基于PQDIF格式的多通道便携式电能质量监测装置开发

摘要

多通道便携式电能质量监测装置具有携带方便、操作简单的优势，在无法安装在线式产品的场合可以随时灵活方便地监测。同时可以针对不同性质、不同工况的用电负荷，选用不同的功能进行专项监测和分析，且具备在线式电能质量监测装置的全部功能。电能质量监测网最基本的功能就是实现监测终端（装置）与监测系统之间的数据交换，然而目前国内已建的监测网在终端与系统的数据交换上存在一个突出的问题——没有统一的通信协议。电能质量数据转换格式PQDIF是IEEE1159规定的一种通用电能质量数据转换格式，可以作为异构系统之间数据交换的标准格式，具有很好的通用性。因此，研发一套基于PQDIF格式的多通道便携式电能质量监测装置具有重要意义。
　　基于PQDIF格式的多通道便携式电能质量监测装置，在组成上可以分为三大部分:多通道便携式电能质量监测装置硬件设计、电能质量监测软件设计与开发、PQDIF在电能质量监测系统中的实现。
　　多通道便携式电能质量监测装置硬件设计部分，本文建立了信号采集传感器——信号调理电路——数据采集模块——数据处理模块的电能质量监测装置硬件平台。变电所电压互感器二次侧的电压信号由电压探头衰减为原来的1/100，电流互感器二次侧的电流信号经电流钳互感为小电压信号。两种小电压信号通过信号隔离、线性变换以及信号调理，变成数据采集模块所能接受的小信号。数据采集模块完成小电压信号——低通滤波器——电压跟随器——ADC模拟数字转换器——存储器SRAM的数据采集流程。数据采集模块中研发了频率自适应追踪单元，解决了整周期采样时的频谱泄漏问题;直接对采样数据进行半波有效值计算，作为暂态事件故障录波启动判据的实测值，节约了后台软件处理数据的运行内存，提高了多通道便携式电能质量监测装置工作效率。
　　在电能质量监测软件设计与开发部分，本文采用有限长离散傅里叶变换(DFT)对电能质量采样数据进行分析，并通过在线程池中创建并行的数据转换线程、暂态事件记录线程、闪变计算双线程、实时波形显示线程、FFT数据更新线程、谐波数据写入文件线程以及有效值数据/功率数据写入文件线程共8个线程解决了后台数据分析多任务并行的问题。电能质量监测软件开发功能包括:频率、电压电流、功率/功率因数、三相电压或三相电流不平衡度、短时闪变/长时闪变等基本电参数的测量，谐波测量，暂态事件记录，趋势记录，数据统计，波形记录模块。
　　本文通过结合多通道便携式电能质量装置采样数据与PQDIF数据格式的物理结构和逻辑结构的特点，构建了谐波数据文件、功率数据文件、有效值数据文件以及闪变数据文件四种自定义数据文件向PQDIF格式转化的流程框架。在LabWindows/CVI虚拟软件开发平台通过ActiveX控件调用COM组件获得PQDIF函数库文件，利用函数库中新建对象、打开对象、激活对象、获得和设置MW标志等函数实现了多通道便携式电能质量监测装置自定义存储数据向PQDIF格式转化。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 电能质量监控国内外研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 多通道便携式电能质量监测装置硬件平台设计

2．1 多通道便携式电能质量监测装置的应用举例

2．2 硬件平台设计

2．2．1 信号调理模块

2．2．2 数据采集模块

2．2．3 装置设计

2．3 特色模块设计

2．3．1 频率自适应跟踪

2．3．2 半波有效值算法

2．4 本章小结

第3章 电能质量监测软件设计与开发

3．1 开发环境介绍

3．2 软件系统设计

3．2．1 软件总体设计

3．2．2 有限长离散傅里叶变换(DFT)

3．2．3 多任务并行问题的解决

3．3 监测软件开发与应用

3．3．1 基本电参数的测量

3．3．2 谐波测量

3．3．3 暂态事件记录

3．3．4 数据统计

3．3．5 趋势记录

3．3．6 波形记录

3．4 级联同步设计

3．5 本章小结

第4章 PQDIF在电能质量监测装置中的实现

4．1 PQDIF结构特点

4．1．1 物理结构

4．1．2 逻辑结构

4．2 PQDIF在电能质量在线监测系统中实现的设计思路

4．2．1 PQDIF转换程序流程设计

4．2．2 PQDIF实现方式的选择

4．3 电能质量数据交换格式PQDIF的实现

4．3．1 在LabWindow/CVI中使用COM组件

4．3．2 PQDIF转换程序的实现

4．4 本章小结

第5章 系统功能测试与精度检测

5．1 系统功能测试

5．1．1 功能显示模块

5．1．2 实时监测模块

5．1．3 谐波测量模块

5．1．4 暂态事件记录模块

5．1．5 趋势记录模块

5．1．6 数据统计模块

5．2 系统精度测试

5．2．1 频率测试

5．2．2 电压测试

5．2．3 电压谐波测试

5．2．4 闪变测试

5．3 装置现场应用

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践