电能质量远程监测管理系统

２０１１年　仪表技术与传感器　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　２０１ｌ　Ｎｏ．３　第３期　电能质量远程监测管理系统　任春丽，唐求　４１００８２）　（湖南大学电气与信息工程学院，湖南长沙摘要：通过比较目前几种电能质量检测仪器的优缺点，设计了一套基于虚拟仪器的电能质量远程监测管理系统，具体　阐述了利用ＬａｂＶＩＥＷ进行电能质量远程监控的软硬件组成，并对５种监测指标进行模块化分析。该系统界面友好，操作　简单，开发周期短，可扩展性强，实现了现场数据的网络化传输、实时数据显示、分析和管理功能。　关键词：电能质量；虚拟仪器；远程监控；ＬａｂＶＩＥＷ　中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１８４１（２０１１）０３—００４４—０２　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ＲＥＮ　Ｃｈｕｎ—ｌｉ，ＴＡＮＧ　Ｑｉｕ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１００８２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ａｎｄ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａ　ｒｅ—　ｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｉｔ　ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ａｎｄ　ｓｏｆｔ—　ｗａｒｅ　ｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ＬａｂＶＩＥＷ　ｆｏｒ　ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｈａｓ　ａ　ｍｏｄｕｌａｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｖｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ．Ｔｈｅ　ｓｙｓ—　ｔｅｒｎ　ｈａｓ　ａ　ｆｉｒｅｎｄｌｙ　ｓｕｒｆａｃｅ，ｓｉｍｐｌｅｌｙ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｓｈｏｒｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｃｙｃｌｅ，ｈｉｇｈ　ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ，ａｃｈｉｅｖｅｓ　ｏｎ—ｓｉｔｅ　ｄａｔａ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄａｔａ　ｄｉｓｐｌａｙ，ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ；ｖｉｒｔｕａｌ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｒｅｍｏｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ＬａｂＶＩＥＷ　０引言　置、通讯网络和主站３部分　，其整体结构如图ｌ所示。　