一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统及方法与流程

本申请涉及电力设备测试技术领域，尤其涉及一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统及方法。

背景技术：

随着社会产能的上升，高端制造业的比重不断增加，这些企业由于其生产工艺设备精密，对用电电能质量要求极高。电压暂降作为发生几率最高，影响最大的电能质量问题，这些敏感用户因电压暂降问题造成多次生产中断，直接生产损失与间接生产损失巨大，同时也造成了严重的社会影响。对电能质量要求越高的用户越容易受到电压暂降事件的危害，例如微型芯片制造业、电解铝工业、半导体制造业、板材加工等行业，具体到行业中受影响的设备有计算机(pc)，可编程逻辑控制器(plc)，可调变频器(asd)等精密仪器，统计结果如表1所示。

表1电压暂降对设备的危害

为了在用户侧提出适宜的电压暂降治理措施以及为工业用户根据自身情况选择合适的设备提供依据，需要明确敏感设备的电压暂降耐受能力。对用电设备的电压暂降耐受能力进行测试，是认识、理解和解决电压暂降问题的基础，具有重要理论价值和现实意义。目前，本领域技术人员对敏感设备电压暂降耐受能力测试技术开展了大量研究。在标准化、测试方法和结果分析等方面取得了大量成果，但尚未达成共识。对典型设备的电压暂降耐受能力进行了研究，如交流接触器(acc)、个人计算机(pc)、可调速驱动器(asd)、可编程逻辑控制器(plc)等。通过测试，积累了大量的设备耐受能力数据和成果。但是现有研究也显示了诸多不足，首先是人工工作量较大，并未实现真正的自动化测试；其次是各种测试方法的普适性不高，导致实际应用受限较大。

技术实现要素：

本申请提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统及方法，用于解决现有技术人工依赖过大，未实现真正的自动化测试，导致测试受误差影响较大，且现有方法的普适性较低，适用性较差的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统，包括：

自动测试控制器、电压暂降发生器、虚拟负荷模块、数据采集器和待测敏感设备；

所述自动测试控制器，用于向所述电压暂降发生器、所述虚拟负荷模块、所述数据采集器和所述待测敏感设备发送控制信号，提供不同的测试向量以供测试，接收并分析所述数据采集器采集的电力信号，所述电力信号包括：电压暂降信号、所述待测敏感设备的测试数据和所述虚拟负荷模块的电流信号；

