CN108872910B - 一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备在线检定技术领域，具体涉及一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统及方法。该系统包括标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置、网络交换机、检测主机。本发明通过IEEE1588精密时钟同步协议实现标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的时间实现同步，降低被检的电能质量监测装置和标准电能质量测量装置的时间误差，在不改变被检电能质量监测装置电气接线、短时终止被检电能质量监测装置与主站服务器正常通讯的情况下，完成对被检电能质量监测装置的现场检定，使得电能质量监测装置的定期检定工作能够有效开展。

Description

一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备在线检定技术领域，具体涉及一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统及方法。

背景技术

电能质量监测装置的运行管理是电能质量技术监督的工作内容之一。电能质量监测装置在恶劣的电磁环境中长期运行后，难免会由于元器件的老化、失效而导致装置的可靠性、测量准确度下降，进而产生大量无效、异常数据，因此需要对其进行定期检测。一般不建议拆下电能质量监测装置送实验室检测其精度，因存在电压短路、电流开路等安全风险，而使用标准电能质量测量装置可对电能质量监测装置进行在线检测。这里需标准电能质量测量装置和被检的电能质量监测装置的时间进行同步，而且同步一致性越高越好，目前国内主流设备也仅仅支持简单网络时间协议SNTP，两装置的同步精度仅达到毫秒级别，对被检的电能质量监测装置和标准电能质量测量装置的实时测量数据存在较大误差。可见，有必要研究一种使用方便、可靠性高的对电能质量监测装置进行校时的系统和方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统及方法，具体技术方案如下：

一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统包括标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置、网络交换机、检测主机；所述标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置皆支持IEC61850通信规约和IEEE1588精密时钟同步协议，所述网络交换机支持IEEE1588精密时钟同步协议，所述检测主机包括时间同步模块，所述时间同步模块包括IEEE1588精密时钟同步协议；所述标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置分别与网络交换机连接，所述网络交换机与检测主机连接；所述检测主机的时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步。

进一步，所述IEC61850通信规约包括两个数据集，分别为监测数据集、检测数据集；所述所述监测数据集包括实时数据、统计数据、稳态告警信息和暂态事件波形数据，所述检测数据集只有实时数据；所述实时数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的150周波值，所述统计数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的3分钟值，所述稳态告警信息是指电能质量监测装置内部产生的，采用SOE格式记录电能质量稳态指标的越限事件、暂态事件、自定义触发事件以及电能质量监测装置运行状态变化事件；所述暂态事件波形数据是指记录的可表征电能质量暂态事件特征的电压波形和电流波形。

进一步，所述被检电能质量监测装置包括监测数据集和检测数据集，两个数据集通过被检电能质量监测装置进行自由切换设置。

进一步，所述标准电能质量监测装置包括检测数据集。

进一步，所述时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议通过对时报文对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步；所述对时报文分为事件报文和通用报文两类，所述事件报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，并生成时间戳；所述通用报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，不生成时间戳。

一种用于电能质量监测装置在线检定的校时方法包括以下步骤：

(1)以检测主机的时钟为主时钟，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：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T_M0，接收时间为T_S0，发出时间T_M0由主时钟提供并经过链路延迟补偿，接收时间T_S0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T_Mi，接收时间为T_Si，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，所述主时钟频率与从时钟频率的比值即(T_Mi-T_M0)/(T_Si-T_S0)；

(3)计算时间延迟T_delay和时间偏移To_ffset：

1)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T_delay和时间偏移T_offset，计算表达式为

