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(xiàng)電能質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行全閉環(huán)自動測試，試驗(yàn)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(shí)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(xiàng)電能質(zhì)量參數(shù)的嚴(yán)密監(jiān)測將有助于整個(gè)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全運(yùn)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(yàn)。

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(yùn)行更有助于提高對整個(gè)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(shí)際運(yùn)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(shí)現(xiàn)原理

1.1系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)主要有上位機(jī)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(jī)應(yīng)用：安裝有上位機(jī)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(shí)時(shí)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(yùn)行中的電能質(zhì)量監(jiān)測終端的實(shí)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(qiáng)，支持對時(shí)功能，能同時(shí)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(yùn)行原理

檢測系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)在測試模板下，按照具體測試項(xiàng)項(xiàng)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(jī)軟件通過局域網(wǎng)實(shí)時(shí)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(gè)解析，放在數(shù)據(jù)庫中等待程序調(diào)用。

試驗(yàn)完成后可導(dǎo)出針對任何單臺裝置的規(guī)定測試報(bào)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(shí)現(xiàn)

電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)源主要有控制模塊、隨機(jī)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(shí)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(jī)存儲器RAM負(fù)責(zé)跟ARM和FPGA實(shí)時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)示意圖

2.3 功率放大器的實(shí)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(shí)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(jì)，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(shí)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(shí)測試。

3 自動測試軟件的實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過必要的設(shè)置進(jìn)入自動測試程序后，點(diǎn)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(bào)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(gè)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(diǎn)

批量測量技術(shù)：支持多裝置多通道同時(shí)測試、針對每臺終端每個(gè)通道生成一份報(bào)告，并且自動為每份報(bào)告生成一個(gè)唯一的報(bào)告編號，并自動填寫到報(bào)告中。經(jīng)過多次測試實(shí)踐，測試平臺每次可同時(shí)測試30個(gè)通道，每次測試大約需要4個(gè)半小時(shí)，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(bào)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(bào)告時(shí)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(shí)現(xiàn)溫濕度信息讀取并自動填入報(bào)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(shí)間、結(jié)束時(shí)間和總測試時(shí)間并自動填寫到報(bào)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(jī)實(shí)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(shí)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(shí)性，對測試報(bào)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(shí)現(xiàn)裝置測試方案的開發(fā)；規(guī)約平臺實(shí)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(shí)控制多廠家標(biāo)準(zhǔn)源同時(shí)輸出）；自動測試平臺實(shí)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(gè)步驟：

第一步：設(shè)備接線、開機(jī)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(diǎn)擊功能測試

第四步：在自動測試程序工具欄點(diǎn)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(bào)告；自動完成的測試項(xiàng)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(xiàng)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(gè)電科院進(jìn)行了應(yīng)用，均實(shí)現(xiàn)了多套、多廠家電能質(zhì)量檢測終端的同時(shí)測試，并能出具針對任何一個(gè)通道的測試報(bào)告，省時(shí)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(shí)現(xiàn)的。

經(jīng)過大量的現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(xiàng)目需用時(shí)至少4個(gè)小時(shí)，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(shí)測試，折合到單通道所需時(shí)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(jì)結(jié)果如表2所示：

表2 工作效率統(tǒng)計(jì)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