CN106067142A

CN106067142A - 一种电能质量数据表示方法

Info

Publication number: CN106067142A
Application number: CN201610439716.0A
Authority: CN
Inventors: 王同勋; 周胜军
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Global Energy Interconnection Research Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2036-06-17
Also published as: CN106067142B

Abstract

本发明涉及一种电能质量数据表示方法，与电能质量监测系统建立互联，采集电能质量数据；将电能质量数据以四元组格式进行编码，获取具有统一格式规范的目标电能质量数据并上传至总站；读取目标电能质量数据，快速识别电能质量监测系统信息；用以满足实时分析和事后分析的需求。为电能质量的治理提供科学的决策依据，能够提高电网的安全性以及可靠性。该方法的使用能够满足大粒度稳态数据直到高精度采样值的一致的时间表示方法解决时间基准不一致问题。

Description

一种电能质量数据表示方法

技术领域

本发明属于电力工程领域，具体涉及一种电能质量数据表示方法。

背景技术

随着电能质量监测系统发展，监测点规模不断扩大，监测数据应用需求不断变化，原有的、用于计算机存储和数据交换的电能质量数据格式如PQDIF、COMTRADE等在以下方面已无法满足业务需求：

1)量测过程无法完整、一致的表达，很多电能质量指标是通过多次计算得到，在计算过程中存在多种选择，例如硬件采样方法、累积计算方法均存在多种选择。在已有数据格式中，这些用于描述测量过程的元数据或者无法在数据中直接表示，或者分散在量测实现硬件和分析软件的多个位置，这就给分析工作以及系统间的数据交换带来了额外的障碍，甚至可能误导分析人员。

2)在实践中，量测数据的组织在语义层面和语法层面相互渗透，为集成工作带来了不必要的障碍，例如PQDIF文件对通道和实例的组织方式均由厂商自行定义，为识别不同厂商的数据文件中，数据集成需要对数据的组织方式解析做出大量额外工作。

3)传统的电能质量数据格式的假定为事后分析，因此，使用数据文件来保存数据即可满足事后分析的要求。但随着业务要求的提高，一些半实时或实时应用也在慢慢出现，例如实时预测等。受制于数据文件载体网络传输的特点，实时数据传输的需求较难得到满足。

4)时间格式不一致。目前各种电能质量数据格式均未对时间格式进行严格定义，由此导致横向分析多个监测点的数据时需人为调整数据甚至无法确定时间基准。

因此，为满足电能质量监测系统互联时的数据集成、数据分析和业务应用需求，有必要改进现有的电能质量数据表示方法。

发明内容

本发明提供一种电能质量数据表示方法，适用于海量电能质量数据的分析与管理；对电能质量数据的类型、结构和布局等格式信息进行统一描述，增强数据间的兼容性，解决了数据格式的描述问题，由此提高数据对变化的响应速度，以及工作人员读取效率。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种电能质量数据表示方法，所述方法包括：与电能质量监测系统建立互联，采集电能质量数据；将电能质量数据以四元组格式进行编码，获取具有统一格式规范的目标电能质量数据并上传至总站；读取目标电能质量数据，快速识别电能质量监测系统信息。

