通過(guò)LabVIEW實(shí)現高壓無(wú)功補償監控系統的設計與應用

　　近年來(lái)，隨著(zhù)大功率非線(xiàn)性負荷的不斷增加，電網(wǎng)的無(wú)功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢，導致電網(wǎng)的線(xiàn)損增加，電壓合格率降低，嚴重影響供電質(zhì)量和經(jīng)濟性。采用靜止型動(dòng)態(tài)無(wú)功補償裝置(svc)可以起到穩定系統電壓、改善系統不平衡、提高負荷功率因數等作用，現已成功應用于冶金、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上，而且還具有更廣泛的應用前景。

　　大容量、實(shí)用化svc裝置的設計與運行過(guò)程中，監控系統的設計與實(shí)現是非常必要的，它起著(zhù)運行信息管理中心的作用。以往監控系統軟件通常針對某個(gè)具體應用對象采用文本語(yǔ)言編程開(kāi)發(fā)，用戶(hù)界面不美觀(guān)，開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，移植和更改困難，而labview開(kāi)發(fā)軟件具有廣泛的硬件支持、開(kāi)放性互連、圖形界面優(yōu)美及開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，特別適合測控自動(dòng)化應用和監控系統的開(kāi)發(fā)?；谔摂M儀器技術(shù)的svc監控系統采集、存儲、分析來(lái)自各個(gè)子系統的實(shí)時(shí)運行數據，并以此判斷整個(gè)svc裝置是否正常工作，同時(shí)將分析結果以直觀(guān)易懂的方式呈現給現場(chǎng)運行人員，是開(kāi)發(fā)人員和用戶(hù)了解svc系統狀態(tài)的主導窗口。本文介紹了如何利用虛擬儀器技術(shù)在labview軟件開(kāi)發(fā)平臺下研制svc監控系統，實(shí)現svc系統遠程操作控制命令的分散下達和實(shí)時(shí)運行信息的集中監視。

　　2 高壓無(wú)功補償系統的結構與功能

　　svc裝置通常有以下幾種結構：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系統為例進(jìn)行監控系統的設計。

　　svc系統是一個(gè)高度綜合和復雜的計算機控制系統，它由采集單元、控制單元、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元、監控單元、保護單元5個(gè)子系統構成。其中，數據采集單元完成三相電壓和三相電流的檢測；控制調節單元完成靜止補償原理閉環(huán)調節器的控制算法；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；監控單元完成svc系統結構的重構、控制參數的設定、面板操作命令的下發(fā)、系統運行參數的動(dòng)態(tài)收集和顯示；保護單元完成過(guò)流和過(guò)載保護、閥組超溫及其bod保護等。

　　3 高壓無(wú)功補償監控系統的實(shí)現

　　3.1 svc監控系統功能及組成

　　svc監控系統具體可完成以下功能：監視裝置的啟動(dòng)過(guò)程；實(shí)時(shí)采集并顯示系統的運行狀態(tài)；在線(xiàn)判斷系統故障狀態(tài)；記錄重要系統運行信息；為遠程計算機傳遞數據；系統長(cháng)期運行狀態(tài)分析，生成電壓質(zhì)量、諧波含量分析報告；系統調試期間錄波回顯，協(xié)助安裝人員快速查看系統狀態(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的監控系統采用內置數據采集卡的工控機為基礎，虛擬儀器labview為工具進(jìn)行開(kāi)發(fā)。除了數據采集之外，監控系統還要負責和其他設備的通信以及遠程數據傳輸工作，采用高性能的工控機使得同時(shí)完成如此復雜的任務(wù)變得更加容易。而采用了圖形化的編程語(yǔ)言labview，把底層與硬件交互的部分封裝起來(lái)，使得應用程序的開(kāi)發(fā)過(guò)程十分簡(jiǎn)單，操作界面友好。

