摘要:根據(jù)電能質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀及傳統(tǒng)儀器測(cè)試系統(tǒng)存在的問(wèn)題，開發(fā)一種基于虛擬儀器技術(shù)的新型電能質(zhì)量自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)#65377;采用LabVIEW軟件作為系統(tǒng)的開發(fā)平臺(tái)，只需一塊數(shù)據(jù)采集卡安裝在微機(jī)內(nèi)即可通過(guò)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)快速#65380;在線#65380;準(zhǔn)確測(cè)量各項(xiàng)電力參數(shù)，實(shí)時(shí)分析電能質(zhì)量，顯示#65380;打印#65380;保存測(cè)試結(jié)果，并可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)#65377;系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與變更可以由用戶自定義，實(shí)現(xiàn)“軟件即儀器”#65377;

關(guān)鍵詞:電能質(zhì)量;LabVIEW;虛擬儀器

中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

1引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，電力系統(tǒng)各種負(fù)荷急劇增加#65377;沖擊性#65380;非線性負(fù)荷的增加，必然引起電網(wǎng)產(chǎn)生波形畸變#65380;電壓波動(dòng)#65380;閃變及三相不平衡等電能質(zhì)量問(wèn)題，導(dǎo)致電力變壓器損壞#65380;斷路器動(dòng)作#65380;中線過(guò)熱和設(shè)備損壞等后果#65377;因此，電力參數(shù)檢測(cè)既是評(píng)定電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是電力技術(shù)人員采取補(bǔ)償措施的關(guān)鍵依據(jù)#65377;長(zhǎng)期以來(lái)，電力參數(shù)檢測(cè)無(wú)論是采取人工記錄式或微處理機(jī)統(tǒng)計(jì)式檢測(cè)系統(tǒng)，均存在儀器設(shè)備復(fù)雜#65380;智能化程度低的缺陷，難以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)測(cè)試的要求，功能全#65380;體積小#65380;智能化#65380;高可靠性的現(xiàn)代化電力參數(shù)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)成為當(dāng)代電力系統(tǒng)的迫切需要#65377;

2系統(tǒng)構(gòu)成

2.1硬件與軟件環(huán)境

計(jì)算機(jī)配置:本系統(tǒng)可利用筆記本式工控機(jī)，結(jié)合高速#65380;高精度的采樣接口，配以豐富的軟件構(gòu)成功能強(qiáng)大的電能量參數(shù)綜合測(cè)試系統(tǒng)#65377;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本配置為P4 2.4G CPU/80G HDD/512M RAM/64M顯存#65377;數(shù)據(jù)采集卡采用美國(guó)NI公司PCI6024E數(shù)據(jù)采集卡#65377;系統(tǒng)平臺(tái):中文Windows2000/XP/NT平臺(tái)，LabVIEW軟件開發(fā)系統(tǒng)

2.2系統(tǒng)構(gòu)成

基于虛擬儀器的電能質(zhì)量自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由硬件電路和軟件組成#65377;硬件電路包括傳感器#65380;信號(hào)調(diào)理電路(含整形#65380;濾波#65380;隔離等電路)#65380;A/D轉(zhuǎn)換電路#65380;數(shù)據(jù)采集/保持系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)主機(jī);軟件編程以美國(guó)國(guó)家儀器公司的LabVIEW為開發(fā)平臺(tái)#65377;系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖1所示#65377;

3系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)虛擬化工作流程見圖2#65377;進(jìn)入系統(tǒng)主界面，用戶根據(jù)需要選擇測(cè)量模塊使系統(tǒng)進(jìn)入相應(yīng)的操作面板，如電壓測(cè)量#65380;電流測(cè)量#65380;頻率測(cè)量#65380;功率測(cè)量#65380;相位測(cè)量#65380;功率因數(shù)測(cè)量#65380;諧波分析等#65377;系統(tǒng)先將被測(cè)對(duì)象經(jīng)傳感器單元變成交流小信號(hào)由采集單元對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后送計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，顯示各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，并可存檔或打印#65377;同時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能#65377;

圖1系統(tǒng)構(gòu)成框圖 圖2系統(tǒng)虛擬化工作流程圖

計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化2007年3月 第26卷第1期方向東:基于LabVIEW的電能質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

4系統(tǒng)特點(diǎn)

1)采用數(shù)字濾波#65380;數(shù)據(jù)采集卡#65380;窗函數(shù)等信息處理方法，建立新型電力參數(shù)測(cè)量數(shù)學(xué)模型，完成電能質(zhì)量分析與電能計(jì)量等智能功能#65377;