随着冶金工业、化学工业及电气化铁路的发展，大量的电　力电子设备和非线性设备的广泛应用，使得电网中的非线性　（谐波）、非对称性（负序）和波动性日趋严重，造成电能质量的　严重恶化；另一方面，大量精密仪器、敏感负荷工厂的出现，对　电能质量也提出了更高的要求。因此改善电能质量，对于电网　和电气设备的安全、经济运行等有重要的意义。对电能质量各　项指标进行监测是进一步改善电能质量的基础和前提”Ｊ。　电能质量监测是收集、分析并将原始测量数据解释为有用　图１　电能质量监测系统整体结构　电能质量监测管理系统的基本功能：　信息的过程。建立完善的电能质量监测系统，对整个电力系统　的电能质量管理和改善都是十分重要的　。一个全面的电能　（１）完成数据采集与记录功能，可测量和记录全部电能质　量参数和暂态事件；　质量的管理系统应该从以下３个方面着手：建立和完善电能质　量的监督管理制度；大力开展电能质量分析测试；加强电能质　（２）通过软件在计算机上实时显示数据、波形、频谱图等；　（３）服务器主机系统进行数据的整理、分析，并建立完整的　量治理工作。目前常见的电能质量检测的方式有３种：传统的　手持式电能质量分析仪，这种仪表功能单一，携带方便，不能够　连续监测，多数不具备综合测量、分析、判断功能；采用ＤＳＰ为　核心的数字式仪表装置，具有显示、存储、通信等功能，这种仪　电能质量数据库，对数据进行存储、打印和备份数据；　（４）通过Ｗｅｂ网络发布，实现数据的远程通讯。　２系统硬件设计　计算机是该系统的核心，它完成所有监测信息的读取、分　析、处理、储存、显示、打印及通信，用于系统的运行及数据的管　理，为用户提供现场实时监控情况，实现统一监控和数据管理，　表大多数以测量相对稳定的质量指标为主，监测指标不全面，　效率低，且多为定时测量　。　；电能质量远程监测系统利用Ｉｎ—　ｔｅｒｎｅｔ网络，对现场数据进行在线连续监测，但这种仪器测量的　并完成由数据采集卡采集进来的信号的分析和处理；根据监控　需求，系统采用ＰＣＩ一６０２４Ｅ数据采集卡，ＰＣＩ一６０２４Ｅ是具有模　结果不够直观，且不具备报警、自动诊断功能。　１系统总体设计　一拟输入输出以及定时器等功能，能够完成信号采集（ＡＺＤ），单　端ｌ６、双端８个模拟输入通道、２路模拟输出通道、８条数字量　个完整的电能质量监测系统可以对电力系统中各项参　数进行监测和远程发布，监测系统主要包括电能质量采集装　Ｉ／Ｏ线、２个２４位的计数器。其主要性能指标为：ｌ２位分辨率；　２００　ＫＳ／ｓ的采样率；±０．０５一±１０　Ｖ输入范围。　收稿日期：２０１０—０６～２８收修稿日期：２０１０—１１—２９　数据采集部分主要由传感器、信号调理设备、数据采集卡、　第３期　任春丽等：电能质量远程监测管理系统　３．２．２频率偏差分析　４５　计算机和应用软件等组成，其硬件结构图如图２所示。其中外　部信号（如电压、电流等）经各种传感器进入到信号调理设备，　经过必要的隔离、滤波、放大、多路复用等，经数据采集卡输入　电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值　之差称为系统的频率偏差。频率计算程序主要包括过零检测　到计算机。　图２数据采集的硬件结构图　３基于虚拟仪器的系统软件设计思想　３．１监测系统软件设计模块框图　软件设计是虚拟电能质量监测系统的关键技术，该系统集　各电能质量参数实时测量分析、波形显示、数据存储、远程监测　功能为一体，可以快速分析、计算、保存测量结果，显示、打印信　号波形，并实现数据的存储和远程传输。该系统采用模块化的　结构方式，把每部分划分为相互独立的模块来实现，任意一个　虚拟仪器程序模块既能独立运行，又能被别的系统当作子ＶＩ　调用　。