基于虚拟仪器机场灯光站电能质量监测系统设计

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1、基于虚拟仪器机场灯光站电能质量监测系统设计摘要：传统的电能质量监测方法有很多缺点，本文利用LabVIEW平台开发了基于虚拟仪器的电能质量监测系统，并应用于机场灯光站电能质量的监测。系统通过软硬件相结合，借助于数据采集卡，实时采集机场三相电压和电流，计算出电能质量各种参数，为机场电能质量的改善提供数据依据。该系统适用于三相电能质量的在线测量，实现了长期自动运行、实时测量分析、历史数据管理等功能。与传统分析仪相比，具有操作简单、处理能力强、图形输出等优点。关键词：灯光站；电能质量；虚拟仪器；数据采集0概述11理想的供电电压

2、应为标准的50Hz正弦信号，但非线性负荷的大量使用导致电压波形发生畸变，引起谐波、三相不平衡、电压波动、闪变等电能质量问题[1]。机场灯光站调光器作为典型的非线性负荷，引起的电能质量问题将直接影响到计算机系统的正常工作，从而干扰基于计算机系统的控制设备和电子装置的正常运行。因此，为满足机场各种设备对电能质量的要求，有必要提高机场的电能质量。对电能质量各项指标进行监测是进一步改善电能质量的基础和前提[2]。监测电能质量各种指标，及时正确地对各种异常运行状态或故障状态做出诊断、消除、预防[3]，对设备的运行进行必要的指导，

3、提高灯光系统的可靠性，安全性和有效性。因此，对灯光站电能质量进行全面的在线监测及分析，对于保证机场助航灯光系统以及其它电子装置的可靠运行，预防事故的发生是有现实意义的。传统的表测量数据采集烦琐，仪器通用性差，自动化程度低。采用微处理器和DSP为核心的电能质量检测装置受硬件限制，数据交换性及共享性不强、灵活性差、分析算法简单、数据存储量小、升级比较困难。基于虚拟仪器建立电能质量监测系统，以计算机软件代替硬件实现数据测试功能，可轻易实现复杂算法，且数据分析速度快，存储量大，交换性和共享性好，灵活性强[4-5]。1系统构成基

4、于虚拟仪器技术设计机场灯光站电能质量监测系统，其核心思想是用虚拟仪器软件代替传统仪器的某些硬件，实现电能质量各种参数的分析、数据管理等功能，但原始信号的转换和采集部分却无法代替，因此，依然需要一定的硬件作为整个系统的支撑。系统硬件部分只需将原始信号以最小误差转换成计算机可处理的数字信号，其余工作就完全交由软件完成[6]。11基于虚拟仪器的电能质量监测系统构成如图1。系统由信号采集部分和上位机组成，信号采集部分主要实现被测信号的转换与采集，为上位机提供测试分析的基本信息，包括信号传感部分、信号调理电路和数据采集部分。上位

5、机即为装有虚拟仪器软件的计算机。图1电能质量监测系统结构电能质量监测系统的输入信号为电网的三相高电压和三相大电流，因此需要通过电压互感器（PT）和电流互感器（CT），将信号源转换为交流低电压和小电流。PT选用型号为TVS1908系列小型有源交流电压互感器，CT选用型号为TAS1907-01系列小型有源交流电流互感器。这两种互感器内置放大器，测量精度高，而且具有全封闭，机械和耐环境性能好的特点，使用安全、可靠。信号调理电路是将传感部分的输出信号转变为适合DAQ输入的信号；数据采集部分主要由数据采集卡构成，数据采集卡选用N

6、I公司的USB-6210采集卡，该采集卡具有较好的同步性和较高的采样率，且在高采样率下也能保持高精度，可满足电能质量监测的实际应用需求。11采集卡将三相电压、电流数据传至计算机，计算机通过LabVIEW软件，计算各项无法直接采集的参数，如频率，并进一步得到电能质量各种参数，如三相不平衡、电压谐波畸变率、电流谐波畸变率、电压波动与闪变值等，并对参数进行分析，从而实现故障诊断、排除或预防。上位机可将采集的数据存入数据库，以供其他系统分析使用，也可通过web实现对机场电能质量的远程监控。2电能质量参数分析算法2.1电压测量以

7、及电压越限告警对电压在一个周期内进行离散采样，根据采样得到的点离散电压序列，由电路理论可知，电压有效值为：可求出三相电流有效值。采集的三相电压、电流分别经过VI“基本平均直流-均方根”计算即可得到电压与电流的有效值，并根据国标要求，计算三相电压是否符合规定范围，若电压越限则启动越限告警。电压越限告警子VI如图图2电压越限告警子VI2.2频率测量频率测量主要基于硬件测频技术和软件测频技术[7]。常用的软件测频算法有过零采样法、解析法、误差最小化原理类算法、傅里叶算法、正交去调制法及其它方法[8-9]。本主采用过零采样法，

8、对采样数据进行数字滤波，得到其中的基波后，通过检测波形过零点的时刻，进而求得相应周期，计算周期的倒数即可得到频率。11LabVIEW软件提供了VI控件“单频测量”，其功能是查找具有最高幅值的单频，或在指定范围内查找具有最高幅值的单频；也可查找单频的频率和相位。通过该控件可得到三相电压的频率值。频率偏差即为频率测量值与额定频率之差。