优选的，所述电能质量监测系统，包括依次连接的终端监测模块、通信服务模块和数据库管理模块；其中，

所述终端监测模块，用于利用电能质量监测仪，完成数据测量；

所述数据库管理模块，用于存储电能质量监测系统中各项电能质量监测仪上传的电能质量数据。

进一步地，所述通信服务模块，包括监测仪通信单元、通信服务器和通信单元；其中，

所述监测仪通信单元，用于接收通信服务器指令、解析指令、查找打包所需数据并通过通信模块上传到通信服务器；

所述通信服务器，用于通过以太网接口和USB接口通信方式与电能质量监测仪进行的数据交互。

进一步地，所述数据库管理模块分别与在线监测模块、电能质量分析模块和设置管理模块相互连接；其中，

所述在线监测模块，用于监测电能质量数据的实时刷新纪录，按照国家标准要求每3秒钟刷新一次实时数据；

所述电能质量分析模块，用于电能质量数据进行数值表、曲线分析以及报表打印处理；

所述设置管理模块，用于对系统的各参数以及电能质量监测仪的各参数进行设置和管理。

优选的，所述获取具有统一格式规范的目标电能质量数据包括：确定四元组中的四个类别元素，包括监测点、量测指标、量测发生时间和量测值；

根据四元组的类别分别对所有电能质量数据进行编码，完成目标电能质量数据获取。

进一步地，针对所述监测点进行编码具体包括：选择监测点使用ASCII字符中的0-9、a-z或者A-Z符号进行编码，其约束条件为：字符开头为非数字，且长度小于128字符。

进一步地，针对所述量测指标进行编码具体包括：

首先，定义量测指标为复合结构，由多个固定长度的基础编码段顺次拼合而成，其包括：量测分组、量测名、对应频率、相别、量测值类型、精度与单位和SOE编码；其中，所述量测值类型，包括累积标识、采样率、基础值类型、剔除标志和累积计算标识；

其次，以4位16进制字符为各个基础编码段进行编码，每个基础编码段中的元素仅对应一个基础编码类别。

进一步地，针对所述量测发生时间进行编码具体包括：当多粒度稳态数据和高采样率波形数据的时间一致时，将量测发生时间表示为带有可选小数位的UTC秒值；除瞬时值外，其他种类的值均以累积计算周期的结束时刻作为标识。

进一步地，针对所述量测值进行编码具体包括：，将量测值直接表示为字面量，并确定量测值运行环境中的类型，包括int、float、double和boolean。

优选的，所述电能质量监测系统信息，包括监测点名称、位置节点、时间节点和监测路径。

与最近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

本专利设计采用语义与语法分离的方式表示电能质量数据，使用统一的数据名序列用以表示完整的量测过程。使用数据点作为数据表示单元，将数据的组织和传输留给应用层网络协议和存储机制决定，网络上可采用不同的应用层协议传输，用以满足实时分析和事后分析的需求。使用能够满足大粒度稳态数据上升到高精度采样值一致的时间表示方法，解决时间基准不一致问题。

附图说明

图1是本发明提供的电能质量数据表示方法流程图；

图2是本发明提供的采集电能质量数据结构示意图；

图3是本发明提供的量测指标编码结构示意图；

图4是本发明提供的电能质量数据编码示例图；

图5是本发明提供的值类型编码过程示例图；

图6是本发明提供的量测指标编码过程示例图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的，如图1所示，一种电能质量数据表示方法包括：与电能质量监测系统建立互联，采集电能质量数据；将电能质量数据以四元组格式进行编码，获取具有统一格式规范的目标电能质量数据并上传至总站；读取目标电能质量数据，系统自动且快速识别电能质量监测系统信息；包括监测点名称、位置节点、时间节点和监测路径。

如图2所示，所述电能质量监测系统，包括依次连接的终端监测模块、通信服务模块和数据库管理模块；其中，

通信服务模块，包括监测仪通信单元、通信服务器和通信单元；其中，

监测仪通信单元，用于接收通信服务器指令、解析指令、查找打包所需数据并通过通信模块上传到通信服务器；

通信服务器，用于通过以太网接口和USB接口通信方式与电能质量监测仪进行的数据交互。

数据库管理模块分别与在线监测模块、电能质量分析模块和设置管理模块相互连接；其中，

在线监测模块，用于监测电能质量数据的实时刷新纪录，按照国家标准要求每3秒钟刷新一次实时数据；

电能质量分析模块，用于电能质量数据进行数值表、曲线分析以及报表打印处理；

设置管理模块，用于对系统的各参数以及电能质量监测仪的各参数进行设置和管理。

如图3所示，获取具有统一格式规范的目标电能质量数据包括：确定四元组中的四个类别元素，包括监测点、量测指标、量测发生时间和量测值；

如图4所示，根据四元组的类别分别对所有电能质量数据进行编码，完成目标电能质量数据获取。

针对所述监测点进行编码具体包括：选择监测点，使用ASCII字符中的0-9、a-z或者A-Z符号进行编码，其约束条件为：字符开头为非数字，且长度小于128字符。

针对所述量测指标进行编码具体包括：

下面，以4位16进制字符为例，给出各个基础编码段的编码示例。特别地，每个基础编码段中的元素所对应的编码，在该基础编码类别中是唯一的。图6提供量测指标编码过程的一个示例。

