通過LabVIEW實現(xiàn)高壓無功補償監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

　　近年來，隨著大功率非線性負(fù)荷的不斷增加，電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢，導(dǎo)致電網(wǎng)的線損增加，電壓合格率降低，嚴(yán)重影響供電質(zhì)量和經(jīng)濟性。采用靜止型動態(tài)無功補償裝置(svc)可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓、改善系統(tǒng)不平衡、提高負(fù)荷功率因數(shù)等作用，現(xiàn)已成功應(yīng)用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷的補償上，而且還具有更廣泛的應(yīng)用前景。

　　大容量、實用化svc裝置的設(shè)計與運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是非常必要的，它起著運行信息管理中心的作用。以往監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常針對某個具體應(yīng)用對象采用文本語言編程開發(fā)，用戶界面不美觀，開發(fā)周期長，移植和更改困難，而labview開發(fā)軟件具有廣泛的硬件支持、開放性互連、圖形界面優(yōu)美及開發(fā)周期短等優(yōu)點，特別適合測控自動化應(yīng)用和監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)?；谔摂M儀器技術(shù)的svc監(jiān)控系統(tǒng)采集、存儲、分析來自各個子系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)，并以此判斷整個svc裝置是否正常工作，同時將分析結(jié)果以直觀易懂的方式呈現(xiàn)給現(xiàn)場運行人員，是開發(fā)人員和用戶了解svc系統(tǒng)狀態(tài)的主導(dǎo)窗口。本文介紹了如何利用虛擬儀器技術(shù)在labview軟件開發(fā)平臺下研制svc監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)svc系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作控制命令的分散下達和實時運行信息的集中監(jiān)視。

　　2 高壓無功補償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

　　svc裝置通常有以下幾種結(jié)構(gòu)：晶閘管控制電抗器(tcr)、晶閘管控制的高阻抗變壓器(tct)、晶閘管投切電容器(tsc)、tcr+tsc混合裝置、tcr+固定濾波器電容器(fc)的混合裝置。這里以tcr+fc型svc系統(tǒng)為例進行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。

　　svc系統(tǒng)是一個高度綜合和復(fù)雜的計算機控制系統(tǒng)，它由采集單元、控制單元、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元、監(jiān)控單元、保護單元5個子系統(tǒng)構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)采集單元完成三相電壓和三相電流的檢測；控制調(diào)節(jié)單元完成靜止補償原理閉環(huán)調(diào)節(jié)器的控制算法；觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元主要完成同步功能和脈沖產(chǎn)生分配；監(jiān)控單元完成svc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、控制參數(shù)的設(shè)定、面板操作命令的下發(fā)、系統(tǒng)運行參數(shù)的動態(tài)收集和顯示；保護單元完成過流和過載保護、閥組超溫及其bod保護等。

　　3 高壓無功補償監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

　　3.1 svc監(jiān)控系統(tǒng)功能及組成

　　svc監(jiān)控系統(tǒng)具體可完成以下功能：監(jiān)視裝置的啟動過程；實時采集并顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài)；在線判斷系統(tǒng)故障狀態(tài)；記錄重要系統(tǒng)運行信息；為遠(yuǎn)程計算機傳遞數(shù)據(jù)；系統(tǒng)長期運行狀態(tài)分析，生成電壓質(zhì)量、諧波含量分析報告；系統(tǒng)調(diào)試期間錄波回顯，協(xié)助安裝人員快速查看系統(tǒng)狀態(tài)等。這些功能為svc裝置的正常工作提供了有力保障，因此，svc的監(jiān)控系統(tǒng)采用內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡的工控機為基礎(chǔ)，虛擬儀器labview為工具進行開發(fā)。除了數(shù)據(jù)采集之外，監(jiān)控系統(tǒng)還要負(fù)責(zé)和其他設(shè)備的通信以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸工作，采用高性能的工控機使得同時完成如此復(fù)雜的任務(wù)變得更加容易。而采用了圖形化的編程語言labview，把底層與硬件交互的部分封裝起來，使得應(yīng)用程序的開發(fā)過程十分簡單，操作界面友好。