2) 采用虛擬儀器技術(shù)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組建方便，智能化程度高，可方便地作為電力系統(tǒng)電測(cè)計(jì)量人員試驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)的常用測(cè)試設(shè)備#65377;

3) 通過(guò)Internet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)#65380;管理與調(diào)度，可靠性高#65380;擴(kuò)充性強(qiáng)#65380;可移植性強(qiáng)#65377;

5系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以軟件為核心，依靠軟件及低成本硬件(如插入式板卡)實(shí)現(xiàn)儀器功能，并利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算#65380;顯示與擴(kuò)展功能，使系統(tǒng)具有傳統(tǒng)儀器無(wú)法比擬的優(yōu)越性#65377;基于G語(yǔ)言的LabVIEW開發(fā)平臺(tái)是目前國(guó)際最先進(jìn)的虛擬儀器控制軟件，集中了對(duì)數(shù)據(jù)的采集#65380;分析#65380;處理#65380;表達(dá)，各種總線接口#65380;VXI儀器#65380;GPIB及串口儀器驅(qū)動(dòng)程序的編制，以及強(qiáng)大的數(shù)學(xué)工具包，并具有網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程通訊功能#65377;

5.1數(shù)據(jù)采集卡的安裝與配置

PCI-6024E的硬件安裝較為簡(jiǎn)便，將其插入PC機(jī)內(nèi)的PCI插槽，通過(guò)68芯專用連接器BNC-2120與外部信號(hào)連接#65377;完成硬件連接之后，即可安裝該卡的驅(qū)動(dòng)程序#65377;

5.2系統(tǒng)功能選擇菜單

主菜單將系統(tǒng)劃分為電壓測(cè)量#65380;電流測(cè)量#65380;頻率測(cè)量#65380;功率測(cè)量#65380;相位測(cè)量#65380;存盤打印#65380;遠(yuǎn)程通訊等功能模塊，實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)的測(cè)量#65380;計(jì)算#65380;顯示#65380;統(tǒng)計(jì)#65380;打印與存盤，同時(shí)完成采集站與主機(jī)間的數(shù)據(jù)交換#65377;

5.3電力參數(shù)測(cè)量程序與測(cè)試結(jié)果顯示

限于文章篇幅，僅以電壓測(cè)量為例#65377;電壓傳感器采集被測(cè)信號(hào)，經(jīng)過(guò)變換器轉(zhuǎn)換為采集卡能接受的信號(hào)，通過(guò)低通濾波器濾掉高頻干擾部分以防止混疊誤差，然后調(diào)用LabVIEW軟件的窗函數(shù)防止頻譜泄露#65377;系統(tǒng)連續(xù)采樣五點(diǎn)樣本并計(jì)算其平均值以減小粗大誤差，將結(jié)果顯示#65380;記錄#65380;保存，并設(shè)置越限報(bào)警與電壓質(zhì)量合格率統(tǒng)計(jì)功能#65377;圖3是A相電壓測(cè)量模塊的框圖程序#65377;

三相電壓監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)波形圖，數(shù)字框顯示三相電壓有效值#65377;A#65380;B#65380;C三相報(bào)警指示燈用于監(jiān)測(cè)各相電壓是否越限，正常時(shí)指示燈為綠色，電壓過(guò)低或過(guò)高時(shí)指示燈為紅色#65377;系統(tǒng)對(duì)三相電壓的電壓質(zhì)量合格率根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL500-92進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并可統(tǒng)計(jì)出系統(tǒng)的年電壓質(zhì)量合格率#65377; 圖3 電壓測(cè)量模塊的框圖程序

圖4 三相電壓監(jiān)測(cè)模塊前面板

6結(jié)束語(yǔ)

電力作為當(dāng)今使用最為廣泛的能源，對(duì)其頻率#65380;電壓#65380;電流#65380;相位#65380;功率#65380;功率因數(shù)諧波分析等電能質(zhì)量參數(shù)的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，具有廣泛的市場(chǎng)空間#65377;本系統(tǒng)將虛擬儀器引入電能質(zhì)量參數(shù)自動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域，順應(yīng)了現(xiàn)代儀器的發(fā)展方向#65377;系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集#65380;信號(hào)分析#65380;處理#65380;數(shù)學(xué)工具#65380;儀器驅(qū)動(dòng)程序及遠(yuǎn)程通訊等功能具有較新的技術(shù)含量，因而頗具實(shí)用價(jià)值#65377;

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。