解決方案:

　　使用NI CompactRIO平臺與LabVIEW軟件快速開發(fā)了一個高度靈活的測量系統(tǒng)原型,，提供快速采樣和大帶寬,。

　　"該原型系統(tǒng)是基于CompactRIO和LabVIEW，展示了低成本靈活的開發(fā)平臺如何結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)中各個部分的控制和測量,。"大部分電網(wǎng)保護(hù)系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是無法準(zhǔn)確地檢測接地故障的根源,。導(dǎo)致出現(xiàn)接地故障后，電網(wǎng)的大部分不得不被強(qiáng)行斷開,，許多客戶將失去電力供應(yīng),。這不僅導(dǎo)致客 戶對電力服務(wù)失望并且電力供應(yīng)商也將收到罰單。背后的原因大多存在于保護(hù)單元的采樣頻率過低以及采用了低通濾波?，F(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)的基本限制來自于測量信號高 頻成分?jǐn)?shù)據(jù)的缺失,。

　　瑞典隆德大學(xué)的電子工程系與能源公司E.ON Elnät共同合作建立了實(shí)驗(yàn)室研究電網(wǎng)的分配系統(tǒng)。該項(xiàng)目意在模擬和準(zhǔn)確地檢測出影響電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的不利因素,，如接地故障等,。高頻瞬變在電網(wǎng)中屢見不鮮。除接地故障,，瞬變也出現(xiàn)在健康的系統(tǒng)中,，通常是由于線路開關(guān)通電時產(chǎn)生的瞬變。瞬變信號的分析表明其頻率成分可達(dá)到數(shù)千赫茲(圖1),。

　　圖1 圖中的表格記錄了接地故障期間的瞬變,，其中實(shí)線是 NI 9239模擬輸入模塊以50kHz的采樣率采集到的原始信號，虛線則是同樣的信號經(jīng)過一個截止頻率為300Hz的二階的巴特沃茲低通濾波器之后以1000Hz的采樣率采集后的結(jié)果

　　傳統(tǒng)上,，電網(wǎng)使用的故障記錄儀要么是獨(dú)立儀器要么被集成到現(xiàn)代數(shù)字繼電保護(hù)裝置中,。雖然獨(dú)立的故障記錄儀有高采樣頻率(高達(dá)20kHz)和適合諧波分析的帶寬，但是價格可能極其昂貴,。一個成本較低的替代方法是使用集成在數(shù)字繼電器中的故障記錄儀?，F(xiàn)代繼電保護(hù)裝置通常使用大約1 kHz的采樣速率和低通濾波，達(dá)到約300Hz的有效帶寬,。如圖1所示,，具有這種帶寬的單元缺乏高頻瞬變信號的能力。帶寬的不足說明了為什么現(xiàn)有繼電 保護(hù)裝置對于間歇發(fā)生的接地故障的檢測能力表現(xiàn)得如此糟糕,。如果沒有高頻數(shù)據(jù),，設(shè)計(jì)一個針對間歇接地故障的可靠算法，極其困難,。

　　系統(tǒng)開發(fā)

　　在開發(fā)過程中，一個獨(dú)立單元的性能至關(guān)重要,，因?yàn)樵O(shè)備將被放置在一個發(fā)電站里,。為了滿足這一要求,，開發(fā)團(tuán)隊(duì)選擇了NI CompactRIO硬件以及圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件LabVIEW。本系統(tǒng)提供了可移動性,、靈活性和可擴(kuò)展性以適應(yīng)應(yīng)用的需要,。此外LabVIEW大量現(xiàn)成可用的軟件庫，加上商用現(xiàn)成的硬件模塊,，大大地縮短了開發(fā)時間,。

　　NI 9239模 擬輸入模塊具有內(nèi)置的抗混疊濾波器，它能夠在高效帶寬下快速采樣,。50kHz的采樣頻率和優(yōu)化的內(nèi)置濾波器提供了22 kHz的有效帶寬,。同時支持高達(dá)250伏的通道隔離特性，提供了一個現(xiàn)成即用的測量系統(tǒng)無需自定制,。一個便攜式的3G調(diào)制解調(diào)器和一個小的路由器保證了與 用戶的通信暢通,，并且提供了遠(yuǎn)程開發(fā)功能。CompactRIO FPGA上執(zhí)行程序具有高度的時間確定性,，并且LabVIEW Real-Time Module具有數(shù)據(jù)記錄和通信能力,，這一平臺為構(gòu)建高性能測量系統(tǒng)提供了良好的基礎(chǔ)。此外,，完善的解決方案適合于快速原型化應(yīng)用,。

　　由于電力設(shè)備包括電站內(nèi)的一個獨(dú)立系統(tǒng)，操作者保持可靠的遠(yuǎn)程通信至關(guān)重要,。為了確保測量單元的可移動性,，我們選擇了使用3G調(diào)制解調(diào)器和一個小路 由器的解決方案。一個 PC主機(jī)處理與操作者的通信,，如圖2所示,。此外，該小組使用LabVIEW應(yīng)用程序生成器設(shè)計(jì)了一個易于使用的界面,，這主要是因?yàn)榇蟛糠植僮鲉T缺乏 LabVIEW的使用經(jīng)驗(yàn),。

　　圖2 通信

　　未來計(jì)劃

　　該原型系統(tǒng)基于CompactRIO和LabVIEW展示了現(xiàn)代通信技術(shù)如何結(jié)合低成本靈活的開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)各個部分的控制和測量。電力供 應(yīng)商和客戶從這個可靠的,、高性能的繼電保護(hù)系統(tǒng)中受益,，該系統(tǒng)通過集成具備完整功能的故障記錄儀來協(xié)調(diào)整個變電站。此種解決方案支持精確的故障檢測,，而無 需對眾多客戶斷電,。