　　3.2 labview簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)工具，是一種圖形化編程語(yǔ)言，簡(jiǎn)稱(chēng)g語(yǔ)言，其編程過(guò)程是通過(guò)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庫以方便編程，可直接用于實(shí)現數據采集、網(wǎng)絡(luò )通信、文件輸入輸出、gplb和串行儀器控制以及數據分析等。

　　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(jiàn)即所得”的直觀(guān)效果給工程技術(shù)人員帶來(lái)了極大的方便，labview提供了工業(yè)界最大的儀器驅動(dòng)程序庫，以及不同工業(yè)領(lǐng)域的各種控件模型，用戶(hù)可以根據需要，在基本控件模型的基礎上進(jìn)行繼承優(yōu)化，labview還支持通過(guò)internet、activex、dde和sql等交互式通信方式實(shí)現數據共享，也支持面向對象的程序設計。同時(shí)，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(guò)軟件編程實(shí)現儀器控制和數據傳輸。在labview開(kāi)發(fā)環(huán)境下，用戶(hù)可以根據需要選擇合適的控件模型，設計出既滿(mǎn)足用戶(hù)要求又美觀(guān)實(shí)用的vi。

　　3.3 svc監控軟件設計

　　軟件的設計及實(shí)現是開(kāi)發(fā)svc監控系統的主要工作,也是開(kāi)發(fā)難點(diǎn)所在。用labview進(jìn)行svc監控系統的程序設計，有兩個(gè)重要的設計概念，即“程序功能決定程序結構”和“數據流”。因為labview程序是由多層多個(gè)結構和接口模型一致的子vi相互連接、嵌套構成的，每一個(gè)子vi都是一個(gè)封裝好的vi，完成一定的功能，所以程序結構的確定實(shí)際上取決于程序功能的劃分；同時(shí)，不同子vi之間是通過(guò)“數據流”進(jìn)行連接的，而且數據流是子vi的處理對象，并決定了程序的流程，因此，確定了數據流的內容和方向，也就確定了程序的功能和結構?；谝陨细拍詈蚻abview的特點(diǎn)，svc監控系統的軟件設計采用按功能劃分的主從式程序結構，首先確定監控系統的各項功能，然后按照功能和待處理數據的流向來(lái)確定程序結構。

　　svc監控軟件主界面見(jiàn)圖1，主要包括主界面、實(shí)時(shí)數據、實(shí)時(shí)曲線(xiàn)、諧波監測、歷史曲線(xiàn)、功率因數統計、故障記錄、硅狀態(tài)監測、系統參數畫(huà)面。當按下相應的按鈕后，即進(jìn)入到其對應的畫(huà)面中。

圖1 監控軟件主界面

　　運行過(guò)程中，監控系統周期性地向下位機發(fā)送運行參數召喚命令，下位機正確接收到召喚命令后將系統運行參數(系統電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數等)上傳給上位機，并顯示在主界面上。

　　(1) 實(shí)時(shí)數據功能

　　當按下實(shí)時(shí)數據按鈕后，進(jìn)入實(shí)時(shí)數據畫(huà)面，可以顯示當前電網(wǎng)的三相功率、電壓、電流數據以及閥組溫度等信息。

　　(2) 實(shí)時(shí)曲線(xiàn)功能

　　當按下實(shí)時(shí)曲線(xiàn)按鈕后，進(jìn)入曲線(xiàn)畫(huà)面，它能對指定的各監控量進(jìn)行自動(dòng)檢測，包括反映實(shí)時(shí)運行狀態(tài)的電流、電壓、頻率、功率因數等各種數據畫(huà)面，方便地提供了指定參數的實(shí)時(shí)監測曲線(xiàn)。

　　(3) 諧波監測功能

　　當按下諧波監測按鈕后將顯示系統的諧波狀況及諧波的頻譜，如圖2所示。點(diǎn)擊選項卡可選擇要查看的諧波所在的相。點(diǎn)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，如選擇3次、5次、7次諧波等，而在下方的顯示框中將會(huì )顯示所查看的諧波的幅值和thd(諧波失真度)。

&nb