所述电压暂降发生器，用于接收所述自动测试控制器发送的控制信号，生成所述电压暂降信号，并发送至所述待测敏感设备；

所述虚拟负荷模块，用于接收所述自动测试控制器发送的控制信号，模拟所述待测敏感设备的实际负载；

所述数据采集器，用于接收所述自动控制器发送的控制信号，采集所述电力信号，并将所述电力信号上传至所述自动测试控制器。

优选地，所述自动测试控制器还用于：

根据所述电力信号绘制并显示电压暂降耐受曲线图。

优选地，所述电压暂降耐受曲线图划分三个区域，所述三个区域分别为：正常运行区域、不确定运行区域和运行故障区域。

优选地，所述自动测试控制器还用于：

在开始进行测试前，生成测试流程；

在完成测试任务后，生成测试报告。

优选地，所述自动测试控制器还用于：

提供向所述自动测试控制器输入所述数据采集器的基础信息、所述待测敏感设备的基础信息、所述电压暂降发生器的基础信息的界面。

优选地，所述自动测试控制器还用于：

根据对比接收的所述数据采集器采集的电压暂降信号与预置电压暂降信号是否存在明显差异监测所述电压暂降发生器。

优选地，所述测试向量包括：相位跳变、波形起始点、结束点、谐波含量、频率变化、电压暂降类型和负载类型。

优选地，所述自动测试控制器还用于：

提供设置每类所述测试向量下的测试步长，以及同一电压暂降信号下的重复测试次数的界面。

本申请第二方面提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试方法，包括：

通过自动测试控制器选择的测试向量触发电压暂降发生器生成电压暂降信号，进行敏感设备电压暂降耐受能力测试；

通过虚拟负荷模拟待测敏感设备的实际负载；

通过数据采集器采集系统的电力信号，所述电力信号包括：电压暂降信号、待测敏感设备的测试数据和虚拟负荷模块的电流信号；

通过所述自动测试控制器分析所述电力信号，得到测试结果。

优选地，之后还包括：

根据所述电力信号绘制并显示电压暂降耐受曲线图。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请中，提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统，包括：自动测试控制器，用于向电压暂降发生器、虚拟负荷模块、数据采集器和待测敏感设备发送控制信号，提供不同的测试向量以供测试，接收数据采集器采集的电力信号，电力信号包括：电压暂降信号、待测敏感设备的测试数据和虚拟负荷模块的电流信号；电压暂降发生器，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，生成电压暂降信号，并发送至待测敏感设备；虚拟负荷模块，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，模拟待测敏感设备的实际负载；数据采集器，用于接收自动控制器发送的控制信号，采集电力信号，并将电力信号上传至自动测试控制器。

本申请提供的敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统中，通过自动测试控制器实现全自动的测试，脱离人工的测试控制，排除了人工干预带来的误差影响，自动测试控制器不仅可以控制电压暂降发生器生成电压暂降信号进行测试，还能通过控制数据采集器采集数据，避免了人工读取数据造成的较大工作量，且通过虚拟负荷模块模拟待检测敏感设备的实际负载，避免了实际测试频繁更换待测敏感设备时，也要同时更换负荷；自动测试控制器和虚拟负荷模拟模块可以适应大量不同类型的待检测敏感设备的测试，也完全可以实现自动化检测。因此，本申请提供的敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统能够解决现有技术人工依赖过大，未实现真正的自动化测试，导致测试受误差影响较大，且现有方法的普适性较低，适用性较差的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统的一个结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统的一个结构示意图；

图3为本申请实施例中提供的改进的封闭法测试持续时间示例图；

图4为本申请实施例中提供的某设备电压暂降幅值/持续时间的电压暂降耐受曲线图；

图5为本申请提供的一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试方法的实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

术语解释：

电压暂降：电压有效值在短时间内减小，是由系统故障、变压器激磁和大型电机启动等引起的电压扰动问题。电压暂降在国际上有两种定义。ieee用“voltagesag”命名给电压暂降，定义其为：电压方均根值突然下降至额定电压的90％～10％，持续时间在0.5周波～1min的短时扰动现象；而iec将电压暂降命名为“voltagedip”，将其定义为额定电压的90％～1％，之所以有差异，是因为iec是站在用户侧考虑，而ieec则站在系统侧考虑。在国内，电压暂降也被称为“电压骤降”或“电压跌落”等。国标gb/t30137-2013《电能质量电压暂降与短时中断》将电压暂降定义为：电力系统中某点工频电压方均根值突然降低至0.1p.u.～0.9p.u.，并在短暂持续10ms～1min后恢复正常的现象。

敏感设备电压暂降耐受能力：当电压有效值恒定且等于敏感设备额定电压时，敏感设备正常运行。对于暂降幅值一定的电压暂降，敏感设备在该电压暂降下能正常运行多长时间的能力称为敏感设备电压暂降耐受能力。通过实验测试，可以得到暂降幅值0％——85％的电压暂降下的敏感设备电压暂降耐受能力。

电压暂降耐受曲线：通过实验测试敏感设备的电压暂降耐受能力，测试结果可以得到敏感设备是否正常运行的临界点，将这些点连起来可得到一条曲线。常用曲线为电压暂降幅值—持续时间曲线(vtc)，电压暂降影响下敏感设备存在不确定运行状态，正常运行状态和运行故障状态。

为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统的实施例一，包括：自动测试控制器101、电压暂降发生器102、虚拟负荷模块103、数据采集器104和待测敏感设备100；

自动测试控制器101，用于向电压暂降发生器、虚拟负荷模块、数据采集器和待测敏感设备发送控制信号，提供不同的测试向量以供测试，接收并分析数据采集器采集的电力信号，电力信号包括：电压暂降信号、待测敏感设备的测试数据和虚拟负荷模块的电流信号。