3.1测量分组编码示例，如表1所示。

表1测量分组编码示例

分类	编码	含义
			基本量测	1000	频率量测
	1001	电压量测
				1002	电流量测
	1003	功率量测
			谐波量测	2100	电压畸变率量测
	2101	电压基波量测
				2102	谐波电压量测
	2103	间谐波电压量测
				2104	高频谐波电压量测
	2201	基波电流量测
				2202	谐波电流量测
	2203	间谐波电流量测
				2204	高频谐波电流量测
	2301	基波功率量测
				2302	谐波功率量测
序分量量测	3101	电压序分量量测
				3102	电压不平衡量测
	3201	电流序分量量测
				3202	电流不平衡量测
波动和闪变量测	4001	电压波动量测
				4002	闪变量测
暂态特征值量测	5101	电压暂降量测
				5102	电压暂升量测
	5103	短时中断量测
			波形	6000	波形记录

3.2量测名编码示例，如表2所示。

表2量测名编码示例

3.3对应频率编码示例，如表3所示。

表3量测名编码示例

3.4相别编码示例，如表4所示。

表4相别编码示例

分类	编码	含义
			0000	未知
	1001	A相
			1002	B相
	1003	C相
			1012	AB线
	1023	BC线
			1031	CA线
	2000	N
			2001	G
	3000	NONE

3.5值类型编码示例：

如图5所示，提供一种值类型编码过程示例。

3.5.1累积标识编码示例，如表5所示。

表5累积标识编码示例

分类	编码	含义
			瞬时值	A000	瞬时值
基础值	1000	基础值
			累积统计值	2000	累积数据，累积方法未知
	2001	累积统计1次
				2002	累积统计2次
	……	……
				200A	累积统计10次
	……	……
				200F	累积15次
	2010	累积16次
				……	……
	2FFF	累积4096次

3.5.2采样率编码示例，如表6所示。

表6采样率编码示例

分类	编码	含义
			0000	未知
同步采样	1001	128sample/cycle
			1002	200sample/cycle
	1003	256sample/cycle
			1004	512sample/cycle
	1005	1024sample/cycle
			1006	2048sample/cycle
	1007	4096sample/cycle
			……	……(倍数递增)
异步采样	2001	6400sample/s
			2002	10000sample/s
	2003	10240sample/s
			2004	12800sample/s
	2005	25600sample/s
			2006	51200sample/s
	2007	102400sample/s
			2008	204800sample/s
	3001	100K sample/s
			3002	200K sample/s(100K sample/s递增)
	……	……
			3009	900K sample/s
	4001	1M sample/s
			4002	2M sample/s
	……	……
			4005	5M sample/s
	……	……(1M sample/s递增)
			400A	10M sample/s
	……	……
			4015	20M sample/s
	……	……

3.5.3基础值类型编码示例，如表7所示。

表7基础值类型编码示例

3.5.4剔除标志编码示例，如表8和表9所示。

剔除标志由“剔除标识”和“未剔除事件”两部分拼合而成。第一部分“剔除标识”表明在累积统计过程是否包含了事件发生时的测量值，第二部分“未剔除的事件类型”表明在该统计周期内发生的事件类型和特征。

表8剔除标志编码

分类	编码	含义
			00	未知
剔除标识	01	包含事件发生时的测量值
			02	已剔除事件发生时的测量值

表9未剔除的事件类型编码示例：

分类	编码	含义
				00	未知
	01	统计周期内无事件
			电压事件标识	10	电压暂降
	11	电压暂升
				12	短时中断
多个事件	FF	统计周期内存在多个事件

