CN110174564A - 电能质量监测装置接入主站的现场检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力设备现场检测技术领域，具体涉及一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统及其检测方法。系统包括电能质量在线监测装置、网络交换机、检测主机，检测主机模拟主站系统的所有行为，快速创建监测点，检测主机通过文件服务读取电能质量在线监测装置通信规约的模型文件，与检测主机内置的标准通信规约进行比较，实现规约文件模型的一致性检测；检测主机自动采集电能质量在线监测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标比较分析，以检测通信规约的数据准确性。本发明从规约文件模型和数据准确性两方面完成了规约一致性的快速检测，提高了电能质量在线监测装置接入系统的效率，减少了人力和物力成本。

Description

电能质量监测装置接入主站的现场检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及电力设备现场检测技术领域，具体涉及一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统及其检测方法。

背景技术

目前电能质量监测系统普遍采用监测装置（或终端）-主站两层式结构，监测终端与主站之间的通信规约现采用Modbus、PQDIF、IEC61850规约，而IEC61850规约模型数据量大、分类多、定义比较宽泛，因各装置厂家的研发人员对IEC61850规约理解存在一定的差异，造成各厂家的装置通信规约随意性较大，因此需要开展电能质量监测装置的品控测试。

品控测试送检厂家装置型号多、规约精度测试项目多，工作量大，目前只会集中开展每年一次。由于各装置厂家无相应的规约测试环境，供货安装于变电站的电能质量监测装置无法保证其通信规约的一致性，通常需要不断地调试程序才能顺利接入主站系统，不能实现真正的即插即用，这调试期间投入大量的人力和时间成本。新建变电站的通信网络存在未安装完成、变电站到主站涉及多道防火墙的开通等多种可能，监测装置与主站接入联调存在较多困难，由于电能质量在线监测装置具有数量众多、安装分散的特点，现有品控测试技术方法存在诸多不足，而且如果按照现有技术对电能质量监测装置进行品控测试，必然需要投入极大的人力和物力，因此可实现性差，使得安装于变电站的电能质量监测装置很难接入系统，造成整个社会资源的浪费。

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接入主站的现场检测系统及其检测方法，具体技术方案如下：

一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，包括电能质量在线监测装置、网络交换机、检测主机；所述监测主机用于模拟主站系统环境，检测电能质量在线监测装置的规约文件模型的一致性以及采集数据的准确性，所述电能质量在线监测装置、检测主机分别通过以太网与网络交换机连接。

优选地，所述电能质量在线监测装置是具有Modbus、PQDIF、IEC61850一种或多种规约的通用电能质量在线监测装置，包括信号采样单元、微处理器单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元；

所述信号采样单元用于电压信号和电流信号的采样，所述信号采样单元采用模块化设计，按路来计算，1路信号采样单元包括4路电压通道和4路电流通道，用于采样A、B、C相及中性线的电压和电流；

所述微处理器单元用于信号采样、数据计算、网络对时、数据存储、网络通信、外设管理的控制；

所述输入输出单元用于接收输入指令、显示输出结果和运行状态，包括以太网接口、USB接口、串口、按键和运行指示灯；

所述数据存储单元用于保存计算的电能质量指标、操作系统和系统配置文件；

所述电源管理单元为微处理器单元、信号采样单元输入输出单元、数据存储单元提供稳定的电源，维持电能质量在线监测装置的正常工作；所述信号采样单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元分别与微处理器单元连接。

优选地，所述网络交换机为包括多个10/100M自适应端口的通用网络交换机。

优选地，所述检测主机包括人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块；

所述人机交互模块用于监测点管理、参数设置、通信测试和结果显示；

所述监测点自动管理模块用于电能质量监测点的快速创建、自动删除，根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点，下次检测时全自动删除监测点及其监测历史数据；

所述前置数据采集模块用于从电能质量在线监测装置获取监测点的电能质量指标测试结果；

所述规约一致性检测模块用于分析安装于变电站的电能质量在线监测装置的通信规约接入一致性，将电能质量在线监测装置的通信规约与检测主机内置的标准通信规约进行比较其是否一致性；

