一种数字化工厂电力系统用电能质量分析方法与流程

本发明属于电能质量测试，尤其涉及一种数字化工厂电力系统用电能质量分析方法。

背景技术：

1、目前使用电能质量分析仪测试分析电能质量，这种方法需要将电压、电流信号通过测试线直接接入电能质量分析仪本体，虽然这种连接方式可靠，信号衰减小，但被测试对象二次侧需要与电能质量分析仪直接连接，不方便固定测试线，测试线固定不牢易造成二次电压短路或二次电流开路，操作时安全风险比较大，再者每次测试时接、拆线都比较麻烦，同时需要用电源线盘从较远处拉线给电能质量分析仪供电，远距离拉线容易被人拔掉或绊断，造成测试中断、数据丢失，同时在农村有些台变很难找到合适的电源给电能质量分析仪供电，相关技术中，公开了一种基于无线采样实现电能质量测试分析的方法，具体是无线采样单元连接电力系统二次侧的电压和电流，接收来自数字化电能质量分析单元的同步信号，同时将采集的数据通过无线发送至数字化电能质量分析单元，数字化电能质量分析单元通过无线实现无线采样单元的同步采集，同时接收来自无线采样单元的带时标的数据并进行分析和处理，从而实现电能质量测试分析。本发明不需要远距离拉线供电，测试回路接、拆线简单而不费时，提高了工作效率，整个测试过程监督跨度小且易实现。

2、但是，上述结构中还存在不足之处，上述结构成本较高，且容易受网络技术的发展显示，并且对于数据的核查和记录存在不便。

3、因此，有必要提供一种新的数字化工厂电力系统用电能质量分析方法解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种成本低，可以解决稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾，并且能够对数据进行保存，使其具有便于核查与记录的数字化工厂电力系统用电能质量分析方法。

2、为解决上述技术问题，本发明提供的数字化工厂电力系统用电能质量分析方法包括：数字化工厂变电站所使用的通信协议－iec61850协议；

3、所述iec61850协议采用自顶向下的方式对化工厂自动化系统进行分层、功能定义和对象建模，并对一致性检测作出详细定义；

4、所述iec61850协议包括有通信模型、远动通信协议－iec870－5－101、继电保护信息接口－iec870－5－103、变电站和馈线设备通信协议－uca2.0和制造商信息规范mms－iso/iec9506；

5、所述iec61850协议是用于不同厂商产品之间的互操作性，所述iec61850协议采用分层结构体系，把通信模型分为三个层，所述三个层分别为变电站层、间隔层和过程层，并定义各层之间的接口；

6、所述变电站层分为两类，所述两类包括如下：

7、第一类：是与过程层相关的功能，主要指利用各个间隔或全站的信息对多个间隔或全站的一次设备发生作用的功能，如母线保护或全站范围内的逻辑闭锁等，变电站层通过逻辑接口8完成通信功能；

8、第二类：是与接口相关的功能，主要指与远方控制中心、工程师站及人机界面的通信，通过逻辑接口1,6,7完成通信功能。

9、所述间隔层的功能是利用间隔的数据对本间隔的一次设备产生作用，如线路保护设备或间隔单元控制设备就属于这一层，所述间隔层通过逻辑接口4和逻辑接口5与过程层通信，通过逻辑接口3完成间隔层内部的通信功能；

10、所述过程层主要完成开关量i/o、模拟量采样和控制命令的发送等于一次设备相关的功能，所述过程层通过逻辑接口4和逻辑接口5与间隔层通信。

11、作为本发明的进一步方案，所述iec61850协议包括面向对象的标准、通信网络性能要求、接口/映射、系统/项目管理和一致性测试等。

12、作为本发明的进一步方案，所述iec61850协议具有以下特点：

13、①.采用分布分层的结构体系，便于维护和管理；

14、②.采用面向对象的建模技术，对各功能的分配更加自由；

15、③.采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射，把通信服务要求和具体的通信协议分离开，有利于适应通信技术的不断发展；

