1 引言
近年來,，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網(wǎng)的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢,，導致電網(wǎng)的線損增加,，電壓合格率降低,，嚴重影響供電質(zhì)量和經(jīng)濟性,。采用靜止型動態(tài)無功補償裝置(svc)可以起到穩(wěn)定系統(tǒng)電壓,、改善系統(tǒng)不平衡、提高負荷功率因數(shù)等作用,，現(xiàn)已成功應用于冶金,、采礦和電氣化鐵路等沖擊性負荷的補償上，而且還具有更廣泛的應用前景,。
大容量,、實用化svc裝置的設(shè)計與運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)是非常必要的,，它起著運行信息管理中心的作用,。以往監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常針對某個具體應用對象采用文本語言編程開發(fā)，用戶界面不美觀,，開發(fā)周期長,，移植和更改困難，而labview開發(fā)軟件具有廣泛的硬件支持,、開放性互連,、圖形界面優(yōu)美及開發(fā)周期短等優(yōu)點，特別適合測控自動化應用和監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā),。基于虛擬儀器技術(shù)的svc監(jiān)控系統(tǒng)采集,、存儲,、分析來自各個子系統(tǒng)的實時運行數(shù)據(jù)，并以此判斷整個svc裝置是否正常工作,，同時將分析結(jié)果以直觀易懂的方式呈現(xiàn)給現(xiàn)場運行人員,，是開發(fā)人員和用戶了解svc系統(tǒng)狀態(tài)的主導窗口。本文介紹了如何利用虛擬儀器技術(shù)在labview軟件開發(fā)平臺下研制svc監(jiān)控系統(tǒng),，實現(xiàn)svc系統(tǒng)遠程操作控制命令的分散下達和實時運行信息的集中監(jiān)視,。
2 高壓無功補償系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能
svc裝置通常有以下幾種結(jié)構(gòu)：晶閘管控制電抗器(tcr),、晶閘管控制的高阻抗變壓器(tct)、晶閘管投切電容器(tsc),、tcr+tsc混合裝置,、tcr+固定濾波器電容器(fc)的混合裝置。這里以tcr+fc型svc系統(tǒng)為例進行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計,。
svc系統(tǒng)是一個高度綜合和復雜的計算機控制系統(tǒng),，它由采集單元、控制單元,、觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元,、監(jiān)控單元、保護單元5個子系統(tǒng)構(gòu)成,。其中,，數(shù)據(jù)采集單元完成三相電壓和三相電流的檢測；控制調(diào)節(jié)單元完成靜止補償原理閉環(huán)調(diào)節(jié)器的控制算法,；觸發(fā)脈沖產(chǎn)生單元主要完成同步功能和脈沖產(chǎn)生分配,；監(jiān)控單元完成svc系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重構(gòu)、控制參數(shù)的設(shè)定,、面板操作命令的下發(fā),、系統(tǒng)運行參數(shù)的動態(tài)收集和顯示；保護單元完成過流和過載保護,、閥組超溫及其bod保護等,。
3 高壓無功補償監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)
3.1 svc監(jiān)控系統(tǒng)功能及組成
