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摘要：本文介绍了PQDIF数据的组成与结构，并以此为基础，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和方法及PQDIF软件包（SDK）的功能和应用。
关键词：PQDIF；电能质量
【分类号】：TM769
长期以来，我国的电能质量在线监测没有统一的标准，一般以设备厂家的监测仪器为核心，不仅种类繁多，而且各成体系。这就造成了各厂商系统软件及数据不兼容、通信和操作方式的不一致等问题。因此，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 DataInterchangeFormat）。它完全独立于监测设备的软、硬件，不仅可以较好地解决多数据源数据的兼容问题，还可以实现电能质量物理属性的多角度观察功能，满足了电能质量监测技术的发展需要。
1. 电能质量数据PQDIF格式
电能质量数据交换格式PQDIF是一种平面文件结构。它由一系列逻辑相关的“记录”（ Record）链接而成，在每个记录中包含一系列元素，它定义了记录的内容。PQDIF文件结构分为物理层和逻辑层。
1.1 PQDIF的物理层结构
物理层结构就是指PQDIF的物理组成方式，它不涉及具体内容，由一系列相互关联的记录组成。文件中的每一个记录都有相同的结构即都包含记录头和记录体。这些关联由记录在文件中的绝对地址或者偏移地址组成，并全部记录在记录头中。这种结构相当于一个链表结构，每个记录头包括本身及其下一个记录在文件中的位置，相当于链表中的指针，可以很方便的对文件中的记录进行增、删、查操作。
记录头包括一个唯一标识符GUID（Golbally Unique Identifier）标记，包括一个指定记录类型的标记符以及记录头大小、记录体大小等信息。
记录体由一系列的元素组成。PQDIF共有3种类型的元素：集合（Collection）、标量（Scalar）和向量数组（Vector）。集合由标识符和与其他元素的相对链接组成；标量是指一个元素的物理类型；向量数组是一个指定了物理类型且大小可变的数组。
1.2 PQDIF的逻辑层结构
PQDIF文件的逻辑层使用物理层定义好的结构，利用特定的标记在文件中建立元素，分层分级描述所需记录的属性。逻辑层的基本结构由记录的逻辑层次组成，即由一个信息包（Container）连着一个或多个数据源记录组成。这种结构与数据库的结构十分类似，可以很明确的表示出数据文件之间的从属关系。这样可以通过定义新的标识来“扩展”记录，记录的顺序由每个记录头文件中的绝对链接来定义。数据源记录又包括监控器设置记录和观测记录。监控器设置记录中包含了具体某台监测仪器的类型、厂商信息以及设备信息等；观测记录包括相电压、相电流、有功和无功功率、实时波形等都可以在该对象中定义。
1.3 PQDIF的压缩方法
PQDIF文件是二进制格式的，不压缩也相当紧凑，但应用中大多数PQDIF文件都是经过压缩的，所以有必要对其压缩方法有所了解。PQDIF文件采用没有版权限制的ZLIB库，运用LZ77算法进行压缩。文件在压缩时采用一种叫做记录级的压缩方法，即所有的记录头都不压缩，而且文件的第一个记录即信息包记录也不压缩。这种压缩方法允许PQDIF文件在被应用程序读取数据时，不必要先对文件的条目内容进行阅读和解压缩就能够很快的了解文件的结构。
2. PQDIF在电能质量在线监测系统中的应用
2.1 PQDIF数据交换格式的实现方法
PQDIF是专门针对电能质量数据特点设计的一种数据格式，完全从电能质量信息的角度来考虑问题，位于整个系统中数据层的底层，所要解决的是相对于一个数据库来说异构数据源之间的数据通用性问题。电能质量监测系统产生的原始数据通过PQDIF与应用层的数据库打交道，因此，PQDIF是比数据库更低层的数据源信息。它一方面屏蔽了数据库面对各种不同监测设备的数据复杂性，同时通过PQDIF这一通用平台向下协调了异构数据源，向上为访问数据的应用层提供了统一的数据格式和访问接口。这不仅可以简化、统一应用程序开发人员的开发环境，而且减少程序设计的复杂性，还便于汇集不同数据源上的数据。
