1、PQDIF 在电能质量监测系统数据传输中的应用摘要：本文介绍了 IEEE1159通用电能质量数据转换格式 PQDIF，详述了 PQDIF数据的组成与结构，并以此为基础，着重给出了 PQDIF数据在基于网络结构的电能质量监测系统中的设计思路。 关键词：PQDIF 电能质量监测数据传输 中图分类号：R363.1+24 文献标识码：A 文章编号： 1 引言 随着工业负荷中大量的精密机械的应用以及电力市场的逐步完善，用户对于电网的电能质量提出了越来越高的要求；而另一方面，大量应用电力电子技术的工业设备和家用电器的运行致使电网的电能质量逐渐恶化。例如大量电弧炉等非线性负载的接入使得电网中的谐波污染情况日
2、趋严重；电压闪变现象时常发生等等。这些不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，使得一些对电能质量要求严格的高科技设备无法正常工作，甚至于使它们产生错误的指令和控制动作，这在国防和一些类似电子精密产品等关键行业会产生巨大的影响和严重后果。为此国家技术监督局相继颁布了 6个涉及电能质量指标的国家标准，而建立一个完善、高效、覆盖电网的电能质量监测系统以获取足够充分的数据资料也是目前的当务之急。 长期以来，我国的电能质量在线监测没有统一的标准，一般都以设备厂家的监测仪器为核心，建立小范围的数据中心，通信主要基于 MODEM和以太网等进行传输。这就造成了不同电能质量监测
3、设备的后台分析软件不尽相同，相互之间数据不兼容。为了适应电能质量有关测量数据和计算数据的存储，必须制定统一的数据存储体系作为数据采集、交换和分析的标准格式。IEEE 标准委员会提出了一种电能质量数据的交换格式PQDIF(Power Quality Data Interchange Format)，它完全独立于监测设备的软、硬件，不仅可以较好地解决多源数据的兼容问题，还可以实现电能质量物理属性的多角度观察功能1。 2 PQDIF 的结构 PQDIF 是用标准的数据类型和标记符表示的可压缩的二进制文件格式，作为数据传输格式标准，它提供了不受专利权限制约且有效的压缩方法ZLIB，包含一个物理层和一个
4、逻辑层：其中物理层描述了文件的物理结构而不考虑其中的具体内容；逻辑层则描述了文件的内容。 2.1 PQDIF 的物理结构 一个典型的 PQDIF文件是由一系列的记录(record)组成，各记录之间是通过链接(Link)关系联系起来的，这种链接关系是在每个记录的记录头(header)中表明的，使用链接的功能使得我们可以改变记录结构而不必重写整个文件，比如插入记录、删除记录等。PQDIF 文件中的记录类型都有同样的基本结构，即记录头和记录体。 2.1 .1 记录头 每个记录头都用一个全球唯一的标记符(GUID)来标识，它是全局变量。记录头还包括用标签(Tag)来标识的记录类型，记录头的大小，记录体
5、的大小以及一个指向下一个记录的链接。它还可以包含其他一些内容，比如说状态信息等。 2.1 .2 记录体 记录体是由一系列的元素所组成，共有 3种类型的元素：1)标量(Scalar)：它代表单独的数值；2)矢量(Vector)：它代表一组相同类型的数值；3)集合(Collection)：它是由标识和链接到其他元素的相对链接 (relative links) 组成的数组，用集合元素则很容易创建一个层次结构。 2.2 PQDIF 的逻辑结构 逻辑记录被串在一个隐式的层次中，通过记录类型标签(tagRecordType)来辨识。PQDIF 文件以一个容器记录(tagContainer)开始，它包含文件
6、中所有的数据源（Data Source）记录2。每个数据源记录(Data Source)又包含监测仪设置记录(Monitor setting record)和观测记录(Observation record)。还可以定义新的标记来“扩展”记录。记录的顺序是在每一记录的头文件中的绝对链接定义的。 2.2 .1 容器记录(Container)的逻辑结构 该容器记录包含了所有关于 PQDIF文件的整体信息，其中有两条信息对阅读 PQDIF文件内容是非常重要的： 1）版本（tagVersion）：用于区别不同版本的 PQDIF文件，以免误解信息，提供版本信息也是 PQDIF灵活性的一个体现。 2）文件压
7、缩方法（Compression）：包括两个元素标签即压缩方式CompressionStyle和压缩算法 CompressionAlgorithm。 2.2 .2 数据源记录和观测记录的逻辑结构 观测记录和数据源记录的内部结构是并行的，这样他们就被隐式地联系在一起，这种定义/实例结构类似于面向对象的类/实例结构，并且都服务于共同的目标，即将实例的共同的静态信息保存在定义（或类）中。 2.2 .3 监测仪设置记录的逻辑结构 监测仪设置记录提供了其他的一些信息，它不是必需的，但是一些诸如触发门槛值等重要的信息，还是必须在监测仪设置记录中存储下来的3。 3 监测系统整体设计方案 电网电能质量监测和信息
