《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LabVIEW和CompactRIO快速原型測(cè)量系統(tǒng)的使用
摘要: 使用NI CompactRIO平臺(tái)與LabVIEW軟件快速開發(fā)了一個(gè)高度靈活的測(cè)量系統(tǒng)原型,,提供快速采樣和大帶寬,。
Abstract:
Key words :

 


使用CompactRIO檢測(cè)電弧的間歇性接地故障
作者:
Christoffer Örndal - Department of Measurement Technology and Industrial Electrical Engineering, Lunds University
Andreas Andreas Jönsson - DLAB – Lund University
Magnus Akke - DLAB – Lund University
行業(yè):
能源/電力
產(chǎn)品:
cRIO-9014, 實(shí)時(shí)模塊, FPGA模塊, NI 9239, LabVIEW
挑戰(zhàn):
開發(fā)一個(gè)通信靈活的便攜式測(cè)量設(shè)備,可以記錄電力系統(tǒng)中的高頻瞬變以及在線向多個(gè)用戶顯示數(shù)據(jù),。
解決方案:
使用NI CompactRIO平臺(tái)與LabVIEW軟件快速開發(fā)了一個(gè)高度靈活的測(cè)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(tái)如何結(jié)合現(xiàn)代通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)中各個(gè)部分的控制和測(cè)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(cè)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(duì)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(cè)量信號(hào)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(cè)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?cè)陔娋W(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(shí)產(chǎn)生的瞬變,。瞬變信號(hào)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(hào),,虛線則是同樣的信號(hào)經(jīng)過一個(gè)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(jià)格可能極其昂貴,。一個(gè)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。
現(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捕獲高頻瞬變信號(hào)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(duì)于間歇發(fā)生的接地故障的檢測(cè)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(gè)針對(duì)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(gè)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(gè)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(dòng)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(shí)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(shí)支持高達(dá)250伏的通道隔離特性,,提供了一個(gè)現(xiàn)成即用的測(cè)量系統(tǒng)無需自定制。一個(gè)便攜式的3G調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)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(shí)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(tái)為構(gòu)建高性能測(cè)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,。
通信
由于電力設(shè)備包括電站內(nèi)的一個(gè)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(cè)量單元的可移動(dòng)性,,我們選擇了使用3G調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)小路 由器的解決方案,。一個(gè) 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(gè)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(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)各個(gè)部分的控制和測(cè)量,。電力供 應(yīng)商和客戶從這個(gè)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(gè)變電站,。此種解決方案支持精確的故障檢測(cè),,而無 需對(duì)眾多客戶斷電。

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