jié)果表明該系統(tǒng)完全滿足電能質(zhì)量監(jiān)測終端檢測標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的檢測要求,又提高了檢測效率,解決了由于送檢帶來的各種實際問題。
隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模的不斷增大和敏感性負(fù)荷的增多,電能質(zhì)量問題的重要性問題已經(jīng)日漸凸顯。對于各項電能質(zhì)量參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)測將有助于整個電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運行。
電能質(zhì)量參數(shù)已經(jīng)成為各級電力部門重要的考核標(biāo)準(zhǔn),相關(guān)部門出臺了相關(guān)的檢測規(guī)范,最新的檢測規(guī)范為2017年出臺的QGDW-1650.3-2017電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第4部分:電能質(zhì)量監(jiān)測終端檢驗。
標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)規(guī)定了電能質(zhì)量問題的檢測要求。電能質(zhì)量檢測終端的存在就有了對電能質(zhì)量參數(shù)的監(jiān)測手段,其安全可靠的運行更有助于提高對整個電力系統(tǒng)電能質(zhì)量參數(shù)的監(jiān)測水平,故電能質(zhì)量監(jiān)測終端的可靠性問題就成為了電能質(zhì)量參數(shù)的重要問題。
并且,現(xiàn)場實際運行的電能質(zhì)量監(jiān)測終端數(shù)量龐大,種類繁多。所以人工化的單臺手動檢測已經(jīng)滿足不了目前的工作需要,市場中迫切需要一種電能質(zhì)量監(jiān)測終端的批量化、自動測試手段來解決當(dāng)前存在的問題。故電能質(zhì)量監(jiān)測終端自動測試系統(tǒng)在此背景下被研發(fā)出來,并投入市場應(yīng)用。
1系統(tǒng)組成及實現(xiàn)原理
1.1系統(tǒng)的組成
該系統(tǒng)主要有上位機應(yīng)用、電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源、被檢電能質(zhì)量監(jiān)測終端、組合式屏柜組成,各組成部分功能如下:
上位機應(yīng)用:安裝有上位機自動測試軟件,可控制標(biāo)準(zhǔn)源的輸出并能通過網(wǎng)絡(luò)實時獲取多套電能質(zhì)量監(jiān)測終端的通訊數(shù)據(jù),完成批量化、自動測試。
電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源:該標(biāo)準(zhǔn)源能模擬輸出各種復(fù)雜的電能質(zhì)量波形,模擬運行中的電能質(zhì)量監(jiān)測終端的實際數(shù)據(jù)情況,包括發(fā)電、變電、輸電和配電等部分,并對其進(jìn)行分析,輸出精度高、帶載能力強,支持對時功能,能同時完成64通道的電能質(zhì)量監(jiān)測終端的測試。
被檢電能質(zhì)量監(jiān)測終端:具備電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測裝置。
組合式屏柜:電能質(zhì)量監(jiān)測終端的批量化檢測的基礎(chǔ),支持多套電能質(zhì)量監(jiān)測終端的接線,內(nèi)置通訊管理、交流電源、裝置投切功能。
1.2 檢測系統(tǒng)的運行原理
檢測系統(tǒng)的運行流程如下:所有設(shè)備在通訊管理下組成局域網(wǎng),裝有自動測試軟件的上位機在測試模板下,按照具體測試項項目發(fā)送相應(yīng)控制字控制電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源按照既定進(jìn)行輸出,電壓在所接多套被測裝置上并聯(lián)連接,電流在所接多套裝置上串聯(lián)連接,上位機軟件通過局域網(wǎng)實時獲取多套電能質(zhì)量監(jiān)測終端輸出的通訊數(shù)據(jù)并逐個解析,放在數(shù)據(jù)庫中等待程序調(diào)用。