PQDIF的转换一般有2种方式。其一是由电能质量监测设备直接进行转换，即在前置单元和监控主机通信前完成格式转换，直接以PQDIF格式存储数据。这种方法不仅要求监测设备本身具有较大的存储空间，而且要求监测设备具有较高的CPU处理能力。因为在实际工程应用中，高质量监测设备常采用处理运算量较大的算法程序（如FFT、小波算法），而且监测参数的获得实时性要求较高，若再进行PQDIF格式的转换会大幅提高CPU的使用率；另外监测仪器作为终端设备一般不可能设计成大容量存储设备，故而这种方法在实际工程中应用较少。其二是厂家选择习惯的方法储存数据，再使用特定的程序将监测设备中原来的数据文件转换成PQDIF文件。工程实现中监测设备将获得的原始数据以文本格式进行存储，在进行通信时由监控主机完成文件格式的转换工作。
2.2 电能质量在線监测系统的整体设计
电能质量在线监测系统的整体结构，系统采用B/S分布式3层网络结构。第1层为处于变电站（所）的电能质量监测设备，用于收集电能参数并进行简单的分析形成文本文件或者直接以PQDIF文件格式进行保存， 并负责上传至监控主机。一些报警报文必须实时上传并作相应联动，而测量量按照实时等级进行分时上传。第2层为监控主机和数据库服务器，监控主机负责接收来自监测设备的数据，并从PQDIF文件读出数据放入数据库服务器，终端用户共享数据库信息。第3层为管理层，包括后台数据库和Web应用发布系统，由服务器、管理终端、用户终端等组成。监控主机通过局域网与下层的监测设备进行通信，各监测设备可以主动上传数据给监控主机，监控主机也可以通过召唤传输任一监测设备的数据。监测设备的接入可以采用以太网或者MODEM等方式接入。 3. PQDIF的开发软件包（SDK）
PQDIF提供了一种稳定的数据类型格式，提高了不同类型系统的兼容性，而且PQDIF软件包使我们运用PQDIF格式变得更加简单方便。PQDIF软件包包含3个类型的软件。一是Text toPQDIFConverter，它可以将扩展名为*.csv、*.dat和*.txt的文件转换成PQDIF文件。二是PQDIF File Format Converter，它的作用是将ETK/ BMI PASS文件转换成PQDIF文件。三是PQDIF Utility Application，它用以顯示PQDIF文件，通过这个软件可以查看PQDIF的具体内容以及其它信息。
SDK在应用时需首先将监测设备得到的原始数据按照记录格式写成数据源集合的PQDIF结构。这是一种纯文本文件，再通过Text toPQDIFConverter将这个文本文件转换成PQDIF格式。然后就可以利用PQDIFUtilityApplication打开文件。在这个软件中我们不仅可以展开记录的结构，还可以展示记录和文件的性质，比如记录体的大小、记录的位置以及压缩程度等等。在Visualization选项中还可以用波形来显示数据，使我们能对数据所代表的意义一目了然。
4. 结语
PQDIF格式作为一种标准规范，为数据的共享与管理提供了一个很好的通用平台，有利于电能质量监测系统的标准化发展。从经济性和高效性的角度来说，PQDIF文件格式避免了多个数据源的复杂性，软件开发人员只需要面对标准的基础构件，就能实现对监测数据的应用与管理，这无疑大大提高了工作效率，降低了经济成本。因此，PQDIF针对电能质量监测系统的发展进程、应用前景相当广阔。
参考文献：
[1]刘小舟，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.
[2]李树军，石新春，等.基于PQDIF的电能质量监测系统的设计[J].大功率变流技术，2009.
[3]丁屹峰，程浩忠，占勇等.基于PQDIF格式压缩的电能质量数据模型[J].继电器，2005.
[4]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.
