基于網(wǎng)絡(luò )的電能質(zhì)量監測系統設計

0 引 言
隨著(zhù)電力系統運行管理的系統化、智能化、自動(dòng)化和網(wǎng)絡(luò )化，對電網(wǎng)的遠程實(shí)時(shí)監控和自動(dòng)化調試是電力系統發(fā)展的必然趨勢。近年來(lái)，隨著(zhù)人們對電力能源需求的不斷增長(cháng)，電力電子設備應用越來(lái)越廣泛，大量的非線(xiàn)性負荷、沖擊性負荷的投運，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(wèn)題，電能質(zhì)量不斷惡化。為實(shí)現對電力系統實(shí)時(shí)的監控和準確的調度，全面掌握電網(wǎng)中電能質(zhì)量狀況并對電力參數進(jìn)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(wǎng)絡(luò )的電能質(zhì)量監測系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“監測系統”)，不但能夠實(shí)現對現場(chǎng)數據的實(shí)時(shí)采集與分析處理，而且還能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行遠程監測與控制，有助于解決現場(chǎng)環(huán)境惡劣而難以在現場(chǎng)進(jìn)行精確測試的問(wèn)題。

1 監測系統總體設計
系統用于供電系統線(xiàn)路中各項電力參數的監測。根據被測參數的特性，利用相應的傳感器通過(guò)數據采集電路采集被測點(diǎn)的電壓和電流信號，然后根據采集的被測點(diǎn)數據計算交流供電系統的電壓、電流、頻率、諧波含量、畸變系數、波峰系數等電力參數。監測系統主要包括管理計算機、監測計算機、PXI數據采集系統、信號調理和工業(yè)以太網(wǎng)交換機及打印機等。系統的總體結構圖如圖1所示。

2 系統硬件設計
管理計算機主要用于系統的運行狀態(tài)及數據的管理，協(xié)調系統的運行，為用戶(hù)提供現場(chǎng)實(shí)時(shí)監測情況，實(shí)現統一的監控和數據管理?，F場(chǎng)監測計算機主要完成對供電系統被測點(diǎn)的信號進(jìn)行監測，進(jìn)行數據采集和數據分析；PXI數據采集系統主要實(shí)現從被測線(xiàn)路獲取電壓電流的實(shí)時(shí)數據。根據被測現場(chǎng)的監控需求，選用2塊NI公司的PXI數據采集卡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。供電現場(chǎng)監控計算機可以將PXI數據采集系統采集到的數據進(jìn)行分析，并生成報表通過(guò)以太網(wǎng)交換機根據用戶(hù)的需求上傳給配電系統管理計算機；配電系統管理計算機具有故障告警功能，也可以通過(guò)以太網(wǎng)接受現場(chǎng)計算機的數據進(jìn)行數據分析，將監控故障信號進(jìn)行回放，利用查找原因，解決問(wèn)題。

數據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(diǎn)的電壓、電流信號進(jìn)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(shí)現了外部電力高壓、大電流信號與本系統的電氣隔離，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(xiàn)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，最后利用系統中的軟件模塊對調理后的信號進(jìn)行數據采集。

3 系統軟件設計
3．1 LabVIEW軟件介紹
在本測試系統中，采用NI公司的LabVIEW7．1開(kāi)發(fā)系統監測應用軟件。LabVIEW是高效圖形化應用開(kāi)發(fā)環(huán)境，它結合了簡(jiǎn)單易用的圖形化開(kāi)發(fā)方式和靈活強大的編程語(yǔ)言?xún)?yōu)勢，易于實(shí)現軟件和硬件的無(wú)縫連接，在完成數據采集后，可以利用LabVIEW提供的強大的數據分析模塊，完成數據處理和顯示，可以高效率的創(chuàng )建穩定運行的軟件代碼。在以往的單機測試基礎上進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)了一些專(zhuān)門(mén)的處理模塊，并成功利用了LabVIEW的網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，使管理計算機和測試計算機能夠進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )數據交換。
3．2 監測系統軟件設計
為節省內存資源，系統狀態(tài)監測軟件除了利用DataSocket技術(shù)共享和發(fā)布實(shí)時(shí)數據外，還利用了Lab-VIEW獨有的VI Server技術(shù)，用其提供的庫函數編程實(shí)現程序的動(dòng)態(tài)控制，保證了VI在需要時(shí)才被裝入內存，減少了系統內存占用，提高了運行效率。
監測系統應用軟件分為管理計算機應用軟件和現場(chǎng)監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的協(xié)調管理功能，并能實(shí)現故障告警等功能；現場(chǎng)監測計算機應用軟件，運行在現場(chǎng)監測計算機上，能夠完成實(shí)時(shí)監測、數據保存、歷史回放、生成報表和數據信息的上傳等功能。