電力供電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

1、電力供電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)摘要：本文針對(duì)電力系統(tǒng)供電領(lǐng)域，以運(yùn)行l(wèi)abvie平臺(tái)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，應(yīng)用虛擬儀器、高速多通道同步數(shù)據(jù)采集、數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)手段，結(jié)合電能質(zhì)量分析計(jì)算的相關(guān)原理，實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量參數(shù)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。關(guān)鍵詞：虛擬儀器同步數(shù)據(jù)采集電能質(zhì)量1概述隨著電力電子技術(shù)的應(yīng)用與開展，電力系統(tǒng)中的非線性負(fù)載越來越多，直流輸電、大功率單相整流技術(shù)在工業(yè)部門和用電設(shè)備上被廣泛應(yīng)用，這些非線性負(fù)荷會(huì)引起電網(wǎng)電流、電壓波形發(fā)生畸變，造成電網(wǎng)的諧波“污染；沖擊性、波動(dòng)性負(fù)荷，如電弧爐、軋鋼機(jī)、電力機(jī)車等，運(yùn)行中不僅產(chǎn)生大量的高次諧波，還引起電壓波動(dòng)、閃變以及三相不平衡等一系列的電能

2、質(zhì)量問題。電能質(zhì)量研究的主要內(nèi)容包括頻率偏向、電壓偏向、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過電壓、波形畸變諧波、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等。電能質(zhì)量問題一方面導(dǎo)致供用電設(shè)備本身的平安性和使用壽命降低，嚴(yán)重影響電網(wǎng)自身的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。而另一方面，各種復(fù)雜的、精細(xì)的、對(duì)電能質(zhì)量敏感的用電設(shè)備不斷普及，對(duì)電能質(zhì)量及可靠性的要求越來越高。無論從電網(wǎng)運(yùn)行的需要考慮，還是從供電用戶的需要考慮，加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)都是非常必要的。本課題的主要研究目的就是開發(fā)出可以合適中小型企業(yè)安裝使用的在線式供電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有較好的適用性和全面的功能，可在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電電源的各項(xiàng)指標(biāo)，具有精度高

3、、實(shí)時(shí)性好、可擴(kuò)大性強(qiáng)、界面友好、維護(hù)方便、可在線測(cè)量并具網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳通訊功能的優(yōu)點(diǎn)。通過該系統(tǒng)，一方面電力供電企業(yè)可以實(shí)時(shí)掌握用戶的詳細(xì)情況，更有效、更有針對(duì)性的提供供電效勞；另一方面企業(yè)用戶可以改善用電狀況，減少故障風(fēng)險(xiǎn)，從而有助于整個(gè)供用電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、高效運(yùn)行。2系統(tǒng)構(gòu)造電能質(zhì)量分析及及其監(jiān)測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到電力系統(tǒng)、自動(dòng)控制、現(xiàn)代通信等多個(gè)方面。本課題結(jié)合供電系統(tǒng)既有的電能質(zhì)量測(cè)試分析方法、測(cè)試裝備進(jìn)展了開發(fā)，設(shè)計(jì)方案以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心，利用通訊總線和分布式監(jiān)測(cè)采集單元。配有高性能數(shù)據(jù)采集卡，實(shí)現(xiàn)快速、在線、準(zhǔn)確測(cè)量各項(xiàng)電力參數(shù)；利用labvie軟件強(qiáng)大的虛擬儀器設(shè)計(jì)才能，

4、結(jié)合合理的數(shù)字信號(hào)處理算法，實(shí)時(shí)分析供電系統(tǒng)電壓偏向、頻率偏向、諧波、負(fù)序、電壓波動(dòng)和閃變等重要指標(biāo)，并對(duì)其供電質(zhì)量和運(yùn)行性能予以綜合評(píng)價(jià)和處理意見，同時(shí)具有顯示、打英保存等各種功能，整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)造如圖1所示。3工作原理及實(shí)現(xiàn)3.1信號(hào)測(cè)量及調(diào)理電路為了配合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的需要，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)為取自電流互感器的5a左右交流電流和取自電壓互感器的100v左右交流電壓，經(jīng)接口轉(zhuǎn)換電路模塊統(tǒng)一變換成10v間的電壓信號(hào)，同時(shí)將多路變換完成的信號(hào)集中通過接口接入數(shù)據(jù)采集卡。為了到達(dá)準(zhǔn)確的測(cè)量，電壓互感器和電流互感器要有較大的線性工作區(qū)和良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，在電壓、電流出現(xiàn)較大波動(dòng)和閃變時(shí)可以保持足夠的準(zhǔn)確度。從電壓互感

5、器和電流互感器得到的電壓信號(hào)和電流信號(hào)首先經(jīng)過隔離保護(hù)電路，即通過光電耦合隔離強(qiáng)弱電信號(hào)，有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾。3.2數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)測(cè)量的關(guān)鍵設(shè)備，可以按照預(yù)先設(shè)定的采樣率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，隨后通過數(shù)據(jù)總線送至計(jì)算機(jī)?？紤]到電能質(zhì)量測(cè)量對(duì)于電壓、電流信號(hào)的同時(shí)性要求比擬高，因?yàn)榧僭O(shè)同一位置的電壓、電流不同步，那么所進(jìn)展的功率、相位差等測(cè)量就沒有了物理意義，因此，設(shè)計(jì)選用阿爾泰公司消費(fèi)的pi2022高速多路同步采集卡進(jìn)展采集。該卡是12位16路同步采樣的ad卡，采用pi2.2總線標(biāo)準(zhǔn)，通過率為25k/通道，單卡總通過率可達(dá)400k，為了確保采樣精度，每通道均

