基于ＬａｂＶＩＥＷ的電能質量自動監測系統

摘要:根據電能質量檢測技術的現狀及傳統儀器測試系統存在的問題，開發一種基于虛擬儀器技術的新型電能質量自動測試系統#65377;采用LabVIEW軟件作為系統的開發平臺，只需一塊數據采集卡安裝在微機內即可通過系統軟件實現快速#65380;在線#65380;準確測量各項電力參數，實時分析電能質量，顯示#65380;打印#65380;保存測試結果，并可實現遠程監測#65377;系統功能的擴展與變更可以由用戶自定義，實現“軟件即儀器”#65377;

關鍵詞:電能質量;LabVIEW;虛擬儀器

中圖分類號:TP29文獻標識碼:A

1引言

隨著我國經濟建設的迅速發展，電力系統各種負荷急劇增加#65377;沖擊性#65380;非線性負荷的增加，必然引起電網產生波形畸變#65380;電壓波動#65380;閃變及三相不平衡等電能質量問題，導致電力變壓器損壞#65380;斷路器動作#65380;中線過熱和設備損壞等后果#65377;因此，電力參數檢測既是評定電能質量的重要指標，也是電力技術人員采取補償措施的關鍵依據#65377;長期以來，電力參數檢測無論是采取人工記錄式或微處理機統計式檢測系統，均存在儀器設備復雜#65380;智能化程度低的缺陷，難以滿足現代電力系統測試的要求，功能全#65380;體積小#65380;智能化#65380;高可靠性的現代化電力參數自動測試系統成為當代電力系統的迫切需要#65377;

2系統構成

2.1硬件與軟件環境

計算機配置:本系統可利用筆記本式工控機，結合高速#65380;高精度的采樣接口，配以豐富的軟件構成功能強大的電能量參數綜合測試系統#65377;計算機系統的基本配置為P4 2.4G CPU/80G HDD/512M RAM/64M顯存#65377;數據采集卡采用美國NI公司PCI6024E數據采集卡#65377;系統平臺:中文Windows2000/XP/NT平臺，LabVIEW軟件開發系統

2.2系統構成

基于虛擬儀器的電能質量自動測試系統由硬件電路和軟件組成#65377;硬件電路包括傳感器#65380;信號調理電路(含整形#65380;濾波#65380;隔離等電路)#65380;A/D轉換電路#65380;數據采集/保持系統及計算機主機;軟件編程以美國國家儀器公司的LabVIEW為開發平臺#65377;系統構成框圖如圖1所示#65377;

3系統工作流程

系統虛擬化工作流程見圖2#65377;進入系統主界面，用戶根據需要選擇測量模塊使系統進入相應的操作面板，如電壓測量#65380;電流測量#65380;頻率測量#65380;功率測量#65380;相位測量#65380;功率因數測量#65380;諧波分析等#65377;系統先將被測對象經傳感器單元變成交流小信號由采集單元對信號進行處理后送計算機進行處理，顯示各項檢測結果，并可存檔或打印#65377;同時，系統可實現遠程監控功能#65377;

圖1系統構成框圖 圖2系統虛擬化工作流程圖

計算技術與自動化2007年3月 第26卷第1期方向東:基于LabVIEW的電能質量自動監測系統

4系統特點

1)采用數字濾波#65380;數據采集卡#65380;窗函數等信息處理方法，建立新型電力參數測量數學模型，完成電能質量分析與電能計量等智能功能#65377;

2) 采用虛擬儀器技術，系統硬件結構簡單，組建方便，智能化程度高，可方便地作為電力系統電測計量人員試驗室和現場校驗的常用測試設備#65377;

3) 通過Internet實現遠程數據監測#65380;管理與調度，可靠性高#65380;擴充性強#65380;可移植性強#65377;

5系統設計

系統以軟件為核心，依靠軟件及低成本硬件(如插入式板卡)實現儀器功能，并利用計算機強大的運算#65380;顯示與擴展功能，使系統具有傳統儀器無法比擬的優越性#65377;基于G語言的LabVIEW開發平臺是目前國際最先進的虛擬儀器控制軟件，集中了對數據的采集#65380;分析#65380;處理#65380;表達，各種總線接口#65380;VXI儀器#65380;GPIB及串口儀器驅動程序的編制，以及強大的數學工具包，并具有網絡與遠程通訊功能#65377;

5.1數據采集卡的安裝與配置

PCI-6024E的硬件安裝較為簡便，將其插入PC機內的PCI插槽，通過68芯專用連接器BNC-2120與外部信號連接#65377;完成硬件連接之后，即可安裝該卡的驅動程序#65377;

5.2系統功能選擇菜單

主菜單將系統劃分為電壓測量#65380;電流測量#65380;頻率測量#65380;功率測量#65380;相位測量#65380;存盤打印#65380;遠程通訊等功能模塊，實現電力參數的測量#65380;計算#65380;顯示#65380;統計#65380;打印與存盤，同時完成采集站與主機間的數據交換#65377;

5.3電力參數測量程序與測試結果顯示

限于文章篇幅，僅以電壓測量為例#65377;電壓傳感器采集被測信號，經過變換器轉換為采集卡能接受的信號，通過低通濾波器濾掉高頻干擾部分以防止混疊誤差，然后調用LabVIEW軟件的窗函數防止頻譜泄露#65377;系統連續采樣五點樣本并計算其平均值以減小粗大誤差，將結果顯示#65380;記錄#65380;保存，并設置越限報警與電壓質量合格率統計功能#65377;圖3是A相電壓測量模塊的框圖程序#65377;

三相電壓監測模塊的顯示面板如圖4所示，圖中示波器方式顯示三相電壓的實時波形圖，數字框顯示三相電壓有效值#65377;A#65380;B#65380;C三相報警指示燈用于監測各相電壓是否越限，正常時指示燈為綠色，電壓過低或過高時指示燈為紅色#65377;系統對三相電壓的電壓質量合格率根據電力行業標準DL500-92進行監測，并可統計出系統的年電壓質量合格率#65377; 圖3 電壓測量模塊的框圖程序

圖4 三相電壓監測模塊前面板

6結束語

電力作為當今使用最為廣泛的能源，對其頻率#65380;電壓#65380;電流#65380;相位#65380;功率#65380;功率因數諧波分析等電能質量參數的實時準確監測，具有廣泛的市場空間#65377;本系統將虛擬儀器引入電能質量參數自動測試領域，順應了現代儀器的發展方向#65377;系統的數據采集#65380;信號分析#65380;處理#65380;數學工具#65380;儀器驅動程序及遠程通訊等功能具有較新的技術含量，因而頗具實用價值#65377;

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。