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裝置的設計與運行過程中，監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(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)的結構與功能
svc裝置通常有以下幾種結構：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；控制調節(jié)單元完成靜止補償原理閉環(huán)調節(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)結構的重構、控制參數(shù)的設定、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，生成電壓質量、諧波含量分析報告；系統(tǒng)調試期間錄波回顯，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)采用內置數(shù)據(jù)采集卡的工控機為基礎，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人員帶來了極大的方便，labview提供了工業(yè)界最大的儀器驅動程序庫，以及不同工業(yè)領域的各種控件模型，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，也支持面向對象的程序設計。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)控軟件設計
軟件的設計及實現(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)的程序設計，有兩個重要的設計概念，即“程序功能決定程序結構”和“數(shù)據(jù)流”。因為labview程序是由多層多個結構和接口模型一致的子vi相互連接、嵌套構成的，每一個子vi都是一個封裝好的vi，完成一定的功能，所以程序結構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)流的內容和方向，也就確定了程序的功能和結構。基于以上概念和labview的特點，svc監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計采用按功能劃分的主從式程序結構，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構。
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)設置功能
當按下參數(shù)設置按鈕后，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)實際的工況進行設置。
4 結束語
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。