作者简介：
门连生，男，40岁，生于1973年2月，籍贯：山西省晋城市，毕业于太原科技大学计算机与技术专业，现就职于国网晋城泽州供电公司，工程师。
关键词：PQDIF；电能质量
【分类号】：TM769
长期以来，我国的电能质量在线监测没有统一的标准，一般以设备厂家的监测仪器为核心，不仅种类繁多，而且各成体系。这就造成了各厂商系统软件及数据不兼容、通信和操作方式的不一致等问题。因此，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 DataInterchangeFormat）。它完全独立于监测设备的软、硬件，不仅可以较好地解决多数据源数据的兼容问题，还可以实现电能质量物理属性的多角度观察功能，满足了电能质量监测技术的发展需要。
1. 电能质量数据PQDIF格式
电能质量数据交换格式PQDIF是一种平面文件结构。它由一系列逻辑相关的“记录”（ Record）链接而成，在每个记录中包含一系列元素，它定义了记录的内容。PQDIF文件结构分为物理层和逻辑层。
1.1 PQDIF的物理层结构
物理层结构就是指PQDIF的物理组成方式，它不涉及具体内容，由一系列相互关联的记录组成。文件中的每一个记录都有相同的结构即都包含记录头和记录体。这些关联由记录在文件中的绝对地址或者偏移地址组成，并全部记录在记录头中。这种结构相当于一个链表结构，每个记录头包括本身及其下一个记录在文件中的位置，相当于链表中的指针，可以很方便的对文件中的记录进行增、删、查操作。
记录头包括一个唯一标识符GUID（Golbally Unique Identifier）标记，包括一个指定记录类型的标记符以及记录头大小、记录体大小等信息。
记录体由一系列的元素组成。PQDIF共有3种类型的元素：集合（Collection）、标量（Scalar）和向量数组（Vector）。集合由标识符和与其他元素的相对链接组成；标量是指一个元素的物理类型；向量数组是一个指定了物理类型且大小可变的数组。
1.2 PQDIF的逻辑层结构
PQDIF文件的逻辑层使用物理层定义好的结构，利用特定的标记在文件中建立元素，分层分级描述所需记录的属性。逻辑层的基本结构由记录的逻辑层次组成，即由一个信息包（Container）连着一个或多个数据源记录组成。这种结构与数据库的结构十分类似，可以很明确的表示出数据文件之间的从属关系。这样可以通过定义新的标识来“扩展”记录，记录的顺序由每个记录头文件中的绝对链接来定义。数据源记录又包括监控器设置记录和观测记录。监控器设置记录中包含了具体某台监测仪器的类型、厂商信息以及设备信息等；观测记录包括相电压、相电流、有功和无功功率、实时波形等都可以在该对象中定义。
1.3 PQDIF的压缩方法
PQDIF文件是二进制格式的，不压缩也相当紧凑，但应用中大多数PQDIF文件都是经过压缩的，所以有必要对其压缩方法有所了解。PQDIF文件采用没有版权限制的ZLIB库，运用LZ77算法进行压缩。文件在压缩时采用一种叫做记录级的压缩方法，即所有的记录头都不压缩，而且文件的第一个记录即信息包记录也不压缩。这种压缩方法允许PQDIF文件在被应用程序读取数据时，不必要先对文件的条目内容进行阅读和解压缩就能够很快的了解文件的结构。
2. PQDIF在电能质量在线监测系统中的应用
2.1 PQDIF数据交换格式的实现方法
PQDIF是专门针对电能质量数据特点设计的一种数据格式，完全从电能质量信息的角度来考虑问题，位于整个系统中数据层的底层，所要解决的是相对于一个数据库来说异构数据源之间的数据通用性问题。电能质量监测系统产生的原始数据通过PQDIF与应用层的数据库打交道，因此，PQDIF是比数据库更低层的数据源信息。它一方面屏蔽了数据库面对各种不同监测设备的数据复杂性，同时通过PQDIF这一通用平台向下协调了异构数据源，向上为访问数据的应用层提供了统一的数据格式和访问接口。这不仅可以简化、统一应用程序开发人员的开发环境，而且减少程序设计的复杂性，还便于汇集不同数据源上的数据。