所述网络对时模块用于实现各电能质量在线监测装置与检测主机进行时间同步，对时方案采用SNTP方案，对时服务器为检测主机；

所述检测报告模块用于以报告方式将规约一致性检测模块的分析结果显示出来。

优选地，所述规约一致性检测模块包括规约文件模型一致性检测单元和采集数据准确性检测单元；所述规约文件模型包括Modbus、PQDIF、IEC61850；所述规约文件模型一致性检测单元用于实现对Modbus规约的一致性检测、PQDIF规约的一致性检测、IEC61850规约的一致性检测；

所述Modbus规约的一致性检测包括检测规约各项命令及其监测指标的传输准确性；所述PQDIF规约的一致性检测包括电能质量在线监测装置生成的PQDIF文件语法标准性检测、数据完整性检测、数据正确性检测，以确定其是否满足XML、IEEE1159.3以及本地区规范要求，以便验证电能质量在线监测装置是否可接入主站系统正常运行；所述IEC61850规约的一致性检测包括ICD文件检测和IEC61850准确度检测；

所述采集数据准确性检测单元用于采集电能质量在线监测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性。

优选地，所述PQDIF文件语法标准性检测包括检测受检PQDIF文件的XML语法是否满足XML规范，检测受检PQDIF文件的文件结构、压缩算法是否满足IEEE1159.3的要求；所述PQDIF文件数据完整性检测包括检测受检PQDIF文件中电能质量参数的相关通道定义、序列定义以及参数数量、参数名称、参数顺序是否满足地区规范的要求；所述PQDIF文件数据正确性检测包括检测受检PQDIF文件中所存储的电能质量参数的统计数据是否在允许误差范围之内。

优选地，所述ICD文件检测包括检测电能质量在线监测装置的IEC 61850 ICD文件在基本语法上是否符合IEC 61850标准，以及在功能及数据模型要求上是否满足电能质量在线监测装置技术规范的要求；所述IEC61850准确度检测包括检测电能质量在线监测装置以报告服务上送的稳态电能质量指标的准确度是否满足国标要求。

一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统的检测方法，包括以下步骤：

（1）检测准备：将同一变电站的各电能质量在线监测装置、检测主机与网络交换机连接，若系统各部分连接良好，则进入下一步测试；

（2）检测环境完整性测试：将检测主机、电能质量在线监测装置和网络交换机通电判断是否正常工作，测试检测主机与电能质量在线监测装置的通信是否正常，测试检测主机的人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块是否正常工作；

（3）终端主机网络对时：通过检测主机的网络对时模块完成该变电站的电能质量在线监测装置的同步对时工作，使得检测主机、电能质量在线监测装置保持时间同步；

（4）监测点自动管理：在新监测点创建检测之前，检测主机自动删除监测点及其监测历史数据，接着检测主机根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点；

（5）前置数据自动采集：检测主机根据不同规约自动采集电能质量在线检测装置的数据；通过Modbus规约显示实时数据，通过PQDIF规约显示一段时间的统计数据，IEC61850规约通过报告、日志、文件服务分别显示实时数据、统计数据和暂态波形文件；

（6）规约一致性检测：规约接入一致性检测包括规约文件模型的一致性检测以及采集数据的准确性检测，首先检测主机通过文件服务读取电能质量在线检测装置的通信规约的模型文件，与检测主机内置的标准通信规约进行逐项比较，实现规模文件模型的一致性检测；其次检测主机自动采集电能质量在线检测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性；

（7）检测结果输出：检测报告模块输出规约一致性检测报告。

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接入主站的现场检测系统及其检测方法，通过检测主机模拟主站系统的所有行为，实现检测主机快速创建监测点，检测主机通过文件服务读取电能质量在线监测装置的通信规约的模型文件，与检测主机内置的标准通信规约进行逐项比较，实现规模文件模型的一致性检测；检测主机自动采集电能质量在线监测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标比较分析，以检测通信规约的数据准确性。本发明提供的电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，从规约文件模型和数据准确性两方面完成了规约一致性的快速检测，提高了电能质量在线监测装置接入主站系统的效率，减少了人力和物力成本，使得电能质量在线监测装置的入网测试工作能够有效开展。同时本发明提供的检测方法可以实现自动将规约一致性检测结果输出到报告中，大大降低了电能质量在线监测装置入网检测的难度，保证了电能质量在线监测装置的即插即用，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为本发明一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统的结构示意图；

