CN108646209A - 一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法 - Google Patents

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金庆忍
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Abstract

本发明涉及电能质量监测装置的检定技术领域，具体涉及一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法，该系统包括上位机、交换机、被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置；被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别通过交换机与上位机连接；被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置接入同一监测点。上位机采用IEEE1588协议实现标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置的时间同步，并且可以在不改变电能质量监测装置接线的情况下，只需短时终止电能质量监测装置正常运行对电能质量在线监测装置进行现场检定，并且具备自动检定的特性，完成设定的检定项目之后可以自动输出检定报告。

Description

一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法
技术领域
本发明涉及电能质量监测装置的检定技术领域，具体涉及一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法。
背景技术
电能质量监测装置在恶劣的电磁环境中长期运行，其元器件性能失效难以避免，进而有可能影响到电能质量监测装置的整机运行质量。目前国内针对电能质量监测装置的检定方法主要是标准源法，适合在实验室内使用，而对已投运的电能质量在线监测装置的在线检定技术的研究基本处于空白状态。基于标准源法对已投运的电能质量监测装置开展检定，方法主要有两种：第一，将电能质量监测装置拆回到实验室检定；第二，将电能质量标准源携带到变电站，将电能质量监测装置拆下来就地进行检定。两种方法都需更改电能质量监测装置的接线，并需较长的检定时间，影响了电能质量监测装置的正常工作。将电能质量监测装置来回拆装需要开多次工作票，这种工作方式比较麻烦而且工作效率低下，这是造成目前电能质量监测装置无法开展定期检定的主要原因。
有学者及相关工作者提出采用比对法对设备进行现场检定的方法，但这些方法均未涉及到受检设备与标准设备的时间同步问题。采用比对法是通过比对实时数据来对受检设备进行检定的，若时间误差大，则检定的结果是不可靠的。而目前还未有一种解决受检设备和标准设备的时间同步问题的电能质量监测装置的检定方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法，具体技术方案如下：
一种电能质量监测装置现场检定系统包括上位机、交换机、被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别通过交换机与上位机连接；
所述上位机包括时钟模块、数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别与数据采集模块连接，所述数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块依次连接，所述时钟模块与数据采集模块连接；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置接入同一监测点；
所述标准电能质量监测装置用于作为标准表，将标准电能质量监测装置的监测数据与被检电能质量监测装置的监测数据进行比对；所述时钟模块用于通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对，感应被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置微秒级的时间同步；所述数据采集模块用于采集被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置的监测数据，并将数据输出至数据处理模块；所述数据处理模块用于对稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标，再将计算结果和判断结果输出至报告生成模块；所述报告生成模块用于自动生成检测报告。
进一步，所述标准电能质量监测装置通过电流钳或电压钳与被检电能质量监测装置接入同一监测点，监测同一电压电流信号。
进一步，所述标准电能质量监测装置的精度等级至少比被检电能质量监测装置高一个等级。
进一步，所述标准电能质量监测装置支持IEEE1588校时，具备至少一个以太网接口。
一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法包括以下步骤：
(1)断开被检电能质量监测装置与交换机的网络连接；
(2)将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置接入同一监测点；
(3)将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置通过交换机与上位机连接；
(4)上位机通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对；
(5)上位机设置通信参数、检定项目，配置检测方案；
(6)数据采集模块采集标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的监测数据；
(7)数据处理模块对监测数据中的稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标；
(8)报告生成模块生成检测报告。
进一步，所述步骤(2)是通过电流钳或电压钳将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置接入同一监测点。
进一步，所述步骤(4)是以上位机的时钟模块作为主时钟，通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对。
进一步，所述步骤(5)中设置通信参数具体为：上位机设置标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的IP地址，建立上位机分别与标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置的通信连接。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种电能质量监测装置现场检定系统及检定方法，采用IEEE1588协议实现标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置的时间同步，并且可以在不改变电能质量监测装置接线的情况下，只需短时终止电能质量监测装置正常运行对电能质量在线监测装置进行现场检定，并且具备自动检定的特性，完成设定的检定项目之后可以自动输出检定报告。
附图说明
图1为本发明中一种电能质量监测装置现场检定系统的结构示意图；
图2为本发明中一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法的步骤流程图；
图3为本发明的调谐过程示意图；
图4为本发明的时钟同步过程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种电能质量监测装置现场检定系统包括上位机、交换机、被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置；被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别通过交换机与上位机连接；上位机包括时钟模块、数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块；被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别与数据采集模块连接，数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块依次连接，时钟模块与数据采集模块连接；标准电能质量监测装置通过电流钳或电压钳与被检电能质量监测装置接入同一监测点，监测同一电压电流信号；标准电能质量监测装置用于作为标准表，将标准电能质量监测装置的监测数据与被检电能质量监测装置的监测数据进行比对；时钟模块用于通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对，感应被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置微秒级的时间同步；数据采集模块用于采集被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置的监测数据，并将数据输出至数据处理模块；数据处理模块用于对稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标，再将计算结果和判断结果输出至报告生成模块；报告生成模块用于自动生成检测报告。
