基于網絡的電能質量監(jiān)測系統(tǒng)設計

　　0 引 言

　　隨著電力系統(tǒng)運行管理的系統(tǒng)化、智能化、自動化和網絡化，對電網的遠程實時監(jiān)控和自動化調試是電力系統(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，電力電子設備應用越來越廣泛，大量的非線性負荷、沖擊性負荷的投運，使公用電網中產生了大量的諧波干擾以及電壓波形畸變、電壓波動和三相不平衡等問題，電能質量不斷惡化。為實現(xiàn)對電力系統(tǒng)實時的監(jiān)控和準確的調度，全面掌握電網中電能質量狀況并對電力參數(shù)進行快速準確的測試就變得十分重要。本文提出了一種基于網絡的電能質量監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)測系統(tǒng)”)，不但能夠實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集與分析處理，而且還能夠通過網絡進行遠程監(jiān)測與控制，有助于解決現(xiàn)場環(huán)境惡劣而難以在現(xiàn)場進行精確測試的問題。

　　1 監(jiān)測系統(tǒng)總體設計

　　系統(tǒng)用于供電系統(tǒng)線路中各項電力參數(shù)的監(jiān)測。根據(jù)被測參數(shù)的特性，利用相應的傳感器通過數(shù)據(jù)采集電路采集被測點的電壓和電流信號，然后根據(jù)采集的被測點數(shù)據(jù)計算交流供電系統(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)主要包括管理計算機、監(jiān)測計算機、PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、信號調理和工業(yè)以太網交換機及打印機等。系統(tǒng)的總體結構圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)硬件設計

　　管理計算機主要用于系統(tǒng)的運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)的管理，協(xié)調系統(tǒng)的運行，為用戶提供現(xiàn)場實時監(jiān)測情況，實現(xiàn)統(tǒng)一的監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理。現(xiàn)場監(jiān)測計算機主要完成對供電系統(tǒng)被測點的信號進行監(jiān)測，進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析;PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要實現(xiàn)從被測線路獲取電壓電流的實時數(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)控計算機可以將PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行分析，并生成報表通過以太網交換機根據(jù)用戶的需求上傳給配電系統(tǒng)管理計算機;配電系統(tǒng)管理計算機具有故障告警功能，也可以通過以太網接受現(xiàn)場計算機的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析，將監(jiān)控故障信號進行回放，利用查找原因，解決問題。

　　數(shù)據(jù)采集模塊主要由信號調理電路、硬件同步電路、A/D轉換電路等幾部分組成。信號調理電路主要完成將被測點的電壓、電流信號進行調理到采集卡所能承受的范圍內的功能。調理電路主要由電壓互感器、電流互感器、運放電路、跟隨電路等組成，實現(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，并對輸入信號進行線性變換，信號調理電路如圖2所示。電流的調理采用利用精密電阻將電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘?，然后將其送人調理電路的輸入端，最后利用系統(tǒng)中的軟件模塊對調理后的信號進行數(shù)據(jù)采集。

　　3 系統(tǒng)軟件設計

　　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)測應用軟件。LabVIEW是高效圖形化應用開發(fā)環(huán)境，它結合了簡單易用的圖形化開發(fā)方式和靈活強大的編程語言優(yōu)勢，易于實現(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)定運行的軟件代碼。在以往的單機測試基礎上進行了二次開發(fā)，開發(fā)了一些專門的處理模塊，并成功利用了LabVIEW的網絡通信技術，使管理計算機和測試計算機能夠進行網絡數(shù)據(jù)交換。

　　3.2 監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計

　　為節(jié)省內存資源，系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測軟件除了利用DataSocket技術共享和發(fā)布實時數(shù)據(jù)外，還利用了Lab-VIEW獨有的VI Server技術，用其提供的庫函數(shù)編程實現(xiàn)程序的動態(tài)控制，保證了VI在需要時才被裝入內存，減少了系統(tǒng)內存占用，提高了運行效率。

　　監(jiān)測系統(tǒng)應用軟件分為管理計算機應用軟件和現(xiàn)場監(jiān)測計算機應用軟件兩部分。管理計算機應用軟件，運行在管理計算機上，主要完成對供電系統(tǒng)的協(xié)調管理功能，并能實現(xiàn)故障告警等功能;現(xiàn)場監(jiān)測計算機應用軟件，運行在現(xiàn)場監(jiān)測計算機上，能夠完成實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)保存、歷史回放、生成報表和數(shù)據(jù)信息的上傳等功能。

　　管理計算機應用軟件主要由四個模塊組成，程序結構圖如圖3所示。系統(tǒng)配置模塊的功能是實現(xiàn)對RS485總線通信參數(shù)和以太網參數(shù)進行設定等;電力參數(shù)分析模塊主要用于當現(xiàn)場監(jiān)測計算機出現(xiàn)故障報警時，通過以太網調取現(xiàn)場監(jiān)控計算機采集到的相關數(shù)據(jù)進行分析，然后根據(jù)分析結果進行故障診斷，從而排除系統(tǒng)故障，保證電力供應;系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控模塊主要用來顯示監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài)。