电能质量的实时监控与分析系统
2011-03-27
为了更好地了解电能质量问题，必须有一套全面的监控及数据采集系统，籍此来描述干扰及电能质量变化。z6尊龙凯时需要一套可配置、可编程的PXI/CompactPCI 高性能PC 系统，配合高速单元及软件支持来实现性能要求。
在这个项目中，z6尊龙凯时采用美国国家仪器PXI 硬件及LabVIEW图形化编程软件来设计系统。LabVIEW中的分析及显示工具是最理想的选择。结合LabVIEW中功能强大的分析工具及高性能基于Pentium 的PXI 嵌入式控制器，能够实现对频率偏移的实时监控，检测变形与波峰。高速能够为详细的谐波、相位偏移分析及提供有效的时间分辨率。
硬件
系统由美国国家仪器PXI Pentium 233 MHz 嵌入式计算机及PXI-6070E 多功能数据采集板卡构成。z6尊龙凯时采用SCXI-1120 及SCXI-1327 接线端子来将电网电压与计算机隔离开，将其衰减至能够适用于卡的电压范围，并采用电流探针来监控电流。
系统描述
z6尊龙凯时将系统进行配置以实现以下任务：
高速电压电流采集模式
该模式下将对电压和电流的波形进行采样和保存，以供事后分析。可供用户选择的采样率决定分析结果的分辨率。在采集过程中，z6尊龙凯时将部分采样数据显示在前面板上。采集过程采用硬件或软件触发，在电压过零点开始采样。用户提供的注释、数据、时间及采样设置将作为文件头写入每个采样数据文件。该模式下可在指定时间片内实现连续采样，也可由用户控制采样起始中止。
连续事件及频率监控模式
在这一模式下，系统对电压及电流的输入采样，实现对波形失效和脉冲干扰的连续搜索，记录指定时间内的所有事件及波形的振幅偏移， 并用时间戳标记。
在监控过程中，被记录的事件的状态将显示在前面板上。频率的监控由PXI-6007E 上的计数器完成，通过测量10 个输入信号的周期换算得到。z6尊龙凯时还搭建了一个简单的TTL 电路，包含施密特门、十进制计数器、触发器，它将电压信号转换成TTL 电平，为计数器产生一个选通信号。门信号将在10 个输入波形的周期的时间内保持开状态。之后通过PXI-6070E 发出的数字信号使电路复位，循环进行后续的频率测量。频率的当前值会在前面板上显示。监控完成后，将显示所有被记录事件的波形，并标记时间信息。
仿真模式
软件还能够通过仿真产生电压电流输入波形。z6尊龙凯时可以人为设置噪声、谐波、相偏参数，以及随机尖峰脉冲和失真，以此模拟随机产生的波形。在仿真模式下，将发生波形作为输入源，并可以对其进行高速数据流盘。此外还能将发生波形送入卡上的数模转换器，并对结果进行测量和分析。
分析面板上具有以下功能：
从硬盘种选择数据文件
采用图表方式显示所选文件的波形
• 谐波分析 – 软件可以打开测量文件中指定周期数的数据，从而对于所有波形或者波形中的某一部分进行，最后将结果以柱状图或文本形式显示
通常，z6尊龙凯时采用25 个测量周期的数据进行分析，最后能显示每个被分析周期内的总谐波失真。此外，还能在所有测量周期中选择五个谐波来观察其趋势。
• 相位偏移分析 - 可选择性地扫描测量数据文件，读取指定数量的周期，对其电压电流波形进行相位偏移计算，结果以相位-时间为坐标轴显示。
• 功率分析 –计算并显示真实的功率因数、实际功率（W）、表现功率（VA）及无功功率（VAR）
电力线监控系统的原型基于高性能PXI 硬件来实现电压和电流波形的采集及显示，系统能够对波形的失真、脉冲干扰、频率偏移进行监控。高速卡以足够的时间分辨率采集并保存数据，并实现对于波形的后分析。LabVIEW的分析工具能够方便的实现谐波、相位偏移及功率分析的算法。通过对编程产生不同负载下的典型波形来达到演示和教学目的。由于编程界面的灵活性和可扩展性，在目前的系统建模基础上还能进一步提高分析能力及功能性。
近年来，电能质量已经成为重要焦点而越来越受到公用工程、设备、咨询工程师们的关注。现有的商业、工业设备和仪器，如数字计算机、电力电子设备及自动化设备，都对电源干扰很敏感。电源干扰发生频繁是由于不断增加的节能设备，如开关电源、变速装置转换器等。对干扰进行监控及实现对电能质量的研究势在必行。
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