svc監(jiān)控系統(tǒng)具體可完成以下功能：監(jiān)視裝置的啟動過程；實時采集并顯示系統(tǒng)的運行狀態(tài),；在線判斷系統(tǒng)故障狀態(tài),；記錄重要系統(tǒng)運行信息；為遠程計算機傳遞數(shù)據(jù),；系統(tǒng)長期運行狀態(tài)分析,，生成電壓質(zhì)量、諧波含量分析報告,；系統(tǒng)調(diào)試期間錄波回顯,，協(xié)助安裝人員快速查看系統(tǒng)狀態(tài)等。這些功能為svc裝置的正常工作提供了有力保障,，因此,，svc的監(jiān)控系統(tǒng)采用內(nèi)置數(shù)據(jù)采集卡的工控機為基礎(chǔ)，虛擬儀器labview為工具進行開發(fā),。除了數(shù)據(jù)采集之外,，監(jiān)控系統(tǒng)還要負責和其他設(shè)備的通信以及遠程數(shù)據(jù)傳輸工作，采用高性能的工控機使得同時完成如此復雜的任務變得更加容易,。而采用了圖形化的編程語言labview,，把底層與硬件交互的部分封裝起來,，使得應用程序的開發(fā)過程十分簡單，操作界面友好,。
3.2 labview簡介
labview是美國國家儀器公司(ni)提供的一款功能強大又靈活的虛擬儀器和測控軟件開發(fā)工具,，是一種圖形化編程語言，簡稱g語言,，其編程過程是通過圖形符號描述程序的行為,，提供了大量的虛擬儀器元件和函數(shù)庫以方便編程，可直接用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,、網(wǎng)絡通信,、文件輸入輸出、gplb和串行儀器控制以及數(shù)據(jù)分析等,。
由于labview的編程是完全圖形化的,，不同于其他文本方式的編程工具，這種“所見即所得”的直觀效果給工程技術(shù)人員帶來了極大的方便,，labview提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動程序庫,，以及不同工業(yè)領(lǐng)域的各種控件模型，用戶可以根據(jù)需要,，在基本控件模型的基礎(chǔ)上進行繼承優(yōu)化,，labview還支持通過internet、activex,、dde和sql等交互式通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,，也支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計。同時,，labvlew直接支持微機中的rs-232和rs-485接口,，不需任何外部板卡，可通過軟件編程實現(xiàn)儀器控制和數(shù)據(jù)傳輸,。在labview開發(fā)環(huán)境下,，用戶可以根據(jù)需要選擇合適的控件模型，設(shè)計出既滿足用戶要求又美觀實用的vi,。
3.3 svc監(jiān)控軟件設(shè)計
軟件的設(shè)計及實現(xiàn)是開發(fā)svc監(jiān)控系統(tǒng)的主要工作,也是開發(fā)難點所在,。用labview進行svc監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計，有兩個重要的設(shè)計概念,，即“程序功能決定程序結(jié)構(gòu)”和“數(shù)據(jù)流”,。因為labview程序是由多層多個結(jié)構(gòu)和接口模型一致的子vi相互連接、嵌套構(gòu)成的,，每一個子vi都是一個封裝好的vi，完成一定的功能,，所以程序結(jié)構(gòu)的確定實際上取決于程序功能的劃分,；同時,，不同子vi之間是通過“數(shù)據(jù)流”進行連接的，而且數(shù)據(jù)流是子vi的處理對象,，并決定了程序的流程,，因此，確定了數(shù)據(jù)流的內(nèi)容和方向,，也就確定了程序的功能和結(jié)構(gòu),。基于以上概念和labview的特點,，svc監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用按功能劃分的主從式程序結(jié)構(gòu),，首先確定監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能，然后按照功能和待處理數(shù)據(jù)的流向來確定程序結(jié)構(gòu),。
svc監(jiān)控軟件主界面見圖1,，主要包括主界面、實時數(shù)據(jù),、實時曲線,、諧波監(jiān)測、歷史曲線,、功率因數(shù)統(tǒng)計,、故障記錄、硅狀態(tài)監(jiān)測,、系統(tǒng)參數(shù)畫面,。當按下相應的按鈕后，即進入到其對應的畫面中,。