图2为本发明一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统的检测方法流程图。

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接入主站的现场检测系统，包括电能质量在线监测装置、网络交换机、检测主机；监测主机用于模拟主站系统环境，检测电能质量在线监测装置的规约文件模型的一致性以及采集数据的准确性，电能质量在线监测装置、检测主机分别通过以太网与网络交换机连接。

电能质量在线监测装置是具有Modbus、PQDIF、IEC61850一种或多种规约的通用电能质量在线监测装置，包括信号采样单元、微处理器单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元。信号采样单元用于电压信号和电流信号的采样，信号采样单元采用模块化设计，按路来计算，1路信号采样单元包括4路电压通道和4路电流通道，用于采样A、B、C相及中性线的电压和电流；电能质量在线监测装置的信号采样单元的路数是由变电站监测线路来决定的，信号采样单元包括AD7606芯片，该芯片是美国ADI公司的8通道16位同步采样AD芯片，采样率高达200kbps，在电力线路测量和保护系统中，需要对多相输配电网络的大量电流和电压通道进行同步采样，AD7606是电力系统中最常用的AD采样芯片。微处理器单元用于信号采样、数据计算、网络对时、数据存储、网络通信、外设管理的控制；微处理器单元包括32位双核高性能控制器OMAPL138，双核具体为DSP核和ARM核，DSP核主要实现数字信号处理、数据的电能质量指标计算，ARM核主要实现操作系统移植、图形显示和通信管理。输入输出单元用于接收输入指令、显示输出结果和运行状态，包括以太网接口、USB接口、串口、按键和运行指示灯。数据存储单元用于保存计算的电能质量指标、操作系统和系统配置文件。电源管理单元为微处理器单元、信号采样单元输入输出单元、数据存储单元提供稳定的电源，维持电能质量在线监测装置的正常工作；信号采样单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元分别与微处理器单元连接。

网络交换机为包括多个10/100M自适应端口的通用网络交换机，所有端口支持自动翻转，即插即用，完全不需要任何配置，使用非常简便，检测系统采用TP-Link的TL-SF1005+，有5个端口，支持5台电能质量在线监测装置同时接入主站的规约测试。

检测主机包括人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块。人机交互模块用于监测点管理、参数设置、通信测试和结果显示。监测点自动管理模块用于电能质量监测点的快速创建、自动删除，根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点，下次检测时全自动删除监测点及其监测历史数据。前置数据采集模块用于从电能质量在线监测装置获取监测点的电能质量指标测试结果；规约一致性检测模块用于分析安装于变电站的电能质量在线监测装置的通信规约接入一致性，将电能质量在线监测装置的通信规约与检测主机内置的标准通信规约进行比较其是否一致性。网络对时模块用于实现各电能质量在线监测装置与检测主机进行时间同步，对时方案采用SNTP方案，对时服务器为检测主机。检测报告模块用于以报告方式将规约一致性检测模块的分析结果显示出来。

规约接入一致性分析模块包括规约文件模型一致性检测单元和采集数据准确性检测单元。规约文件模型包括Modbus、PQDIF、IEC61850；规约文件模型一致性检测单元用于实现对Modbus规约的一致性检测、PQDIF规约的一致性检测、IEC61850规约的一致性检测。Modbus规约的一致性检测包括检测规约各项命令及其监测指标的传输准确性；PQDIF规约的一致性检测包括电能质量在线监测装置生成的PQDIF文件语法标准性检测、数据完整性检测、数据正确性检测，以确定其是否满足XML、IEEE1159.3以及本地区规范要求，以便验证电能质量在线监测装置是否可接入主站系统正常运行；IEC61850规约的一致性检测包括ICD文件检测和IEC61850准确度检测。采集数据准确性检测单元用于采集电能质量在线监测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性。