試驗完成后可導(dǎo)出針對任何單臺裝置的規(guī)定測試報告。
自動測試系統(tǒng)原理圖如圖1所示:
圖1 自動測試系統(tǒng)原理圖
2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源的實現(xiàn)
電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源主要有控制模塊、隨機存儲器RAM、模數(shù)轉(zhuǎn)化部分DA、功率放大器PA等幾部分組成,如圖2所示
圖2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源實現(xiàn)原理
2.1控制模塊
控制模塊采用高速數(shù)字信號處理器ARM+FPGA的控制形式【9】,ARM采用專門定制的Linux操作系統(tǒng),隨機存儲器RAM負(fù)責(zé)跟ARM和FPGA實時通信。信號處理速度快,效率高,可靠性好。
2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的原理實現(xiàn)
數(shù)模轉(zhuǎn)換部分DA采用18位DA芯片,轉(zhuǎn)換精度高、穩(wěn)定性好,其簡單原理示意圖如圖3所示:Vref為基準(zhǔn)電壓,由外圍芯片提供,根據(jù)D/A輸出Vo范圍進(jìn)行選擇,Vo的輸出范圍為±10V,故Vref選擇10V。
圖3 D/A原理實現(xiàn)示意圖
2.3 功率放大器的實現(xiàn)原理
功率放大器為線性功率放大器按照信號發(fā)生器的信號作相應(yīng)對策變化輸出。該放大器供電電源采用AC220V進(jìn)行供電,配置專用的隔離變壓器以獲取電路中需要的相應(yīng)的穩(wěn)定的直流電壓源。圖4為線性功率放大器原理示意圖。
圖4 放大器的原理實現(xiàn)示意圖
該線性功率放大器電路主要由放大器、MOS場效應(yīng)管、電源、電阻等組成,分為供電電源部分、輸入信號部分和功率放大部分。
Vin為模擬小信號輸入端,Rin為輸入電阻。模擬小信號經(jīng)過放大器的放大之后通過電阻Rf的作用和MOS場效應(yīng)管,輸出需要放大倍數(shù)的信號,完成功率放大的作用。Vout為輸出端子,得到功率增益、帶寬、失真度完全滿足要求的功率。為了達(dá)到滿足要求的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源,線性功率放大器的特性如下表所示:
表1 放大器輸出特性參數(shù)
經(jīng)過如上所述的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源的設(shè)計,電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源能夠輸出4相最大480V的電壓信號,4相最大10A的電流信號,輸出單相的帶載能力能達(dá)到50VA,能夠同時對8臺6(48通道)通道電能質(zhì)量監(jiān)測終端所有通道進(jìn)行同時測試。
3 自動測試軟件的實現(xiàn)
經(jīng)過必要的設(shè)置進(jìn)入自動測試程序后,點擊工具欄“開始測試”按鈕,系統(tǒng)將自動控制源輸出測試量、自動讀取被測裝置測量值、事件報文、自動進(jìn)行數(shù)據(jù)修約處理、自動進(jìn)行結(jié)果判斷、自動完成整個裝置的測試,自動測試軟件的自動測試流程如圖5所示:
圖5 自動測試軟件流程
3.1自動測試軟件的特點
批量測量技術(shù):支持多裝置多通道同時測試、針對每臺終端每個通道生成一份報告,并且自動為每份報告生成一個唯一的報告編號,并自動填寫到報告中。經(jīng)過多次測試實踐,測試平臺每次可同時測試30個通道,每次測試大約需要4個半小時,測試效率的提高的程度是顯而易見的。
二維碼應(yīng)用技術(shù):通過二維碼掃描方式錄入測試儀信息和被測裝置信息,并自動填入報告中(它的作用是1、人工手動填寫的一些信息全部自動化填寫,減少測試填寫報告時間,提高工作效率;2、建立終端有了二維碼的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,3、對所有的終端統(tǒng)籌管理。