16、④.具有互操作性，适应现代信息的交流习惯；

17、⑤.开放的面向未来的体系结构，便于化工厂变电站的长期发展。

18、作为本发明的进一步方案，所述iec61850协议采用通信服务接口acsi，所述acsi采用抽象建模技术，为变电站设备定义了公共应用服务，从而提供了通过虚拟镜像访问真实数据和真实设备的途径，且虚拟的观点可用于描述设备的全部行为，任何的设备、控制器、甚至scada系统、维护系统或者工程系统可以使用acsi服务与这些设备进行互操作。

19、作为本发明的进一步方案，所述iec61850协议采用scada实现对acsi服务到不同协议栈的映射，这样便可以实现通信和应用的分离，能够适用于不同的应用层。按照变电站自动化系统功能的不同通信需求，iec61850定义了四种不同的通信协议栈，所述四种不同的通信协议栈包括如下：

20、①.核心acsi服务：此服务基于客户/服务器通信结构，采用了制造报文规范mms作为应用层协议；

21、②.sv/goose传输服务及gse管理服务：所述sv/goose传输服务用于快速、可靠的传输采样值信息和保护及控制信息，所述sv报文和goose报文的应用层协议数据单元pdu专门定义，所述gse管理服务是对goose/gsse控制块的引用等进行读取；

22、③.gsse报文传输服务：此服务用于传输状态变化信息，它是基于mms的信息报告实现的。

23、④.时钟同步：采用了简单网络时间协议sntp作为应用专规(a-profile)。

24、作为本发明的进一步方案，所述数字化工厂变电站包括数据包的获取、数据包的分析和电能指标的算法，所述数字化工厂变电站中的各个ied均用以太网相连，其中数字化工厂变电站包括有电压互感器和电流互感器也变为电子式电压互感器和电子式电流互感器，通过iec61850协议为数字化数字化工厂变电站做出统一的通信标准，采样值由电子式电压/电流互感器获取以后传送到合并单元，再通过合并单元把采样值传送到总线上，这些采样值以某种特种的格式组帧并传输，采用winpcap库进行了对链路层采样值数据帧的抓取，所述winpcap库经验证能够对数据链路层的以太网数据帧进行高效、无缝的抓取，效率高且丢包率低，其中采样值数据包由winpcap抓取以后，得到的是一系列的二进制数，所述组帧格式由iec61850规定，只有对数据包解析成电压和电流值，才能够进行下一步的计算。

25、作为本发明的进一步方案，所述电子式电压互感器的工作范围为0～100v，相应的比例为57.73v～24d1～11585，所述电子式电流互感器的工作范围为0～5a，相应的比例为5a～2d41～11585，保护电流对应的比例为5a～01cf～465，通过对抽取数据并与协议比对，经过比例换算可得到电压与电流值。

26、与相关技术相比较，本发明提供的数字化工厂电力系统用电能质量分析方法具有如下有益效果：

27、1、本发明通过设置局域以太网技术在软、硬件方面都己经成熟，而且成本低廉，iec61850将iso/iec 8802－3作为变电站自动化系统通信堆栈的底层，即最大地应用被广泛接受并使用的标准和通信原理，通用的网络管理工具可以很容易地获得，并且与广泛使用的网络结构是兼容的，因此高性能的现代网络技术使得通信结构能够完成更多的功能，并且更容易升级，从而降低了系统的实现成本，并且通过scsm可以实现应用与通信的分离，应用或通信介质的改变只需修改相应的scsm，这样iec61850就能够灵活地适应应用技术以及通信技术的发展；

28、2、本发明通过设置acsi，其中的抽象概念包含两个方面：所述acsi提供了用来定义变电站特定信息模型的基本模型的说明，所述acsi还提供了信息交换服务模型的说明，其抽象意味着acsi着重描述所提供的服务，而与设备间交换的具体报文(如何实现服务)无关，因此,acsi不定义具体的acsi报文,acsi服务映射到应用层的一个或多个应用层报文(apdu协议数据单元)，按照相关的应用层特性，对于映射的方法可以是不同的，对于iec61850来讲，采用了特殊通信服务映射scsm，所述iec61850标准使用acsi和scsm技术，解决了稳定性与未来网络技术发展之间的矛盾；

29、3、本发明通过对采样值数据的实时接收、解析与计算，并且能够通过波形形象的显示在界面中，对电能质量指标比如谐波分析进行了计算，能够实时显示数据，能够对数据进行保存，便于核查与记录。