PQDIF文件语法标准性检测包括检测受检PQDIF文件的XML语法是否满足XML规范，检测受检PQDIF文件的文件结构、压缩算法是否满足IEEE1159.3的要求；PQDIF文件数据完整性检测包括检测受检PQDIF文件中电能质量参数的相关通道定义、序列定义以及参数数量、参数名称、参数顺序是否满足地区规范的要求；PQDIF文件数据正确性检测包括检测受检PQDIF文件中所存储的电能质量参数的统计数据是否在允许误差范围之内。

ICD文件检测包括检测电能质量在线监测装置的IEC 61850 ICD文件在基本语法上是否符合IEC 61850标准，以及在功能及数据模型要求上是否满足电能质量在线监测装置技术规范的要求；IEC61850准确度检测包括检测电能质量在线监测装置以报告服务上送的稳态电能质量指标的准确度是否满足国标要求。

如图2所示，一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统的检测方法，包括以下步骤：

（1）检测准备：将同一变电站的各电能质量在线监测装置、检测主机与网络交换机连接，若系统各部分连接良好，则进入下一步测试；

（2）检测环境完整性测试：将检测主机、电能质量在线监测装置和网络交换机通电判断是否正常工作，测试检测主机与电能质量在线监测装置的通信是否正常，测试检测主机的人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块是否正常工作；

（3）终端主机网络对时：通过检测主机的网络对时模块完成该变电站的电能质量在线监测装置的同步对时工作，使得检测主机、电能质量在线监测装置保持时间同步；

（4）监测点自动管理：在新监测点创建检测之前，检测主机自动删除监测点及其监测历史数据，主要基于以下考虑：（1）与主站系统服务器相比，检测主机计算性能低，（2）数据的采集、分析、存储、显示是由单台检测主机来完成，任务重，而主站系统一般是多台服务器协调完成。接着检测主机根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点；

（5）前置数据自动采集：检测主机根据不同规约自动采集电能质量在线检测装置的数据；通过Modbus规约显示实时数据，通过PQDIF规约显示一段时间的统计数据，IEC61850规约通过报告、日志、文件服务分别显示实时数据、统计数据和暂态波形文件；

（6）规约一致性检测：规约接入一致性检测包括规约文件模型的一致性检测以及采集数据的准确性检测，首先检测主机通过文件服务读取电能质量在线检测装置的通信规约的模型文件，与检测主机内置的标准通信规约进行逐项比较，实现规模文件模型的一致性检测；其次检测主机自动采集电能质量在线检测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性；

（7）检测结果输出：检测报告模块输出规约一致性检测报告。

本发明不局限于以上的具体实施方式，以上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接入主站的现场检测系统，其特征在于：包括电能质量在线监测装置、网络交换机、检测主机；所述监测主机用于模拟主站系统环境，检测电能质量在线监测装置的规约文件模型的一致性以及采集数据的准确性，所述电能质量在线监测装置、检测主机分别通过以太网与网络交换机连接。

2.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述电能质量在线监测装置是具有Modbus、PQDIF、IEC61850一种或多种规约的通用电能质量在线监测装置，包括信号采样单元、微处理器单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元；

所述信号采样单元用于电压信号和电流信号的采样，所述信号采样单元采用模块化设计，按路来计算，1路信号采样单元包括4路电压通道和4路电流通道，用于采样A、B、C相及中性线的电压和电流；

所述微处理器单元用于信号采样、数据计算、网络对时、数据存储、网络通信、外设管理的控制；

所述输入输出单元用于接收输入指令、显示输出结果和运行状态，包括以太网接口、USB接口、串口、按键和运行指示灯；

所述数据存储单元用于保存计算的电能质量指标、操作系统和系统配置文件；

所述电源管理单元为微处理器单元、信号采样单元输入输出单元、数据存储单元提供稳定的电源，维持电能质量在线监测装置的正常工作；所述信号采样单元、输入输出单元、数据存储单元及电源管理单元分别与微处理器单元连接。

3.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述网络交换机为包括多个10/100M自适应端口的通用网络交换机。

4.根据权利要求1所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述检测主机包括人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块；

所述人机交互模块用于监测点管理、参数设置、通信测试和结果显示；

所述监测点自动管理模块用于电能质量监测点的快速创建、自动删除，根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点，下次检测时全自动删除监测点及其监测历史数据；