3.5.5累积计算标识编码，如表10至11所示。

累积计算标识由“累积算法”和“累积周期”两部分拼合而成。“累积算法”按照无间隙聚会和有间隙累积分类，包括算数平均、几何平均、取最大值、取最小值、95％概率值、99％概率值等算法。“累积周期”考虑电能质量数据统计时间长度的特性，包括秒级、分钟级、小时级、天、周、月、年等累积周期。

表10累积算法编码示例

表11累积周期编码示例

分类	编码	含义
			秒级累积	10	1s
	11	3s
			分钟级累积	20	1min
	21	3min
				22	5min
	23	10min
			小时级累积	30	2h
天累积	40	1d
				41	10d
周累积	50	1w
			月集合	60	0.5m
	61	1m
				63	3m
年累积	70	1y

3.6精度与单位编码示例，如表12至13所示.

精度与单位标识由“精度”和“单位”两部分拼合而成。“精度”按照有效数字位数编码，“单位”分别对赫兹、安培/千安、伏特/千伏、瓦特/千瓦/兆瓦、乏、秒、分、时等物理量编码。

表12精度编码示例

分类	编码	含义
			00	未知
	11	1位有效数字(仅用于boolean值)
			14	4位有效数字
	15	5位有效数字
			16	6位
	……	……
			1A	10位有效数字
	EE	字符串字面量

表13单位编码示例

3.7SOE编码示例

按照下表13中的SOE(Sequence of Event)事件索引号在前补0，例如：在固定长度为四位的基础编码方式下，索引号为1，则编码为0001。

表13SOE编码示例

4.量测发生时刻表示方法：针对所述量测发生时间进行编码具体包括：当多粒度稳态数据和高采样率波形数据的时间一致时，将量测发生时间表示为带有可选小数位的UTC秒值；除瞬时值外，其他种类的值均以累积计算周期的结束时刻作为标识。

(1)所有时间均表示为自1970-01-01 00:00:00起的带有可选小数位的UTC秒值。

(2)当带有小数位时，例如1438358400.324，表示测量时刻发生在1438358400.324秒，即1438358400时刻324ms之后。

(3)除瞬时值外，其他种类的值均以该累积统计周期的结束时刻标识，例如2015年8月的某指标全月统计值的量测时刻表示为1438358400(即2015-08-01 00:00:00)。

5.量测值表示方法：针对所述量测值进行编码具体包括：，将量测值直接表示为字面量，并确定量测值运行环境中的类型，包括int、float、double和boolean。

(1)量测值直接表示为字面量，在运行环境中可能为int、float、double、boolean。

(2)SOE的量测值码均为1(boolean型)。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

1.一种电能质量数据表示方法，其特征在于，所述方法包括：与电能质量监测系统建立互联，采集电能质量数据；将电能质量数据以四元组格式进行编码，获取具有统一格式规范的目标电能质量数据并上传至总站；读取目标电能质量数据，快速识别电能质量监测系统信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电能质量监测系统，包括依次连接的终端监测模块、通信服务模块和数据库管理模块；其中，

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通信服务模块，包括监测仪通信单元、通信服务器和通信单元；其中，

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述数据库管理模块分别与在线监测模块、电能质量分析模块和设置管理模块相互连接；其中，

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取具有统一格式规范的目标电能质量数据包括：确定四元组中的四个类别元素，包括监测点、量测指标、量测发生时间和量测值；

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述监测点进行编码具体包括：选择监测点使用ASCII字符中的0-9、a-z或者A-Z符号进行编码，其约束条件为：字符开头为非数字，且长度小于128字符。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述量测指标进行编码具体包括：

8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述量测发生时间进行编码具体包括：当多粒度稳态数据和高采样率波形数据的时间一致时，将量测发生时间表示为带有可选小数位的UTC秒值；除瞬时值外，其他种类的值均以累积计算周期的结束时刻作为标识。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，针对所述量测值进行编码具体包括：，将量测值直接表示为字面量，并确定量测值运行环境中的类型，包括int、float、double和boolean。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电能质量监测系统信息，包括监测点名称、位置节点、时间节点和监测路径。