基于網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　0 引 言

　　隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行管理的系統(tǒng)化、智能化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò)化，對電網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)化調(diào)試是電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。近年來，隨著人們對電力能源需求的不斷增長，電力電子設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛，大量的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷的投運(yùn)，使公用電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量的諧波干擾以及電壓波形畸變、電壓波動(dòng)和三相不平衡等問題，電能質(zhì)量不斷惡化。為實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)的監(jiān)控和準(zhǔn)確的調(diào)度，全面掌握電網(wǎng)中電能質(zhì)量狀況并對電力參數(shù)進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測試就變得十分重要。本文提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”)，不但能夠?qū)崿F(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析處理，而且還能夠通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測與控制，有助于解決現(xiàn)場環(huán)境惡劣而難以在現(xiàn)場進(jìn)行精確測試的問題。

　　1 監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)用于供電系統(tǒng)線路中各項(xiàng)電力參數(shù)的監(jiān)測。根據(jù)被測參數(shù)的特性，利用相應(yīng)的傳感器通過數(shù)據(jù)采集電路采集被測點(diǎn)的電壓和電流信號，然后根據(jù)采集的被測點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算交流供電系統(tǒng)的電壓、電流、頻率、諧波含量、畸變系數(shù)、波峰系數(shù)等電力參數(shù)。監(jiān)測系統(tǒng)主要包括管理計(jì)算機(jī)、監(jiān)測計(jì)算機(jī)、PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號調(diào)理和工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)及打印機(jī)等。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　管理計(jì)算機(jī)主要用于系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及數(shù)據(jù)的管理，協(xié)調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行，為用戶提供現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測情況，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。現(xiàn)場監(jiān)測計(jì)算機(jī)主要完成對供電系統(tǒng)被測點(diǎn)的信號進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析;PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)從被測線路獲取電壓電流的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。根據(jù)被測現(xiàn)場的監(jiān)控需求，選用2塊NI公司的PXI數(shù)據(jù)采集卡PXI-6254，每塊板卡有32路模擬量輸入通道，共有64路模擬量輸入通道。供電現(xiàn)場監(jiān)控計(jì)算機(jī)可以將PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并生成報(bào)表通過以太網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)用戶的需求上傳給配電系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī);配電系統(tǒng)管理計(jì)算機(jī)具有故障告警功能，也可以通過以太網(wǎng)接受現(xiàn)場計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將監(jiān)控故障信號進(jìn)行回放，利用查找原因，解決問題。

　　數(shù)據(jù)采集模塊主要由信號調(diào)理電路、硬件同步電路、A/D轉(zhuǎn)換電路等幾部分組成。信號調(diào)理電路主要完成將被測點(diǎn)的電壓、電流信號進(jìn)行調(diào)理到采集卡所能承受的范圍內(nèi)的功能。調(diào)理電路主要由電壓互感器、電流互感器、運(yùn)放電路、跟隨電路等組成，實(shí)現(xiàn)了外部電力高壓、大電流信號與本系統(tǒng)的電氣隔離，減小了外部電磁干擾，提高了電氣安全性能和可靠性，并對輸入信號進(jìn)行線性變換，信號調(diào)理電路如圖2所示。電流的調(diào)理采用利用精密電阻將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺缓髮⑵渌腿苏{(diào)理電路的輸入端，最后利用系統(tǒng)中的軟件模塊對調(diào)理后的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　3.1 LabVIEW軟件介紹

　　在本測試系統(tǒng)中，采用NI公司的LabVIEW7.1開發(fā)系統(tǒng)監(jiān)測應(yīng)用軟件。LabVIEW是高效圖形化應(yīng)用開發(fā)環(huán)境，它結(jié)合了簡單易用的圖形化開發(fā)方式和靈活強(qiáng)大的編程語言優(yōu)勢，易于實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的無縫連接，在完成數(shù)據(jù)采集后，可以利用LabVIEW提供的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析模塊，完成數(shù)據(jù)處理和顯示，可以高效率的創(chuàng)建穩(wěn)定運(yùn)行的軟件代碼。在以往的單機(jī)測試基礎(chǔ)上進(jìn)行了二次開發(fā)，開發(fā)了一些專門的處理模塊，并成功利用了LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使管理計(jì)算機(jī)和測試計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換。

　　3.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　為節(jié)省內(nèi)存資源，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測軟件除了利用DataSocket技術(shù)共享和發(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)外，還利用了Lab-VIEW獨(dú)有的VI Server技術(shù)，用其提供的庫函數(shù)編程實(shí)現(xiàn)程序的動(dòng)態(tài)控制，保證了VI在需要時(shí)才被裝入內(nèi)存，減少了系統(tǒng)內(nèi)存占用，提高了運(yùn)行效率。

　　監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用軟件分為管理計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件和現(xiàn)場監(jiān)測計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件兩部分。管理計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，運(yùn)行在管理計(jì)算機(jī)上，主要完成對供電系統(tǒng)的協(xié)調(diào)管理功能，并能實(shí)現(xiàn)故障告警等功能;現(xiàn)場監(jiān)測計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件，運(yùn)行在現(xiàn)場監(jiān)測計(jì)算機(jī)上，能夠完成實(shí)時(shí)監(jiān)測、數(shù)據(jù)保存、歷史回放、生成報(bào)表和數(shù)據(jù)信息的上傳等功能。

　　管理計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件主要由四個(gè)模塊組成，程序結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。系統(tǒng)配置模塊的功能是實(shí)現(xiàn)對RS485總線通信參數(shù)和以太網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定等;電力參數(shù)分析模塊主要用于當(dāng)現(xiàn)場監(jiān)測計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí)，通過以太網(wǎng)調(diào)取現(xiàn)場監(jiān)控計(jì)算機(jī)采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行故障診斷，從而排除系統(tǒng)故障，保證電力供應(yīng);系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊主要用來顯示監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。