T₂-T_offset-T_delay＝T₁；

T₃-T_offset+T_delay＝T₄；

将两式整理有

(4)根据时间延迟T_delay和时间偏移T_offset调整从时钟，使得从时钟与主时钟同步。

本发明的有益效果为：

本发明提供的校时系统结构简单，无需携带体积大、笨重的硬件对时设备，减少了人力和物力投入。提供的校时方法可以实现对标准电能质量监测装置和被检电能质量监测装置两者时间同步，因此大大提高了校时精准。本发明通过IEEE1588精密时钟同步协议实现标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置的时间实现同步，降低被检的电能质量监测装置和标准电能质量测量装置的时间误差，在不改变被检电能质量监测装置电气接线、短时终止被检电能质量监测装置与主站服务器正常通讯的情况下，完成对被检电能质量监测装置的现场检定，使得电能质量监测装置的定期检定工作能够有效开展，从而保证各项电能质量指标的测量准确度，真正地将电能质量技术监督工作落到实处，为电网的安全、稳定、经济运行保驾护航。

附图说明

图1为本发明的一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统的结构示意图；

图2为本发明中一种用于电能质量监测装置在线检定的校时方法的调谐过程示意图；

图3为本发明中一种用于电能质量监测装置在线检定的校时方法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，一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统包括标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置、网络交换机、检测主机；标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置皆支持IEC61850通信规约和IEEE1588精密时钟同步协议，网络交换机支持IEEE1588精密时钟同步协议，检测主机包括时间同步模块，时间同步模块包括IEEE1588精密时钟同步协议；标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置分别通过以太网与网络交换机连接，网络交换机通过以太网与检测主机连接；检测主机的时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步。标准电能质量监测装置比被检电能质量监测装置至少高一个精度等级。

IEC61850通信规约包括两个数据集，分别为监测数据集、检测数据集；监测数据集包括实时数据、统计数据、稳态告警信息和暂态事件波形数据，检测数据集只有实时数据；实时数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的150周波值，统计数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的3分钟值，稳态告警信息是指电能质量监测装置内部产生的，采用SOE格式记录电能质量稳态指标的越限事件、暂态事件、自定义触发事件以及电能质量监测装置运行状态变化事件；暂态事件波形数据是指记录的可表征电能质量暂态事件特征的电压波形和电流波形。

被检电能质量监测装置包括监测数据集和检测数据集，两个数据集通过被检电能质量监测装置进行自由切换设置。标准电能质量监测装置包括检测数据集。从而保证检测主机分别从被检电能质量监测装置的检测数据集和标准电能质量监测装置的检测数据集同步采集数据，可避免数据丢失，解决了IEC61850通信规约定义广泛，随意性较大的问题。在进行被检电能质量监测装置的检定时，以A相电压为例，将标准电能质量监测装置和被检电能质量监测装置接入同一监测点，标准电能质量监测装置的电流回路需配置高精度电流钳HIOKI有源探头CT6700，电压回路无需任何配置；将标准电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标和被检电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标进行对比，从而实现对被检电能质量监测装置进行检定和精度校正。

时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议具体通过对时报文对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步；对时报文分为事件报文和通用报文两类，事件报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，并生成时间戳；通用报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，不生成时间戳。

事件报文包括同步报文Sync、延迟请求报文Delay_Req、Pdelay_Req报文和PdeIay_Resp报文；通用报文包括声明报文Announce、跟随报文FoIlow_Up、延迟响应报文Delay_Resp、Pdelay_Resp_Follow_Up报文、管理报文Management和信号报文Signaling。

所述事件报文中的同步报文Sync、延迟请求报文Delay_Req以及通用报文中的跟随报文Follow_Up、延迟响应报文Delay_Resp构成IEEE1588精密时钟同步协议中时钟同步的一个基本过程，通过传递时间戳信息以实现前后节点的时钟同步。此外，Pdelay_Req、Pdelay_Resp和Pdelay_Resp_Follow_Up三种报文是用于测量前向链路和后向链路延迟对等的透明时钟端口之间的延迟。

IEEE1588精密时钟同步协议时钟的同步就是主时钟和从时钟之间进行报文交互实现两端的时钟同步的过程。一种用于电能质量监测装置在线检定的校时方法具体包括以下步骤：

