基于 Labview 的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

呂利旭　王凡　侯果山　鞏斌杰

摘 要：以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)來進(jìn)行監(jiān)視電能質(zhì)量的研究，在應(yīng)用 Labview 軟件進(jìn)行解析的前提下，設(shè)計(jì)出強(qiáng)大的信號處理和數(shù)據(jù)分析能力的虛擬儀器檢測裝置，能夠滿足實(shí)時(shí)捕獲電能質(zhì)量的多種指標(biāo)數(shù)據(jù)的功能，實(shí)時(shí)參數(shù)可以通過各模塊準(zhǔn)確顯示。

關(guān)鍵詞：Labview；電能質(zhì)量；監(jiān)測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.067

0 前言

Labview 故名思意，是以圖形為基礎(chǔ)的一種編譯開發(fā)語言，以框圖的樣式展現(xiàn)在我們面前，目前在開發(fā)測量和控制系統(tǒng)方面被經(jīng)常使用。Labview 的開發(fā)環(huán)境具有研發(fā)人員和工程人員在工作中所需要的各種工具。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

電能質(zhì)量的監(jiān)測將在 Labview 中進(jìn)行，首先，三相信號通過信號調(diào)理電路后把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適于 數(shù)據(jù)采集板（DAQ）的電壓信號（一般是±5V～± 10V），DAQ 板將模擬信號裝換能軟件能識別的數(shù)字信號，之后模擬信號被傳輸進(jìn)入 Labview 軟件，再進(jìn)一步分析，完成測量任務(wù)。

本系統(tǒng)的特色之一就是結(jié)合了電力系統(tǒng)分析、虛擬儀器技術(shù)以及模擬電子技術(shù)，選用了適合的傳感器，使得測量更加準(zhǔn)確。并利用模擬電子技術(shù)的知識，設(shè)計(jì)出合適信號調(diào)理電路。該系統(tǒng)不但可以在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)測電能質(zhì)量，還可以在電力系統(tǒng)暫態(tài)波動(dòng)時(shí)，對電壓的急劇變化進(jìn)行監(jiān)視和記錄，在實(shí)際使用中有著優(yōu)秀的表現(xiàn)。該系統(tǒng)邏輯性，數(shù)據(jù)解析能力和控制力較強(qiáng)，因?yàn)槭褂昧烁呒壵Z言編譯軟件，所以高穩(wěn)定性和高挪用性也是該系統(tǒng)的特點(diǎn)。

以 MPU 和 MCU 為核心的常規(guī)電能質(zhì)量檢測儀器，功能比較單一，解析處理數(shù)據(jù)和信號的能力不夠優(yōu)秀，比較適宜于電能質(zhì)量的定時(shí)巡檢和專項(xiàng)檢測，在電能質(zhì)量檢測方面不具有主動(dòng)性，并且沒有全面展示電能質(zhì)量問題的能力?，F(xiàn)如今，測控技術(shù)的發(fā)展方向和大體趨勢是以虛擬儀器為代表，所以推行和探究以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置和系統(tǒng)是電能質(zhì)量監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)前發(fā)展的方向，也是一種新方法、新技術(shù)。

2 Labview 開發(fā)平臺設(shè)計(jì)

Labview 開發(fā)平臺主要由功率測量模塊、諧波分析模塊、不平衡度和相角模塊、基礎(chǔ)參數(shù)模塊等4部分組成。該模塊選擇 Labview 作為環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用圖形化編輯語言編程。當(dāng)有數(shù)字信號進(jìn)入該模塊時(shí)，軟件便可以利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將分析后的數(shù)據(jù)信息通過圖標(biāo)或者數(shù)字等直觀的表現(xiàn)出來，從而實(shí)現(xiàn)測量電能質(zhì)量的目標(biāo)。

3 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集模塊采用的是NI公司 PXI-4472 的采集卡，當(dāng)模擬信號進(jìn)入此卡中后，該采集卡可以將此信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過數(shù)據(jù)線傳輸進(jìn)入下一模塊。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控界面設(shè)計(jì)

若通過局域網(wǎng)能將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)距離傳輸給虛擬電能質(zhì)量測量儀，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)數(shù)據(jù)的話，那么不僅能夠使得節(jié)省大量的硬件需求，而且能夠浪費(fèi)的人力資源大大降低。

用戶可以只需下載相關(guān)的程序，就可以在瀏覽器上方便的登陸并查看數(shù)據(jù)，并從數(shù)據(jù)庫提取數(shù)據(jù)。

5 測試與分析

基于 Labview 的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用了虛擬軟件，能夠使得測量結(jié)果比硬件測量軟件更加接近于真實(shí)值。為了顯示測量結(jié)果，我們在允許的條件下將實(shí)驗(yàn)測量數(shù)值與仿真數(shù)值進(jìn)行對比。

6 結(jié)語

基于 Labview 的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測電網(wǎng)的各項(xiàng)指標(biāo)，而且通過軟件和硬件的結(jié)合，達(dá)到更加高效、準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)信息展現(xiàn)出來的目的。經(jīng)過實(shí)際測試，可以展示出準(zhǔn)確的三相電波形，三相電能質(zhì)量關(guān)鍵參數(shù)電流值還存在較大誤差，誤差率達(dá)到2.5%。功率測量模塊可以準(zhǔn)確測量功率。 這樣，使得這個(gè)系統(tǒng)具有很好的實(shí)用性，而且因?yàn)槠浠贚abview的特性，說明擁有良好的移植性，這對于公司或是學(xué)校對于電能質(zhì)量的監(jiān)測和管理具有很大的意義。不僅如此，該軟件還可以推動(dòng)科研工作進(jìn)一步的 發(fā)展，為科技水平的提高做鋪墊。

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作者簡介：呂利旭（1980-），男，河南省許昌人，本科，助工，研究方向：智能變電站方面、電氣自動(dòng)化專業(yè)、局域網(wǎng)通信等