系统的软件功能模块如图３所示。　图３　系统的软件功能模块　在登录系统之前，设置了密码登陆限制，只有输入正确的　密码，才能进入系统。　３．２主要监测模块分析　我国现有的衡量电能质量的主要监测指标为以下５种：电　压偏差、频率偏差、三相不平衡度、谐波总畸变率ＴＨＤ、电压波　动和闪变　。Ｊ。　３．２．１　电压偏差分析　电压偏差（又称电压偏移）是指系统某处实际电压与系统　额定电压之差。对它进行分析，首先需要对电压有效值进行计　算，电压有效值的计算公式如式（１）所示，根据前面定义得出电　压偏差如式（２）所示：　Ｕ＝　（１）　％）＝　×ｌ０。％　（２）　式中：Ｕ　为系统电压；乱为电压偏差。　和计算频率２部分。考虑到频率中可能会有谐波成分，在程序　设计时，使用窄带数字滤波器以保证数值过零点的唯一性。频　率偏差程序框图如图４所示，如果分析的频率偏差＞０．１　Ｈｚ或　＜一０．１　Ｈｚ，报警指示灯都会亮起来。　图４频率偏差程序框图　３．２．３三相不平衡度分析　三相电压不平衡度是指三相系统中三相电压／电流的不平　衡程度，是各相电源所加的负荷不均衡所致，属于基波负荷配　置问题。用电压或电流负序分量与正序分量的均方根百分比　表示。在ＬａｂＶＩＥＷ中提取各相基波分量的工作可由波形测量　ＶＩ来实现。　３．２．４谐波分析　该测量模块中，要实现各次谐波频率、幅值、畸变率等参数　的测量。例如求ｎ次谐波的含有率，以该次谐波的有效值与基　波有效值的百分比表示，如第ｎ次谐波电压畸变率ＴＨＤ　为　㈣　。％　（３）　３．２．５电压波动和闪变分析　电压波动是指电压的急剧变动，一般用电压最高值Ｕ…与　最低值　之差△　相对于系统额定电压的百分数ｄ来表示：　ｄ＝　×１。。％　（４）　电压闪变是指电压波动引起照度急剧变化，使人眼对灯闪　变感到不适的一种主观感觉，它与人的大脑有关。根据ＩＥＣ推　荐的实验条件，采用不同的频率、波形、幅值的调幅波并以工频　电压为载波向工频２３０　Ｖ、６０　ｗ白炽灯供电照明，对观察者的　闪变视感进行实验统计，即可得到闪变觉察率。闪变测量的实　现主要由信号采集、计算有效值序列、计算瞬时闪变值Ｐ…短时　间闪变值Ｐ　长时间闪变值几部分组成。　４远程通信技术在监测系统中的实现　该系统采用ＬａｂＶＩＥＷ提供的共享变量和ｗｅｂ服务器技　术，不需要编程，只需通过设置本地的Ｗｅｂ服务器，就能把本地　计算机上的程序“原封不动”的搬到远程计算机上，实现了电能　质量检测结果的远程传输　Ｊ。　ＬａｂＶＩＥＷ实现远程面板连接有２个步骤：　（１）在服务器端配置并启动ＬａｂＶＩＥＷ　Ｗｅｂ服务器；　（２）通过Ｌａｂ￣ＩＥＷ　Ｒｕｎ—Ｔｉｍｅ引擎或网页（下转第４８页）　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｍ８１．２０ｌ１　Ｋ　Ｌ　Ｌ＇５　ＭＣＩｊ　１４　ＣＡＮ５Ｖ　月ｌ　Ｔ２／Ｐ１　０　Ｅｘ／Ｐｌ】　ＥＣＩ／ＰＬ２　ＣＥＸ［）／Ｐ１．３　ＣＥＸ１／ＳＳ＃Ｐ１　４　ＶＤＤ　Ｕ１　ＳＪＡ１０００　ｉ３　．　．Ｐ０．【Ｊ／ＡＤＯ　Ｐ０．１，ＡＤｌ　Ｐ０．２／ＡＤ２　＿［　Ｈ一ＡＤＯ　　ＡＤｌ　ＡＤ２　ＡＩ）３　ＡＤ４　ＡＤ５　ＡＤ６　ＡＤ７　Ｐ３．７　ＣＡＮＯＶ　Ｔｘ０　Ｒｘ０　Ｒｘ１　ｃ　ＣＥＸ２，Ｍ０Ｓ　１．５　Ｐ０．３／ＡＩ）３　ＣＥＸ３／ＭＩＳ０／Ｐ１　６　Ｐ０．４，ＡＤ４　ＣＥＸ４／ＳＣＫ／Ｐ１　７　Ｐ０　５，ＡＤ５　ＰＯ．６／ＡＤ６　ＲＳＴ　Ｐ０　ｆｋ１）７　ＲＸＤ／Ｐ３．０　Ｐ３．２　ＴＸＤ　．１　ｌＮＴ０＃／Ｐ３．２　Ｔ０　３－４　ＥＡ＃　ＡＬＥ／ＰＲＯＧ抖　ＭｏＤＥ　Ｃ　Ｖｄｄｌ　Ｖｓｓ１　Ｐ３　６　Ｐ１．