8、管理系统符合我国电力系统特点，基于电力广域网并应用 PQDIF格式实现了分层分权限管理，覆盖区域电网的实时监测系统。系统由变电所现场监测、市级管理站点和省级电能质量管理中心站三部分构成，通过分层、分权限实现对电网电能质量的分析和管理。 3.1 电能质量现场监测终端 第一层为前置单元即在线式监测终端，用于数据的采集，安置在需监测的变电所现场。将采集到的电压电流信号进行预加工处理，可以在前置单元自带的显示器上显示当地电能质量各项指标结果，同时将这些指标以文件的形式存储在前置单元的硬盘上，通过数据传输线上传到市级站点的监控主机上4。监测终端可接受来自监控主机的参数设置命令和数据上传请求，前置单元应满
9、足以下要求： 1）因监测的数据量大且种类多，所以要求监测装置多通道、多参数、大容量、高精度，并且测量通道可选、可扩展。监测的交流电压信号和电流信号可在装置的液晶显示屏上显示；电压和电流采用光电隔离技术，每路信号均相互隔离； 2）对所有回路的各种电能质量指标进行长时间的实时监测、存储，如基波电压、谐波电压分量、电压总谐波畸变率等，并按国家标准判断电能质量指标是否越限；实现类似于故障录波器的录波功能，对各种指标超标前三秒的波形能记录，实时计算各条线路上的基波、谐波功率及流向； 3）具有开关量输出功能（如越限告警、电容器投切控制等） ； 4）多种通讯方式选择（RS232/485 通讯、电话线或光纤）
10、 ； 5）监测系统界面友好，操作简单易学，具有良好的开放性和可扩展性； 6）接收 GPS时钟信号，对所有采样数据进行 GPS时钟标定。 对于一个实际的设备而言，PQDIF 并不总是最优的本地数据存储格式。通常，供应商都会选择更有利于本仪器内部结构的方式来存储信息。只有当这些数据需要被其他设备使用时，才把它转换为 PQDIF格式。 3.2 市级电网电能质量管理系统 监控主机安置在市级管理站点内，因为对数据的存储和分析调用要求不高，所以可用一台服务器来完成数据库服务器和 web服务器的功能，即接收来自各个监测点的电能质量数据文件，并将其加工整理为便于查看的曲线图或者规定格式表格，通过电力广域网上传
11、给省级监测中心，市级管理站点应满足以下要求： 1）自动接收各监测点上传的实时监测数据； 2）实现各项指标实时、历史数据以浏览器页面方式在局域网内有权限的用户终端上浏览，包括数据的文本、棒状图、趋势图显示； 3）历史数据的统计分析、显示及标准上报报表的生成。统计类型包括日统计、月统计、年统计及任意时段统计；报表类型包括谐波电压统计月报表、谐波电流统计月报表、综合非谐波电能质量指标统计月报表；4）定时自动向省电能质量监测中心上传历史数据和统计数据。 3.3 省级监测中心 省级监测中心不仅对重点监测点有直接实时监测的功能，对于其他的监测点中心也可以即时召唤，还可将上传来的数据进行汇总分析后，实现对事
12、件进行分析和判断、电网整体电能质量情况作出评估和预测并在专家系统支持下提出改善电能质量的处理意见等功能。省级监测中心应满足下列功能要求： 1）提供与电网电能质量相关的 Web浏览，如相关标准、地区监测网的超级链接等，为电网电能质量问题提供技术支持。 2)自动接收各地区电能质量监测网的上报统计数据；自动接收系统内主要电能质量污染源监测点上传的实时数据；自动接收系统内中枢点变电所在监测指标越限时上传的实时数据。 3)合法用户登录后，可调阅各电能质量监测网的上报监测数据；对一些无联网监测装置的用户，可实现手工填报统计数据的上报工作。 4)可进行各种形式的实时与历史监测数据的查询工作，实现地区电网电能
13、质量数据管理系统 Web浏览的全部功能。 5)可定期按要求完成全网电能质量的综合评估工作，并对电网运行中出现的各种暂态现象及故障情况，能从电能质量的角度提供监测分析数据。 4 总结 PQDIF 将海量的电能质量数据规范化为统一的和易于管理的格式，应该说还具有相当广阔的应用前景。尤其是目前电能质量监测系统逐步网络化、信息化和标准化，它更是具有不可取代的优势。它使得电能质量数据可以在不同的仪器设备间传递，而且可以在一个电能质量监测系统中使用不同的仪器设备，大大增加了用户选择仪器的范围，也避免了为多个数据源反复编写底层程序的重复劳动，提高应用程序处理效率。 PQDIF 在国内几个电能质量监测网络（例
14、如江苏、浙江、华北）中已初步得到实现。尽管国内大多采用的是由美国电科院开发的 PQView数据库管理软件做后台分析，我们依然应当致力于在吸收优点的基础上使其功能更强大，更适于国内监测应用。 参考文献 1 刘晓舟,丁华强PQDIF 在电能质量监测系统中的应用J华北电力技术，2007，(4)：3335 2 郭继红,颜湘武,马甲军电能质量数据 PQDIF格式及其实现J电测与仪表,2004,41(9)：41-44 3 张欣欣电能质量在线监测系统及 PQDIF实现D硕士学位论文北京：华北电力大学,2008 4 李树军，石新春，付超基于 PQDIF的电能质量监测系统的设计J 大功率变流技术，2009，20(2)：49-52