所述前置数据采集模块用于从电能质量在线监测装置获取监测点的电能质量指标测试结果；所述规约一致性检测模块用于分析安装于变电站的电能质量在线监测装置的通信规约接入一致性，将电能质量在线监测装置的通信规约与检测主机内置的标准通信规约进行比较其是否一致性；

所述网络对时模块用于实现各电能质量在线监测装置与检测主机进行时间同步，对时方案采用SNTP方案，对时服务器为检测主机；

所述检测报告模块用于以报告方式将规约一致性检测模块的分析结果显示出来。

5.根据权利要求4所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述规约接入一致性分析模块包括规约文件模型一致性检测单元和采集数据准确性检测单元；所述规约文件模型包括Modbus、PQDIF、IEC61850；所述规约文件模型一致性检测单元用于实现对Modbus规约的一致性检测、PQDIF规约的一致性检测、IEC61850规约的一致性检测；

所述Modbus规约的一致性检测包括检测规约各项命令及其监测指标的传输准确性；所述PQDIF规约的一致性检测包括电能质量在线监测装置生成的PQDIF文件语法标准性检测、数据完整性检测、数据正确性检测，以确定其是否满足XML、IEEE1159.3以及本地区规范要求，以便验证电能质量在线监测装置是否可接入主站系统正常运行；所述IEC61850规约的一致性检测包括ICD文件检测和IEC61850准确度检测；

所述采集数据准确性检测单元用于采集电能质量在线监测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性。

6.根据权利要求5所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述PQDIF文件语法标准性检测包括检测受检PQDIF文件的XML语法是否满足XML规范，检测受检PQDIF文件的文件结构、压缩算法是否满足IEEE1159.3的要求；所述PQDIF文件数据完整性检测包括检测受检PQDIF文件中电能质量参数的相关通道定义、序列定义以及参数数量、参数名称、参数顺序是否满足地区规范的要求；所述PQDIF文件数据正确性检测包括检测受检PQDIF文件中所存储的电能质量参数的统计数据是否在允许误差范围之内。

7.根据权利要求5所述的一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统，其特征在于：所述ICD文件检测包括检测电能质量在线监测装置的IEC 61850 ICD文件在基本语法上是否符合IEC 61850标准，以及在功能及数据模型要求上是否满足电能质量在线监测装置技术规范的要求；所述IEC61850准确度检测包括检测电能质量在线监测装置以报告服务上送的稳态电能质量指标的准确度是否满足国标要求。

8.一种电能质量监测装置接入主站的现场检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)检测准备：将同一变电站的各电能质量在线监测装置、检测主机与网络交换机连接，若系统各部分连接良好，则进入下一步测试；

(2)检测环境完整性测试：将检测主机、电能质量在线监测装置和网络交换机通电判断是否正常工作，测试检测主机与电能质量在线监测装置的通信是否正常，测试检测主机的人机交互模块、监测点自动管理模块、前置数据采集模块、规约一致性检测模块、网络对时模块、检测报告模块是否正常工作；

(3)终端主机网络对时：通过检测主机的网络对时模块完成该变电站的电能质量在线监测装置的同步对时工作，使得检测主机、电能质量在线监测装置保持时间同步；

(4)监测点自动管理：在新监测点创建检测之前，检测主机自动删除监测点及其监测历史数据，接着检测主机根据电能质量在线监测装置的IP地址、监测路数以及规约类型快速创建监测点；

(5)前置数据自动采集：检测主机根据不同规约自动采集电能质量在线检测装置的数据；通过Modbus规约显示实时数据，通过PQDIF规约显示一段时间的统计数据，IEC61850规约通过报告、日志、文件服务分别显示实时数据、统计数据和暂态波形文件；

(6)规约一致性检测：规约接入一致性检测包括规约文件模型的一致性检测以及采集数据的准确性检测，首先检测主机通过文件服务读取电能质量在线检测装置的通信规约的模型文件，与检测主机内置的标准通信规约进行逐项比较，实现规模文件模型的一致性检测；其次检测主机自动采集电能质量在线检测装置的实时数据、统计数据和暂态波形文件进行逐个电能质量指标进行比较分析，以检测通信规约的数据准确性；

(7)检测结果输出：检测报告模块输出规约一致性检测报告。