４　ＲＤ　丽　Ｖｄｄ２　Ｖｓｓ２　Ｔｌ／Ｐ　．５　Ｐ３．６　ＷＲ　Ｐ３．６　ＲＤ＃／Ｐ３．７　Ｅｊ　Ｙ　ＸＴＡＩ　ＸＴＡＬｌ　ＶＳＳ　Ｐ８９Ｖ５ｌＲＤ２　ＣＳ　Ｐ３．２　ＩＮＴ　Ｐ２．７，ＡＤｌ５　ＡＤ６　Ｐ２．６／ＡＤ１４　ＡＬＥ　Ｐ２　５倦Ｄｌ３　巫　ＡＤ４　Ｐ２　４／ＡＤｌ２　ＡＤ３　Ｐ２．３／ＡＤｌ１　ＡＤ２　Ｐ２．２／ＡＤ１Ｏ　翌　Ｐ２．１／ＡＤ９　ＡＤＯ　Ｐ２．【）／ＡＤ８　Ｒ］　Ｌ￣＠［Ｕ４　书　ｎ　ｌ　８２Ｃ２５０　Ｖｄｄ３　Ｖｓｓ３　ＸＩＡＩ．１　ⅪＡＬ２　图４　ＣＡＮ总线控制电路　了紫外光光源的使用寿命。　图５为系统轮询模式软件流程图。　３结束语　实验证明利用紫外光来对过滤后的溶液进行杂质在线检　测，可以很及时高效地发现产品中的质量问题及设备的故障，　采用Ｐ８９Ｖ５１ＲＤ２和ＰＣＡ８２Ｃ２５０设计的智能节点与ＣＡＮ接口　回磊　　卡可以提供实时可靠的通信，其将现场检测到的信息传送给上　一　●１　一（　１　Ｖｖ　Ｉ¨　Ｉ　¨　一ｒＧ一一一　，　帅　ｍ　—　ｌ堑　皇堕塑卜—————一一　，卜　Ｖ—Ｌ６Ｎ　　位机，方便用户的操作。　参考文献：　—　［１］　崔建峰．新型污水油份在线检测方法的研究：［学位论文］．武汉：　华中科技大学，２００５．　［２］　熊兴良，饶程，绉建，等．血浆泄漏在线检测报警系统的研制．医疗　卫生装备，２００４（２）：１—３．　［３］王正清．光电探测技术．北京：电子工业出版社，１９９４：１６１．　ｌ：　［４］　汤正定，靡正瑜．光电器件概论．上海：上海科学技术文献出版社，　１９８９：２０７．　［５］　陈建坤，徐莹，范春艳．用Ｐ８９Ｖ５１型单片机实现水文遥测站中电　量的监测．水利水文自动化，２００８，４（４）：２５．　［６］吴永凤，王红蕾，王俊波．ＣＡＮ总线接口芯片ＰＣＡ３２Ｃ２５０及其应　用．贵州工业大学学报，２００５，３４（３）：７７．　作者简介：张争光（１９８１一），硕士研究生，研究方向为智能控制、智能信　图５软件流程图　息处理。Ｅ—ｍａｉｌ：ｈａｎｄｓｐｒｉｎｇ３２１０＠１６３．ｃｏｒｎ　（上接第４５页）连接远程ＶＩ面板。　５结束语　（４）：９１—９４．　［４］　徐福华，王雪，赵风松．网络化电能质量在线监测系统的应用．天　津电力技术，２００８（２）：４１—５Ｏ．　文中设计的远程监测控制系统，监测规模大、指标全，达到　了预期的监测要求；通过Ｗｅｂ网络发布，实现了现场数据的网　络化远程传输，为电能质量的监测、评估和治理工作提供了技　术支撑，为异地电网安全生产提供技术服务。该系统具有实用　性、创新性，能很好地满足现代电能质量监测的要求。　参考文献：　［１］　刘海昌，刘豪，王蛟侠，等．电能质量：远程监控系统的设计与实　现．电力系统保护与控制，２００９，３７（１３）：１０９—１１１．　［２］　朱永强，尹忠东，肖湘宁，等．电能质量监测技术综述．电气时代，　２００７（５）：６６—６９．　［５］韦伟，雷勇，涂国强，等．基于虚拟仪器技术的便携式数据采集系　统．微计算机信息，２００６，２２（５—１）：１０７—１０９．　［６］　黄旭，田立军，秦英林，等．基于ＬａｂＶＩＥＷ的电能质量综合监测及　故障录波系统．电力自动化设备，２００９，２９（１）：１２０—１２３．　［７］　程浩忠，艾芊，张志刚，等．电能质量．北京：清华大学出版社，　２０ｏ６．　［８］陈锡辉，张银鸿．ＬａｂＶＩＥＷ　８．２０程序设计从入门到精通．北京：清　华大学出版社，２００７．　作者简介：任春丽（１９８３一），硕士研究生，主要研究方向为虚拟仪器技　术。Ｅ　ｍａｉｌ：ｒｅ１８３１２＠１２６．ｅｏｍ　［３］李旭，谢运祥．电能质量监测的技术现状．电源技术应用，２００６