其中，标准电能质量监测装置的精度等级至少比被检电能质量监测装置高一个等级。标准电能质量监测装置支持IEEE1588校时，具备至少一个以太网接口。被检电能质量监测装置支持IEEE1588校时，具备至少一个未投入使用的以太网口。IEEE1588是一种精度能达到微秒级的校时方式，一个IEEE1588精确时钟系统包括普通时钟、透明时钟、边界时钟，系统中每个节点均为一个时钟，通过以太网将整个系统的时钟相连。系统的时钟工作在主时钟、从时钟、无源时钟三种状态，具体的时钟状态由最优化时钟算法确定。IEEE1588可以满足被检电能质量监测装置与标准电能质量监测装置的时间同步精度要求。
上位机集成了标准电能质量监测装置的通信规约以及不同厂家的电能质量监测装置的私有规约，可以满足绝大多数现场检定的需求。
如图2所示，一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法包括以下步骤：
(1)断开被检电能质量监测装置与变电站交换机的网络连接；
(2)通过电流钳或电压钳将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置接入电网信号源的同一监测点，上电后待其稳定运行；
(3)将标准电能质量监测装置通过以太网口接入交换机，将被检电能质量监测装置通过以太网口接入交换机，并将交换机与上位机连接；
(4)以上位机的时钟模块作为主时钟，通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对；具体步骤如下：
1)以上位机的时钟模块作为主时钟，以标准电能质量监测装置或被检电能质量监测装置的时钟为从时钟；
2)调谐：如图3所示，主时钟根据发送周期周期性地发送报文，以某一帧报文为起点报文，设其发出时间为TM0，接收时间为TS0，发出时间TM0由主时钟提供并经过链路延迟补偿，接收时间TS0由从时钟提供，间隔若干个发送周期后，当前发送的报文的发出时间为TMi，接收时间为TSi，i是当前发送的报文与起点报文的发送周期间隔数，其中i>0，以主时钟频率与从时钟频率的比值，对从时钟的时间变化率进行调整，主时钟频率与从时钟频率的比值即(TMi-TM0)/(TSi-TS0)；
3)计算时间延迟Tdelay和时间偏移Toffset：
①如图4所示，在T1时刻发送同步报文，在此时刻由从时钟记录下同步报文到达时刻T2，此时从时钟端只有时间戳T2；
②再由紧随同步报文发送的跟随报文携带同步报文发送时刻T1至从时钟端，此时从时钟端具有时间戳T1和T2；
③接着由从时钟向主时钟发送延迟请求报文，并在从时钟端记录下延迟请求报文发出时刻T3，此时从时钟端具有时间戳T1、T2和T3；
④最后由主时钟端将延迟请求报文到达主时钟的时间T4记录下来，由延迟响应报文携带延迟请求报文到达时刻T4向从时钟发送，并由从时钟记录时间T4，此时从时钟端具有时间戳T1、T2、T3和T4；
⑤由此整个时间同步过程基本完成，然而T1和T4时刻是以主时钟的时间信息为衡量标准的，而T2和T3时刻是以从时钟的时间信息为衡量标准的，如果统一采用主时钟的标准进行衡量，则T2和T3在时间上相对于T1和T4存在时间延迟Tdelay和时间偏移Toffset，计算表达式为
T2-Toffset-Tdelay＝T1；
T3-Toffset+Tdelay＝T4；
将两式整理有
4)根据时间延迟Tdelay和时间偏移Toffset调整从时钟，使得从时钟与主时钟同步。
(5)上位机设置通信参数、检定项目，配置检测方案；具体为：上位机设置标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的IP地址，建立上位机分别与标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置的通信连接；
(6)通信调试完成之后，数据采集模块采集被检电能质量监测装置的稳态监测数据作为测量值；数据采集模块采集标准电能质量监测装置中相同的稳态监测数据作为标准值；
(7)数据处理模块对监测数据中的稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标；
(8)对所有电能质量指标完成检定之后报告生成模块自动生成检测报告。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电能质量监测装置现场检定系统，其特征在于：包括上位机、交换机、被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别通过交换机与上位机连接；
所述上位机包括时钟模块、数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置分别与数据采集模块连接，所述数据采集模块、数据处理模块、报告生成模块依次连接，所述时钟模块与数据采集模块连接；所述被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置接入同一监测点；
所述标准电能质量监测装置用于作为标准表，将标准电能质量监测装置的监测数据与被检电能质量监测装置的监测数据进行比对；所述时钟模块用于通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对，感应被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置微秒级的时间同步；所述数据采集模块用于采集被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置的监测数据，并将数据输出至数据处理模块；所述数据处理模块用于对稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标，再将计算结果和判断结果输出至报告生成模块；所述报告生成模块用于自动生成检测报告。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置现场检定系统，其特征在于：所述标准电能质量监测装置通过电流钳或电压钳与被检电能质量监测装置接入同一监测点，监测同一电压电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置现场检定系统，其特征在于：所述标准电能质量监测装置的精度等级至少比被检电能质量监测装置高一个等级。
4.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置现场检定系统，其特征在于：所述标准电能质量监测装置支持IEEE1588校时，具备至少一个以太网接口。
5.权利要求1-4任一所述的一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）断开被检电能质量监测装置与交换机的网络连接；
（2）将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置接入同一监测点；
（3）将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置通过交换机与上位机连接；
（4）上位机通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对；
（5）上位机设置通信参数、检定项目，配置检测方案；
（6）数据采集模块采集标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的监测数据；
（7）数据处理模块对监测数据中的稳态电能质量数据指标的误差进行计算，并判断各稳态电能质量指标的误差是否超标；
（8）报告生成模块生成检测报告。
6.根据权利要求5所述的一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法，其特征在于：所述步骤（2）是通过电流钳或电压钳将标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置接入同一监测点。
7.根据权利要求5所述的一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法，其特征在于：所述步骤（4）是以上位机的时钟模块作为主时钟，通过IEEE1588协议对被检电能质量监测装置、标准电能质量监测装置进行时间校对。
8.根据权利要求5所述的一种电能质量监测装置现场检定系统的检定方法，其特征在于：所述步骤（5）中设置通信参数具体为：上位机设置标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的IP地址，建立上位机分别与标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置的通信连接。
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