圖1 監(jiān)控軟件主界面
運行過程中,，監(jiān)控系統(tǒng)周期性地向下位機發(fā)送運行參數(shù)召喚命令，下位機正確接收到召喚命令后將系統(tǒng)運行參數(shù)(系統(tǒng)電壓,、電流,、有功、無功,、功率因數(shù)等)上傳給上位機,，并顯示在主界面上。
(1) 實時數(shù)據(jù)功能
當按下實時數(shù)據(jù)按鈕后,，進入實時數(shù)據(jù)畫面,，可以顯示當前電網(wǎng)的三相功率、電壓,、電流數(shù)據(jù)以及閥組溫度等信息,。
(2) 實時曲線功能
當按下實時曲線按鈕后，進入曲線畫面，它能對指定的各監(jiān)控量進行自動檢測,，包括反映實時運行狀態(tài)的電流,、電壓、頻率,、功率因數(shù)等各種數(shù)據(jù)畫面,，方便地提供了指定參數(shù)的實時監(jiān)測曲線。
(3) 諧波監(jiān)測功能
當按下諧波監(jiān)測按鈕后將顯示系統(tǒng)的諧波狀況及諧波的頻譜,，如圖2所示,。點擊選項卡可選擇要查看的諧波所在的相。點擊諧波分量選擇的增,、減按鈕(也可在輸入框中直接輸入)可選擇諧波的次數(shù),，如選擇3次、5次,、7次諧波等,，而在下方的顯示框中將會顯示所查看的諧波的幅值和thd(諧波失真度)。
圖2 諧波監(jiān)測子界面
(4) 歷史數(shù)據(jù)列表功能
按下歷曲線按鈕后,，進入歷史數(shù)據(jù)表格,，歷史數(shù)據(jù)列表功能可對指定的監(jiān)控量進行自動檢測、自動存儲,，并可將各個不同類型的數(shù)據(jù)分別顯示于多幅不同的表格上,，利用選擇鍵方便地選擇所需表格畫面，同時還可以生成當時的歷史曲線圖,，便于生動地觀察任意時刻的系統(tǒng)狀態(tài),，還可通過輸入具體時間來調(diào)出當時的數(shù)據(jù)記錄。
(5) 功率因數(shù)統(tǒng)計功能
按下功率因數(shù)統(tǒng)計按鈕后,，進入功率因數(shù)統(tǒng)計畫面,，在該畫面中可觀察到電網(wǎng)功率因數(shù)在指定時間內(nèi)的變化趨勢，并可對這些數(shù)據(jù)進行相應處理,。
(6) 故障記錄查看功能
按下故障記錄按鈕后,，進入故障記錄畫面，該界面用于存儲監(jiān)控系統(tǒng)的故障報警情況,，包括閥組,、bod、電網(wǎng)電壓及電流的故障報警情況,。操作者還可通過輸入具體時間來調(diào)出當時的系統(tǒng)故障記錄,，并可將該記錄進行打印。
(7) 硅狀態(tài)監(jiān)視功能
硅狀態(tài)監(jiān)視界面用于監(jiān)測所有閥組的工作狀態(tài),，當出現(xiàn)閥組故障或bod產(chǎn)生動作而報警時,，單擊硅狀態(tài)監(jiān)視按鈕,，可直觀地查看具體是哪個硅或bod產(chǎn)生報警，方便維護,。同時該界面還具有閥組超溫報警指示功能,。
(8) 參數(shù)設(shè)置功能
當按下參數(shù)設(shè)置按鈕后,，會彈出用戶登錄對話框,，只有輸入正確的密碼才能進入該畫面進行設(shè)置，這樣可有效防止非專業(yè)人員誤操作,。該畫面主要用于設(shè)置svc裝置的所有運行參數(shù)和串口配置等,，操作人員可以根據(jù)實際的工況進行設(shè)置。
4 結(jié)束語
基于labview軟件開發(fā)的svc監(jiān)控系統(tǒng),，與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比,，其操作界面直觀逼真，運行方式切換靈活,，系統(tǒng)運行信息全面清晰,，更具有硬件電路簡單、可靠性高,、軟件功能豐富,、擴展性好等諸多優(yōu)點。目前本系統(tǒng)已經(jīng)投入運行,，實現(xiàn)了對高壓無功補償裝置各參數(shù)的在線實時監(jiān)測與控制,，實際運行結(jié)果也證明了svc控制系統(tǒng)的正確性和基于labview的svc監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)越性。