　　3.2 labview簡介

　　labview是美國國家儀器公司(ni)提供的一款功能強大又靈活的虛擬儀器和測控軟件開發(fā)工具，是一種圖形化編程語言，簡稱g語言，其編程過程是通過圖形符號描述程序的行為，提供了大量的虛擬儀器元件和函數(shù)庫以方便編程，可直接用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)通信、文件輸入輸出、gplb和串行儀器控制以及數(shù)據(jù)分析等。

　　由于labview的編程是完全圖形化的，不同于其他文本方式的編程工具，這種“所見即所得”的直觀效果給工程技術(shù)人員帶來了極大的方便，labview提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動程序庫，以及不同工業(yè)領(lǐng)域的各種控件模型，用戶可以根據(jù)需要，在基本控件模型的基礎(chǔ)上進行繼承優(yōu)化，labview還支持通過internet、activex、dde和sql等交互式通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，也支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計。同時，labvlew直接支持微機中的rs-232和rs-485接口，不需任何外部板卡，可通過軟件編程實現(xiàn)儀器控制和數(shù)據(jù)傳輸。在labview開發(fā)環(huán)境下，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的控件模型，設(shè)計出既滿足用戶要求又美觀實用的vi。

　　3.3 svc監(jiān)控軟件設(shè)計

　　軟件的設(shè)計及實現(xiàn)是開發(fā)svc監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作,也是開發(fā)難點所在。用labview進行svc監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計，有兩個重要的設(shè)計概念，即“程序功能決定程序結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)流”。因為labview程序是由多層多個結(jié)構(gòu)和接口模型一致的子vi相互連接、嵌套構(gòu)成的，每一個子vi都是一個封裝好的vi，完成一定的功能，所以程序結(jié)構(gòu)的確定實際上取決于程序功能的劃分；同時，不同子vi之間是通過“數(shù)據(jù)流”進行連接的，而且數(shù)據(jù)流是子vi的處理對象，并決定了程序的流程，因此，確定了數(shù)據(jù)流的內(nèi)容和方向，也就確定了程序的功能和結(jié)構(gòu)?；谝陨细拍詈蚻abview的特點，svc監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用按功能劃分的主從式程序結(jié)構(gòu)，首先確定監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能，然后按照功能和待處理數(shù)據(jù)的流向來確定程序結(jié)構(gòu)。

　　svc監(jiān)控軟件主界面見圖1，主要包括主界面、實時數(shù)據(jù)、實時曲線、諧波監(jiān)測、歷史曲線、功率因數(shù)統(tǒng)計、故障記錄、硅狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)參數(shù)畫面。當(dāng)按下相應(yīng)的按鈕后，即進入到其對應(yīng)的畫面中。

圖1 監(jiān)控軟件主界面

　　運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)周期性地向下位機發(fā)送運行參數(shù)召喚命令，下位機正確接收到召喚命令后將系統(tǒng)運行參數(shù)(系統(tǒng)電壓、電流、有功、無功、功率因數(shù)等)上傳給上位機，并顯示在主界面上。

　　(1) 實時數(shù)據(jù)功能

　　當(dāng)按下實時數(shù)據(jù)按鈕后，進入實時數(shù)據(jù)畫面，可以顯示當(dāng)前電網(wǎng)的三相功率、電壓、電流數(shù)據(jù)以及閥組溫度等信息。

　　(2) 實時曲線功能

　　當(dāng)按下實時曲線按鈕后，進入曲線畫面，它能對指定的各監(jiān)控量進行自動檢測，包括反映實時運行狀態(tài)的電流、電壓、頻率、功率因數(shù)等各種數(shù)據(jù)畫面，方便地提供了指定參數(shù)的實時監(jiān)測曲線。

　　(3) 諧波監(jiān)測功能

　　當(dāng)按下諧波監(jiān)測按鈕后將顯示系統(tǒng)的諧波狀況及諧波的頻譜，如圖2所示。點擊選項卡可選擇要查看的諧波所在的相。點擊諧波分量選擇的增、減按鈕(也可在輸入框中直接輸入)可選擇諧波的次數(shù)，如選擇3次、5次、7次諧波等，而在下方的顯示框中將會顯示所查看的諧波的幅值和thd(諧波失真度)。

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