使用LabVIEW和CompactRIO快速原型測量系統(tǒng)用于檢測電力系統(tǒng)中的高頻瞬變

　　傳統(tǒng)上，電網(wǎng)使用的故障記錄儀要么是獨(dú)立儀器要么被集成到現(xiàn)代數(shù)字繼電保護(hù)裝置中。雖然獨(dú)立的故障記錄儀有高采樣頻率(高達(dá)20kHz)和適合諧波分析的帶寬，但是價(jià)格可能極其昂貴。一個(gè)成本較低的替代方法是使用集成在數(shù)字繼電器中的故障記錄儀。

　　現(xiàn)代繼電保護(hù)裝置通常使用大約1 kHz的采樣速率和低通濾波，達(dá)到約300Hz的有效帶寬。如圖1所示，具有這種帶寬的單元缺乏捕獲高頻瞬變信號的能力。帶寬的不足說明了為什么現(xiàn)有繼電 保護(hù)裝置對于間歇發(fā)生的接地故障的檢測能力表現(xiàn)得如此糟糕。如果沒有高頻數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)針對間歇接地故障的可靠算法，極其困難。

　　系統(tǒng)開發(fā)

　　在開發(fā)過程中，一個(gè)獨(dú)立單元的性能至關(guān)重要，因?yàn)樵O(shè)備將被放置在一個(gè)發(fā)電站里。為了滿足這一要求，開發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了NI CompactRIO硬件以及圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件LabVIEW。本系統(tǒng)提供了可移動(dòng)性、靈活性和可擴(kuò)展性以適應(yīng)應(yīng)用的需要。此外，LabVIEW大量現(xiàn)成可用的軟件庫，加上商用現(xiàn)成的硬件模塊，大大地縮短了開發(fā)時(shí)間。

　　NI 9239模 擬輸入模塊具有內(nèi)置的抗混疊濾波器，它能夠在高效帶寬下快速采樣。50kHz的采樣頻率和優(yōu)化的內(nèi)置濾波器提供了22 kHz的有效帶寬。同時(shí)支持高達(dá)250伏的通道隔離特性，提供了一個(gè)現(xiàn)成即用的測量系統(tǒng)無需自定制。一個(gè)便攜式的3G調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)小的路由器保證了與 用戶的通信暢通，并且提供了遠(yuǎn)程開發(fā)功能。

　　CompactRIO FPGA上執(zhí)行程序具有高度的時(shí)間確定性，并且LabVIEW Real-Time Module具有數(shù)據(jù)記錄和通信能力，這一平臺為構(gòu)建高性能測量系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)。此外，完善的解決方案適合于快速原型化應(yīng)用。

　　通信

　　由于電力設(shè)備包括電站內(nèi)的一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，操作者保持可靠的遠(yuǎn)程通信至關(guān)重要。為了確保測量單元的可移動(dòng)性，我們選擇了使用3G調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)小路 由器的解決方案。一個(gè) PC主機(jī)處理與操作者的通信，如圖2所示。此外，該小組使用LabVIEW應(yīng)用程序生成器設(shè)計(jì)了一個(gè)易于使用的界面，這主要是因?yàn)榇蟛糠植僮鲉T缺乏 LabVIEW的使用經(jīng)驗(yàn)。

　　圖2 通信

　　未來計(jì)劃

　　該原型系統(tǒng)基于CompactRIO和LabVIEW展示了現(xiàn)代通信技術(shù)如何結(jié)合低成本靈活的開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)各個(gè)部分的控制和測量。電力供 應(yīng)商和客戶從這個(gè)可靠的、高性能的繼電保護(hù)系統(tǒng)中受益，該系統(tǒng)通過集成具備完整功能的故障記錄儀來協(xié)調(diào)整個(gè)變電站。此種解決方案支持精確的故障檢測，而無 需對眾多客戶斷電。

　　作者信息:

　　Christoffer Örndal

　　Department of Measurement Technology and Industrial Electrical Engineering, Lunds University

　　瑞典