需要说明的是，敏感设备是对供电电压敏感的设备，当电压下降到一定水平时，设备的运行状态易受到影响的设备为敏感设备，六种典型敏感设备：acc(交流接触器)、plc(可编程控制器)、asd(变频器)、pc(个人电脑)、开关电源、低压脱扣器。测试向量是对敏感设备的运行会造成影响的电压暂降特征或负载类型，有电压暂降类型、电压暂降幅值、持续时间、相位跳变、波形起始点、负载类型等；不同的敏感设备有不同的测试向量，其中电压暂降幅值和持续时间在所有的测试中都会考虑，为基本测试向量，不进行单独测试。

需要说明的是，自动测试控制器101主要就是发送控制指令给电压暂降发生器，使得电压暂降发生器产生电压暂降信号，进行电压暂降耐受能力测试；发送复位控制指令给待测敏感设备进行开关复位；调节虚拟负荷模块对不同的敏感设备进行负载的模拟；发送采集数据的指令给数据采集模块进行数据的采集，对系统获取到的数据进行分析，如果敏感设备正常运行，则进入冷却时间，这个时间可根据具体情况设定，冷却结束后，自动开始下一次的耐受能力测试，如果敏感设备运行不正常，则自动测试控制器101对敏感设备发出复位信号，预留一定的复位时间即可，复位结束后，自动测试控制器101再次进入测试环节，整个测试过程是一种闭环测试，实现了敏感设备电压暂降耐受能力的全自动测试。

电压暂降发生器102，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，生成电压暂降信号，并发送至待测敏感设备。

需要说明的是，电压暂降发生器是针对电压暂降、短时中断电压暂降耐受实验的特点和要求而专门设计的可编程电源，可模拟各种电压暂降信号，可设置暂降波形起始点、相位跳变、谐波、频率等参数。

虚拟负荷模块103，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，模拟待测敏感设备的实际负载。

需要说明的是，虚拟负荷模块主要是通过电子元件吸收电能并将其消耗，其中的电子元件采用半导体器件，使得虚拟负荷易于调节和控制，能准确模拟阻性、感性、容性负载和阻性容性感性不同比例综合负载以及电机，因此，虚拟负荷可以模拟真实环境中的负载，还能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路、负载的阻性或容性、容性负载电流上升时间等。

数据采集器104，用于接收自动控制器发送的控制信号，采集电力信号，并将电力信号上传至自动测试控制器。

需要说明的是，数据采集器采集的电力信号主要是测试的结果数据和用验证的暂降电压和虚拟负荷的电流，得到的测试结果数据用于分析得到最终的测试结果；暂降电压主要用于确认电压暂降发生器是否发生畸变，导致实际信号与设定的信号有所差异，给测试结果带来了一定的误差；虚拟负荷的电流就是反映模拟的实际负载的电力数据，同样可以验证模拟得到的实际负载与待测敏感设备的应有负载是否一致，从而确保测试结构的可靠性。

本实施例提供的敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统中，通过自动测试控制器实现全自动的测试，脱离人工的测试控制，排除了人工干预带来的误差影响，自动测试控制器不仅可以控制电压暂降发生器生成电压暂降信号进行测试，还能通过控制数据采集器采集数据，避免了人工读取数据造成的较大工作量，且通过虚拟负荷模块模拟待检测敏感设备的实际负载，避免了实际测试频繁更换待测敏感设备时，也要同时更换负荷；自动测试控制器和虚拟负荷模拟模块可以适应大量不同类型的待检测敏感设备的测试，也完全可以实现自动化检测。因此，本实施例提供的敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统能够解决现有技术人工依赖过大，未实现真正的自动化测试，导致测试受误差影响较大，且现有方法的普适性较低，适用性较差的技术问题。

为了便于理解，请参阅图2，本申请实施例中提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试系统的实施例二，包括：自动测试控制器201、电压暂降发生器202、虚拟负荷模块203、数据采集器204和待测敏感设备200。

自动测试控制器201，用于向电压暂降发生器、虚拟负荷模块、数据采集器和待测敏感设备发送控制信号，提供不同的测试向量以供测试，接收并分析数据采集器采集的电力信号，电力信号包括：电压暂降信号、待测敏感设备的测试数据和虚拟负荷模块的电流信号。