外部模塊調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)化接口技術(shù):建立了外部模塊調(diào)用接口標(biāo)準(zhǔn),能夠與多類設(shè)備進(jìn)行通訊,目前平臺接入了環(huán)境監(jiān)測儀,實現(xiàn)溫濕度信息讀取并自動填入報告,軟件加密狗接入,既能獲取測試用戶信息以及測試開始時間、結(jié)束時間和總測試時間并自動填寫到報告中,還能對測試軟件進(jìn)行加密(僅能測試人員進(jìn)行操作);后續(xù)可接入數(shù)碼相機實現(xiàn)被測裝置照片的錄入。
原始數(shù)據(jù)溯源技術(shù):原始記錄保存于我院電能質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫,便于隨時調(diào)用查找,原始數(shù)據(jù)無法修改的,從而保證了測試數(shù)據(jù)的真實性,對測試報告的溯源起著關(guān)鍵性作用
平臺化的軟件架構(gòu)技術(shù):二次開發(fā)平臺實現(xiàn)裝置測試方案的開發(fā);規(guī)約平臺實現(xiàn)各種通訊規(guī)約;標(biāo)準(zhǔn)化的接口規(guī)范,能夠兼容各廠家標(biāo)準(zhǔn)源(后續(xù)可同時控制多廠家標(biāo)準(zhǔn)源同時輸出);自動測試平臺實現(xiàn)自動測試。
自動數(shù)據(jù)修約功能;測試平臺能夠自動進(jìn)行數(shù)據(jù)修約處理。并且修約的方式與數(shù)據(jù)修約標(biāo)準(zhǔn)保持一致。
3.2 自動測試軟件的檢測流程
使用檢測平臺進(jìn)行檢測,其檢測流程可以分為以下五個步驟:
第一步:設(shè)備接線、開機自檢、預(yù)檢
第二步:打開模型測試程序,讀取被檢測裝置MMS設(shè)備數(shù)據(jù)模型,檢查模型是否滿足規(guī)范
第三步:打開測試管理主界面程序,選擇裝置測試方案、通訊規(guī)約的類型;掃描被測裝置以及檢測設(shè)備的二維碼,建立測試任務(wù),點擊功能測試
第四步:在自動測試程序工具欄點擊“開始測試”按鈕;開始自動測試
第五步:系統(tǒng)自動完成整裝置的測試,自動判斷測試結(jié)果是否合格,自動形成標(biāo)準(zhǔn)格式的測試報告;自動完成的測試項目包括:準(zhǔn)確度測試、電壓事件測試、閃變測試、PQDIF文件測試等
測試過程中如果出現(xiàn)不合格項目,系統(tǒng)會議醒目的顏色顯示并播放提示音樂進(jìn)行提示。
自動測試流程如圖6所示:
圖6 自動測試流程圖
4 系統(tǒng)的應(yīng)用
電能質(zhì)量監(jiān)測終端自動測試系統(tǒng)自2015投入市場以來,以后陸續(xù)在新疆、湖北、四川、冀北等幾個電科院進(jìn)行了應(yīng)用,均實現(xiàn)了多套、多廠家電能質(zhì)量檢測終端的同時測試,并能出具針對任何一個通道的測試報告,省時省力,大大的提高了工作效率,這是傳統(tǒng)的手動測試絕對不能實現(xiàn)的。
經(jīng)過大量的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計得知,按照之前的傳統(tǒng)手動測試方法若要完成單套的全部測試項目需用時至少4個小時,而且全程需多人干預(yù),而使用這套自動測試系統(tǒng)進(jìn)行多套終端的同時測試,折合到單通道所需時間為5分鐘,極大的提高了測試效率,且為全自動測試,人工干預(yù)極少,可以解放出大量勞動力。統(tǒng)計結(jié)果如表2所示:
表2 工作效率統(tǒng)計結(jié)果
5 結(jié)論
電能質(zhì)量監(jiān)測終端自動測試系統(tǒng)是完全按照《Q/GDW1650.4-2017電能質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范第4部分

責(zé)任編輯:售電衡衡
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