6、通過pga103儀表放大器緩沖后接入4通道同步采用保持ad芯片ad7874，pga103為程控增益放大器，這樣就可以根據(jù)每一路輸入信號(hào)電壓的大小來通過軟件編程設(shè)定每一路采樣通道的增益，使得12位ad轉(zhuǎn)換器的分辨率可以盡可能的大，增加測(cè)量的精度。在電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定諧波測(cè)量?jī)x器的頻率測(cè)量范圍是02500hz，根據(jù)采樣定理，采集卡的采樣率不應(yīng)小于信號(hào)頻率的兩倍，即此時(shí)要求采樣率要到達(dá)5khz以上，pi2022卡足以滿足電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)的要求。3.3工業(yè)控制計(jì)算機(jī)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的構(gòu)造與一般p機(jī)類似但加強(qiáng)了對(duì)抗電磁輻射干擾e、抗機(jī)械振動(dòng)方面的設(shè)計(jì)，可以在比擬惡劣的工作環(huán)境下連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作。相比ds

7、p、單片機(jī)等構(gòu)成的系統(tǒng)，工控機(jī)具有計(jì)算才能強(qiáng)、存儲(chǔ)容量大，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)通信等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到數(shù)據(jù)采集設(shè)備通常運(yùn)行在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，常常有較強(qiáng)的振動(dòng)、電源干擾和電磁干擾，設(shè)計(jì)中采用了高性能工業(yè)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件運(yùn)行的計(jì)算機(jī)平臺(tái)。3.4虛擬儀器設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件利用labvie虛擬儀器技術(shù)開發(fā)。在軟件開發(fā)過程中采用了模塊化和多線程的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)軟件功能模塊構(gòu)造如圖2所示，按照主要功能劃分為假設(shè)干相對(duì)獨(dú)立的模塊，主要包括數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫及通信、諧波分析、負(fù)序分析、電壓閃變、功率分析、波形記錄、查詢報(bào)表、綜合評(píng)價(jià)等功能模塊。數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)模塊的主要任務(wù)是將原始電壓電流信號(hào)采集并變換成數(shù)字

8、信號(hào)，然后顯示出波形和頻譜，存儲(chǔ)并輸出數(shù)據(jù)文件，在每路通道設(shè)計(jì)有校正放大環(huán)節(jié)，通過軟件調(diào)節(jié)通道線性標(biāo)定值來實(shí)現(xiàn)，使之在輸入信號(hào)一樣的情況下，各通道最終的測(cè)量數(shù)據(jù)也一樣。ad轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送往fif存儲(chǔ)器，這是一種“先進(jìn)先出式的存儲(chǔ)器，可以保證進(jìn)展連續(xù)數(shù)據(jù)采集時(shí)不會(huì)喪失數(shù)據(jù)。采用fif的構(gòu)造可以不必在每次ad轉(zhuǎn)換完畢后馬上將數(shù)據(jù)取走，而是將數(shù)據(jù)緩存在fif存儲(chǔ)器內(nèi)，等假設(shè)干次采樣完畢后再將所有轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)一次性讀走，大大進(jìn)步軟件執(zhí)行的速度，也極大地方便了程序的編寫。數(shù)據(jù)庫及通信模塊負(fù)責(zé)存儲(chǔ)、使用、管理數(shù)據(jù)和進(jìn)展通訊數(shù)據(jù)交換。諧波分析、負(fù)序分析、電壓閃變、功率分析等模塊根據(jù)電能質(zhì)量參數(shù)測(cè)量的相關(guān)公式

9、和原理，利用數(shù)字信號(hào)處理算法，完成整個(gè)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。波形記錄、查詢報(bào)表模塊用于對(duì)測(cè)量和分析數(shù)據(jù)結(jié)果的直觀顯示和匯總報(bào)表功能。而電能質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)模塊可以根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)展綜合評(píng)定，給出當(dāng)前詳細(xì)的電能質(zhì)量程度。4結(jié)論本文針對(duì)目前用戶和電力供電部門普遍關(guān)心的電能質(zhì)量問題進(jìn)展研究，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了高可靠性的硬件電路和模塊化設(shè)計(jì)，操作方便，開發(fā)周期短，具有優(yōu)異的工作性能?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和用戶使用情況說明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，功能完備，設(shè)計(jì)已經(jīng)到達(dá)了較高程度，具有良好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。參考文獻(xiàn)：1楊淑英.電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置研究j.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào).2022(02)2王賓，潘貞存，宋潔.基于低壓用戶側(cè)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)研究j.電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào).2022(01)3張濤，程志友，梁棟，王年.電能質(zhì)量模糊綜合評(píng)估方法研究j.