需要说明的是，敏感设备是对供电电压敏感的设备，当电压下降到一定水平时，设备的运行状态易受到影响的设备为敏感设备，六种典型敏感设备：acc(交流接触器)、plc(可编程控制器)、asd(变频器)、pc(个人电脑)、开关电源、低压脱扣器。测试向量是对敏感设备的运行会造成影响的电压暂降特征或负载类型，有电压暂降类型、电压暂降幅值、持续时间、相位跳变、波形起始点、负载类型等；其中的暂降幅值和持续时间是测试标准，不同的敏感设备有不同的测试向量，具体的请参阅表2。

表2几种典型敏感设备的测试向量

对于测试向量，还可以进行改进，请参阅图3，图3为改进的封闭法测试持续时间示例图，横轴是时间周波数，纵轴是电压幅值，通过二分法进行循环测试，得到引起敏感设备运行的临界测试点(测试电压幅值分别为85％、42.5％、63.75％、74.375％……)逐步减少持续时间，直到选取的测试向量测试结束，改进后的时延次数多余封闭式方法，但是所得的耐受曲线精度小于1％，较原有方法5％的精度大大提高。

需要说明的是，自动测试控制器对系统获取到的数据进行分析，如果敏感设备正常运行，则进入冷却时间，这个时间可根据具体情况设定，冷却结束后，自动开始下一次的耐受能力测试，如果敏感设备运行不正常，则自动测试控制器对敏感设备发出复位信号，预留一定的复位时间即可，复位结束后，自动测试控制器再次进入测试环节，整个测试过程是一种闭环测试，实现了敏感设备电压暂降耐受能力的全自动测试。

其中，举例说明几种典型敏感设备的复位，acc、plc、低压脱扣器、开关电源恢复正常供电后，设备能自动复位，待设备复位后，即可开始下一次耐受能力测试。asd的复位方法通常有三种：将asd断电一次再通电；接通asd复位信号端子0.1s以上；使用操作面板上的复位键进行复位。测试中根据测试的asd类型选择对应的复位方法，asd故障后，自动测试控制器发出相应复位指令，asd进行复位，待asd复位后，开始下一次耐受能力测试。pc故障表现状态为死机、自动重启、蓝屏、关机，耐受能力测试中统一采用重启作为pc复位方式，即当pc故障后，自动测试控制器对pc发出复位信号，重启后开启下一次耐受能力测试。

需要说明的是，自动测试控制器还用于：根据电力信号绘制并显示电压暂降耐受曲线图。电压暂降耐受曲线图划分三个区域，三个区域分别为：正常运行区域、不确定运行区域和运行故障区域。由于同一电压暂降信号会反复测试多次，如果设备均正常运行，则以数字“1”记录，若设备均不正常运行，则用数据“0”记录，若多次测试中既有正常运行的测试结果，又有不正常运行的，则用字母“x”记录，存储这些测试的数据，如暂降幅值、持续时间和测试向量，以及测试结果信号，即1或0或x，自动测试控制器会根据结果进行绘图，并显示；绘制的图像如图4所示，图4为某设备电压暂降幅值/持续时间的电压暂降耐受曲线图，横轴是持续时间，单位是ms；纵轴是电压暂降幅值，单位是百分比％；主要包括两条曲线，三个区域：正常运行区域、不确定区域和设备故障区域，这些区域代表着敏感设备在不同的测试向量下的测试状态。也可以根据实际需要绘制相位跳变/持续时间曲线图、波形起始点/持续时间曲线图等。

需要说明的是，自动测试控制器还用于：在开始进行测试前，生成测试流程；在完成测试任务后，生成测试报告。系统自动生成报告，免去人力统计消耗的工作量的时间，且更加准确客观。

需要说明的是，自动测试控制器还用于：提供向自动测试控制器输入数据采集器的基础信息、待测敏感设备的基础信息、电压暂降发生器的基础信息的界面。测试人员可以在自动测试控制器中手动录入暂降发生器、典型敏感设备、数据采集器的基础信息(包括生产厂家、额定电压、额定电流、额定功率、设备名称等)；自动测试控制器依据典型敏感设备的基础信息(额定电压、额定电流、额定功率)分析出该设备所需的额定负载、所需采集的测试数据和故障判据，然后向虚拟负荷模块发出指令信号，虚拟负荷模块依据收到的信号精准模拟出所需的额定负载；同时向数据采集器发出指令，数据采集器根据指令采集相应的测试数据。

