基于LabVIEW的電氣化鐵路電能質量監(jiān)測系統(tǒng)的設計

引言

　　從我國鐵路發(fā)展的歷程和趨勢來看，電氣化鐵路在路網中所占的比例將越來越大，對公用電網的影響也將越來越嚴重。因此，建立和實施電能質量的監(jiān)測與分析，是提高電能質量的一個重要技術手段。研制一種新型的電能質量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，有效地進行電能質量參數(shù)的監(jiān)測，對于保證電力系統(tǒng)運行的安全性、經濟性和可靠性，都具有重要意義。

　　目前，國內大部分地區(qū)仍采用便攜式電能質量監(jiān)測儀進行電能質量測量，由于該儀器的測量指標單一，不能連續(xù)監(jiān)測，測量勞動強度大，因而不能很好地適應電能質量管理的需要。隨著數(shù)字化測量技術、計算機技術和網絡通信技術的飛速發(fā)展，國內一些科研院所已開展了電能質量遠程監(jiān)測系統(tǒng)的研究。采用計算機遠程在線監(jiān)測，可連續(xù)多點監(jiān)測，并可輔助管理，故能克服傳統(tǒng)手工監(jiān)測手段的缺陷。而本文把虛擬儀器技術應用到電能質量監(jiān)測系統(tǒng)中，同樣具有上述優(yōu)點，而且實現(xiàn)起來較為方便。
 

　　1 系統(tǒng)總體結構

　　基于虛擬儀器的電氣化鐵路電能質量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)同樣必須具備傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)的三大功能模塊，即數(shù)據采集模塊');" onmouseout="hide_bk_about();" href="http://www.ck365.cn" target="_blank">數(shù)據采集模塊、數(shù)據分析處理模塊和結果顯示模塊。數(shù)據采集模塊還是由傳統(tǒng)的采集硬件來完成，不同的是數(shù)據分析處理模塊完全由計算機軟件來實現(xiàn)，這部分功能不受硬件的限制，可以根據用戶的需求隨時增加和修改模塊，這一優(yōu)勢是傳統(tǒng)儀器所無法比擬的。本文所研究的電能質量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)，其軟件部分是核心，只要硬件部分將監(jiān)測點的電壓和電流信號經過信號調理器和數(shù)據采集卡以最小失真度轉換為數(shù)字信號，其余的任務(如加窗、濾波、數(shù)據處理和統(tǒng)計分析、數(shù)據遠傳以及顯示打印等)就完全交給軟件來處理。

　　本系統(tǒng)的硬件由傳感器、信號調理模塊、數(shù)據采集卡和計算機組成，其硬件結構如圖1所示。

　　本系統(tǒng)的軟件開發(fā)環(huán)境為LabVIEW，它是美國NI公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。對于一個虛擬儀器系統(tǒng)而言，軟件是關鍵，是靈魂，硬件僅用于解決信號的輸入和輸出。

　　2 系統(tǒng)總體設計思路

　　基于虛擬儀器技術的電氣化鐵路電能質量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能包括實現(xiàn)對電壓電流的有效值、電壓偏差、電網頻率、頻率偏差、三相不平衡度、諧波含有率和閃變等不同參數(shù)的同時測量。因此，本設計采用模塊化方法，每一個功能模塊完成相應的功能，最后通過整合來完成系統(tǒng)的設計。采用模塊結構的最大的優(yōu)點是效率高。由于模塊可以共享數(shù)據，并可相互調用，因此，可以通過靈活組織各個模塊來達到非常高的整體效率。如果需要對模塊某一功能進行升級，只需要改寫相應的模塊，而不需要改動整個軟件結構。而當需要增加系統(tǒng)功能時，也只需要增加相應的軟件功能模塊即可。

　　電能質量測量的模塊主要包括數(shù)據采集模塊、有效值測量模塊、電壓偏差測量模塊、頻率測量模塊、頻率偏差測量模塊、三相不平衡度測量模塊、功率測量模塊、諧波測量模塊和閃變測量模塊等。其中有效值測量模塊、電壓偏差測量模塊、頻率測量及頻率偏差測量和三相不平衡測量模塊可以整合在一個模塊里，即伏安測量模塊，其系統(tǒng)功能如圖2所示。