数字化电能计量装置多功能试验平台的软件设计与开发

发布时间：2020-06-28 11:59

【摘要】：在数字化变电站信息数字化的要求下,数字化电能计量系统在变电站得到广泛的部署建设,数字化电能计量设备实验室检测与实际运行误差差异较大,现场故障频发,为了保证其计量准确度及可靠性,本文开展了数字化电能计量系统实验室检测技术及检测装置研究。首先,从数字化电能表与传统电能表组成差异及通信链路误差影响因素两个方面分析了数字化电能计量系统与传统计量系统的本质区别;研究了点积和算法下丢包误差及补偿方法。其次,针对现有的数字化电能计量设备实验室检测项目及检测方法单一的问题,在参照现有标准的基础上,提出了包含整体性能检测、模拟实负荷检测及通讯性能检测的数字化电能计量装置多功能试验平台整体方案。然后针对试验平台软件设计的三个难点,展开相应的研究:(1)针对试验平台软件功能多,测试模块之间耦合度高及并行任务流程复杂造成主体框架设计不易的难点,在研究LabVIEW多线程技术及同步技术的基础上设计了基于队列-用户界面事件的程序主框架,提高了程序流程控制的灵活性及执行效率;(2)LabVIEW本身时序控制只能达到ms级别,难以满足解包程序判断丢包并进行补偿时时序控制需要达到的us级别要求,针对这一难点研究了LabVIEW跨语言编程技术,采用了DLL(动态链接库)与winpcap底层抓包技术实现了解包程序的精准时序控制;(3)针对复杂软件调试时故障定位分析困难及自愈性要求,研究了LabVIEW错误处理机制并编写了专用的错误处理子程序达到了错误处理与报告的预期目标;接着针对试验平台软件数据保存及检测算法的具体要求,研究了LabVIEW数据库技术、FFT插值算法及实负荷电能算法这三个要点,采取四项三阶Nutall窗及双谱线插值的FFT插值算法保证了信号特征值的提取精度,采用三次样条插值与数值积分相结合的电能算法提高了暂态条件下标准电能计算准确度;最终采用LabVIEW2014、MySQL及VC6.0完成了试验平台上位机软件的编程工作。对开发的数字化电能计量装置多功能试验平台软件与硬件进行了联机测试,总结了测试中遇到的问题及解决方案,从减小内存占用及程序框图复杂度两方面优化了上位机软件。该试验平台中的电子式互感器与模拟量输入合并单元的标准信号变换采集装置、数字功率源、上位机标准电能表等核心测试装置,性能通过了权威检测机构的检测。应用该多功能试验平台进行了数字化电能计量系统整体性能、模拟实负荷性能及网络通讯性能等相关的检测试验,试验结果证明该平台性能达到了设计要求。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM933.4
【图文】：

数字表,频率偏移,时误,谐波

华中科技大学硕士学位论文差超过 0.02%。以上数据的不足之处在于虽然采用实负荷检测方法进行数字表测试，但采集的数据为实验室环境下生成的稳定数据，而不是在现场采集的真实工况下的数据，因此，改变三相程控功率源输出的频率并添加谐波，添加 3 次谐波与 5 次谐波 10%，再抓取合并单元输出的实际数据进行数字表实负荷测试，频率分别为 49Hz、49.5Hz、50Hz、50.5Hz、51Hz 进行测试，测试结果如图 5-7 所示：

电能表,丢包,时基,误差

设置丢包率为 0.01%进行基本误差测试，测试所得的结果如图5-8 所示。图 5-8 数字化电能表丢包时基本误差结果由上述数据可知，在国标规定的丢帧率为 0.01%的条件下，数字化电能表误差显示正常，说明各厂家都进行了补偿，但补偿效果不一致，增加丢包影响量测试具有重要的现实意义。（2）参数一致性测试按照前文描述的参数一致性测试方法，对当前主流品牌的数字化电能表进行相关测试，数字化电能表内参数配置为：（SVID：XIPA_MU0001；APPID：0x4000 ）测试结果如表 5.11 所示：从测试结果可以看出，目前主流品牌的数字化电能表对采样值报文中的应对方式有许多不同，以厂家 4 为例，该表在 SVID 不匹配和 APPID 不匹配的情况下仍将采样值报文计入电能量，若变电站数据传输网络中存在来源不同的采样值报文，则该表无法分辨采样值报文，造成电能误计。此外，该表在采样值数据帧的同步字段发生异常

【参考文献】