需要说明的是，自动测试控制器还用于：根据对比接收的数据采集器采集的电压暂降信号与预置电压暂降信号是否存在明显差异监测电压暂降发生器。若是存在差异，则停止测试，检查暂降发生器是否出现故障，如果没有，表示该次测试正常，判断设备运行是否存在故障。

需要说明的是，自动测试控制器还用于：设置每类测试向量的测试步长以及同一测试信号下的重复测试次数。测试步长推荐采用封闭法中的测试步长，亦可更改；重复测试次数一般设置不能少于4次，即同一电压暂降信号需要测试不少于4次，每次测试后，如果待测敏感设备运行正常，则冷却60s，然后进入下一次测试，如果待测敏感设备运行不正常，则需要预留2min的复位时间，完成复位后再进行下一次测试。

需要说明的是，测试向量包括：相位跳变、波形起始点、结束点、谐波含量、频率变化、电压暂降类型和负载类型。测试结果的标准量是暂降幅值和持续时间，结果以暂降幅值和持续时间作曲线图。

电压暂降发生器202，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，生成电压暂降信号，并发送至待测敏感设备。

需要说明的是，由于敏感设备电压暂降耐受能力存在不确定性，即同一电压暂降信号下，敏感设备有时可能正常运行，有时无法正常运行，具备不确定性，所以一般的同一电压暂降信号需要重复测试4次以上，具体可根据实际需求设置。

虚拟负荷模块203，用于接收自动测试控制器发送的控制信号，模拟待测敏感设备的实际负载。

需要说明的是，虚拟负荷模块主要是通过电子元件吸收电能并将其消耗，其中的电子元件采用半导体器件，使得虚拟负荷易于调节和控制，能准确模拟阻性、感性、容性负载和阻性容性感性不同比例综合负载以及电机，因此，虚拟负荷可以模拟真实环境中的负载，还能够准确检测出负载电压，精确调整负载电流，同时可以实现模拟负载短路、负载的阻性或容性、容性负载电流上升时间等。

数据采集器204，用于接收自动控制器发送的控制信号，采集电力信号，并将电力信号上传至自动测试控制器。

需要说明的是，采集器采集的不同的电力信号是判断不同敏感设备在测试过程中的状态的重要依据，举例说明几种敏感设备在暂降电压下的表现，acc和低压脱扣器都是开关类敏感设备，正常运行时开关闭合，收到电压暂降的影响，开关会跳开，即如果开关断开，则表示该设备不能承受该电压暂降信号，数据采集器采集acc/低压脱扣器的开关量信号，闭合用“t”记录，断开用“f”记录，自动测试控制器主要以是否存在“f”作为故障判断依据；plc和asd需要带负载运行，当敏感设备运行故障时，虚拟负荷电流降低至0，采集电流数据作为判断故障的依据；开关电源在电压暂降时，其输出端电压会受到影响，从而影响其供电设备的工作状态，可以根据采集开关电源的输出端电压，结合国际定义的电压暂降阈值判断运行是否发生故障；pc的关机，重启，蓝屏，死机等状态出现时操作系统会生成一个故障信息，通过数据采集器采集该故障信息作为自动测试控制器中的故障判据。

为了便于理解，请参与图5，本申请中还提供了一种敏感设备电压暂降耐受能力自动测试方法的实施例，包括：

步骤301、通过自动测试控制器选择的测试向量触发电压暂降发生器生成电压暂降信号，进行敏感设备电压暂降耐受能力测试；

步骤302、通过虚拟负荷模拟待测敏感设备的实际负载；

步骤303、通过数据采集器采集系统的电力信号，电力信号包括：电压暂降信号、待测敏感设备的测试数据和虚拟负荷模块的电流信号；

步骤304、通过自动测试控制器分析电力信号，得到测试结果；

步骤305、根据电力信号绘制并显示电压暂降耐受曲线图。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：read-onlymemory，英文缩写：rom)、随机存取存储器(英文全称：randomaccessmemory，英文缩写：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。