PQDIF的转换一般有2种方式。其一是由电能质量监测设备直接进行转换，即在前置单元和监控主机通信前完成格式转换，直接以PQDIF格式存储数据。这种方法不仅要求监测设备本身具有较大的存储空间，而且要求监测设备具有较高的CPU处理能力。因为在实际工程应用中，高质量监测设备常采用处理运算量较大的算法程序（如FFT、小波算法），而且监测参数的获得实时性要求较高，若再进行PQDIF格式的转换会大幅提高CPU的使用率；另外监测仪器作为终端设备一般不可能设计成大容量存储设备，故而这种方法在实际工程中应用较少。其二是厂家选择习惯的方法储存数据，再使用特定的程序将监测设备中原来的数据文件转换成PQDIF文件。工程实现中监测设备将获得的原始数据以文本格式进行存储，在进行通信时由监控主机完成文件格式的转换工作。
2.2 电能质量在線监测系统的整体设计
电能质量在线监测系统的整体结构，系统采用B/S分布式3层网络结构。第1层为处于变电站（所）的电能质量监测设备，用于收集电能参数并进行简单的分析形成文本文件或者直接以PQDIF文件格式进行保存， 并负责上传至监控主机。一些报警报文必须实时上传并作相应联动，而测量量按照实时等级进行分时上传。第2层为监控主机和数据库服务器，监控主机负责接收来自监测设备的数据，并从PQDIF文件读出数据放入数据库服务器，终端用户共享数据库信息。第3层为管理层，包括后台数据库和Web应用发布系统，由服务器、管理终端、用户终端等组成。监控主机通过局域网与下层的监测设备进行通信，各监测设备可以主动上传数据给监控主机，监控主机也可以通过召唤传输任一监测设备的数据。监测设备的接入可以采用以太网或者MODEM等方式接入。 3. PQDIF的开发软件包（SDK）
PQDIF提供了一种稳定的数据类型格式，提高了不同类型系统的兼容性，而且PQDIF软件包使我们运用PQDIF格式变得更加简单方便。PQDIF软件包包含3个类型的软件。一是Text toPQDIFConverter，它可以将扩展名为*.csv、*.dat和*.txt的文件转换成PQDIF文件。二是PQDIF File Format Converter，它的作用是将ETK/ BMI PASS文件转换成PQDIF文件。三是PQDIF Utility Application，它用以顯示PQDIF文件，通过这个软件可以查看PQDIF的具体内容以及其它信息。
SDK在应用时需首先将监测设备得到的原始数据按照记录格式写成数据源集合的PQDIF结构。这是一种纯文本文件，再通过Text toPQDIFConverter将这个文本文件转换成PQDIF格式。然后就可以利用PQDIFUtilityApplication打开文件。在这个软件中我们不仅可以展开记录的结构，还可以展示记录和文件的性质，比如记录体的大小、记录的位置以及压缩程度等等。在Visualization选项中还可以用波形来显示数据，使我们能对数据所代表的意义一目了然。
4. 结语
PQDIF格式作为一种标准规范，为数据的共享与管理提供了一个很好的通用平台，有利于电能质量监测系统的标准化发展。从经济性和高效性的角度来说，PQDIF文件格式避免了多个数据源的复杂性，软件开发人员只需要面对标准的基础构件，就能实现对监测数据的应用与管理，这无疑大大提高了工作效率，降低了经济成本。因此，PQDIF针对电能质量监测系统的发展进程、应用前景相当广阔。
参考文献：
[1]刘小舟，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.
[2]李树军，石新春，等.基于PQDIF的电能质量监测系统的设计[J].大功率变流技术，2009.
[3]丁屹峰，程浩忠，占勇等.基于PQDIF格式压缩的电能质量数据模型[J].继电器，2005.
[4]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.
作者简介：
门连生，男，40岁，生于1973年2月，籍贯：山西省晋城市，毕业于太原科技大学计算机与技术专业，现就职于国网晋城泽州供电公司，工程师。