(1)以检测主机的时钟为主时钟，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2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T_M0，接收时间为T_S0，发出时间T_M0由主时钟提供并经过链路延迟补偿，接收时间T_S0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T_Mi，接收时间为T_Si，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(T_Mi-T_M0)/(T_Si-T_S0)；

(3)计算时间延迟T_delay和时间偏移To_ffset：

1)如图3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T_delay和时间偏移T_offset，计算表达式为

T₂-T_offset-T_delay＝T₁；

T₃-T_offset+T_delay＝T₄；

将两式整理有

(4)根据时间延迟T_delay和时间偏移T_offset调整从时钟，使得从时钟与主时钟同步。

IEC61850通信规约对智能电子设备的时钟精度功能要求划分为5个等级T1～T5，其中用于计量的T5等级精度达到1us。IEC61850通信规约引入了简单网络时间协议SNTP作为网络对时协议，但SNTP在局域网内其时间同步精度可达到T1等级1ms，广域网内同步精度为50ms，但不能满足T3等级精度25us的要求，而后将IEEE1588精密时钟同步协议引入IEC61850通信规约作为智能变电站的网络时间同步协议，在硬件辅助的条件下其时间同步精度可达到亚微秒量级可满足T5等级同步精度1us的要求。综上，本发明采用IEEE1588精密时钟同步协议实现标准电能质量监测装置与被检电能质量监测装置时间同步，保证了采用标准电能质量监测装置对被检电能质量监测装置的检定结果的可靠性和准确性。

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 (3)

1.一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统，其特征在于：包括标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置、网络交换机、检测主机；所述标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置皆支持IEC61850通信规约和IEEE1588精密时钟同步协议，所述网络交换机支持IEEE1588精密时钟同步协议，所述检测主机包括时间同步模块，所述时间同步模块包括IEEE1588精密时钟同步协议；所述标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置分别与网络交换机连接，所述网络交换机与检测主机连接；所述检测主机的时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步；

所述IEC61850通信规约包括两个数据集，分别为监测数据集、检测数据集；所述监测数据集包括实时数据、统计数据、稳态告警信息和暂态事件波形数据，所述检测数据集只有实时数据；所述实时数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的150周波值，所述统计数据是由电能质量监测装置计算得到的各电能质量稳态指标的3分钟值，所述稳态告警信息是指电能质量监测装置内部产生的，采用SOE格式记录电能质量稳态指标的越限事件、暂态事件、自定义触发事件以及电能质量监测装置运行状态变化事件；所述暂态事件波形数据是指记录的可表征电能质量暂态事件特征的电压波形和电流波形；

所述被检电能质量监测装置包括监测数据集和检测数据集，两个数据集通过被检电能质量监测装置进行自由切换设置；

所述标准电能质量监测装置包括检测数据集。

2.根据权利要求1所述的一种用于电能质量监测装置在线检定的校时系统，其特征在于：所述时间同步模块采用IEEE1588精密时钟同步协议通过对时报文对标准电能质量监测装置、被检电能质量监测装置进行时间同步；所述对时报文分为事件报文和通用报文两类，所述事件报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，并生成时间戳；所述通用报文在主时钟和从时钟间进行收发信息时，相应的发出端和接收端都会记录下其相应的发出和接收的精确时间，不生成时间戳。

3.如权利要求1-2任一所述的一种用于电能质量监测装置在线检定的校时方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)以检测主机的时钟为主时钟，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：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T_M0，接收时间为T_S0，发出时间T_M0由主时钟提供并经过链路延迟补偿，接收时间T_S0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T_Mi，接收时间为T_Si，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，所述主时钟频率与从时钟频率的比值即(T_Mi-T_M0)/(T_Si-T_S0)；

(3)计算时间延迟T_delay和时间偏移T_offset：

1)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T_delay和时间偏移T_offset，计算表达式为

T₂-T_offset-T_delay＝T₁；

T₃-T_offset+T_delay＝T₄；

将两式整理有

(4)根据时间延迟T_delay和时间偏移T_offset调整从时钟，使得从时钟与主时钟同步。

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