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电能质量的实时监控与分析系统设计方案
2012-03-13   来源:来源:安防展览网    点击:644

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
  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。对电源干扰进行监控及数据采集实现对电能质量的研究势在必行。

  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。在实验中需要一套可配置、可编程的PXI/CompactPCI高性能PC系统,配合高速数据采集单元及软件支持来实现性能要求。

  在这个项目中,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。高速数据采集能够 为详细的谐波、相位偏移分析及电力分析提供有效的时间分辨率。

  硬件

  系统由美国国家仪器PXIPentium233MHz嵌入式计算机及PXI-6070E多功能数据采集板卡构成。并且采用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数据采集卡的电压范围,并采用电流探针来监控电流。

  系统描述

  我们将系统进行配置以实现以下任务:

  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。 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。[page]

  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,可以将部分采样数据显 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。

  分析面板上具有以下功能:

  1.从硬盘种选择数据文件

  2.采用图表方式显示所选文件的波形

  3.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谐波分析,最后将结果以柱状图或文本形式显示

  通常,我们采用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。

  1.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。

  2.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)

  仿真模式

  软件还能够通过仿真产生电压电流输入波形。我们可以人为设置噪声、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数据采集卡上的数模转换器,并对结果进行测量和分析。

  结论

  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。高速数据采 集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。通过对仿真器 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。

 

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