摘要：发电机组作为电力系统中重要的源头设备，如果发生故障和异常情况，将直接影响到电力系统的安全运行和电能质量的好坏。因此，研究可靠性高、适应性强的发电机组电气量测量技术对于发电机组及其配套设备的运行工况和故障状态进行全面可靠的监视、记录与分析，对于提高机组的安全运行水平具有十分重要的意义。针对电气量测量技术的现状及传统测试系统存在的不足，本文开发了一种基于LabVIEW 软件开发平台的新型电力参数自动测试系统，该系统可以快速、在线、准确地测试各项电力参数。
关键词：发电机组；电气量测量；发展；应用
引言
电气量测量往往被广泛应用于电气技术领域中，通过电气量测量这一实际测量工作，为技术人员提供较为准确可信的实验数据信息，帮助他们得到更可靠的实验结果。然而，在实际的测量过程中，常常会由于诸多因素的影响而导致测量误差的出现。比方说测量人员的素质不同而导致他们所使用的检测方法也有所不同，加上电气测量仪器对检测的环境也有所要求，因此即使在相同的一种测量仪器处于同样的检测环境，采用相同的测量方法，而测得的实验数据也存在一定的差异。
1 电气量测量技术的研究背景及意义
随着我国电力建设的发展，各种类型的大型发电机组越来越多地投入运行，大机组投入运行后所带来的扭振现象、低频振荡等问题已经越来越多的引起了运行部门和有关专家的重视。目前，水电厂的远程控制、自动控制、电网调度自动化等计算机监控系统自动化程度虽己达到较高水平，但系统的主要功能还是基于监视控制。电力系统中，暂态过程数据采集的实时性要求非常高，采样速率也要非常快，并且能够记录暂态的基本过程，才能对设备的故障及不正常状态的分析提供重要依据，为解决电气设备存在的问题提供技术手段。
2 电气量测量技术
2.1 传统的电气量测量技术存在的误差
2.1.1 仪器误差
测量过程中产生的误差一般是指实际的测量过程中所出现的测量问题。举个简单的例子，仪器误差是最为常见的一种误差。电气量测量装置在生产过程中需要遵循一定的生产以及安装步骤。尽管如此，由于个别生产工人的职业素质不强，使得测量仪器的生产过程中没能具备完善的机械性能，而在其出厂后应用于实际的电气测量过程中出现外皮绝缘漏电，或者是内部元件间的电场不均匀等装置问题，这样很容易导致仪器在测量时数据发生偏差，从而影响了测量数据的准确性。
2.1.2 测量方法误差
我们知道，针对同一种被测量的对象，即使使用同一种电气量测量仪器，所能供采取的测量方法也是不尽相同的。在保证最后的实验测量数据的准确性的基础上，一般趋向选择较为简单操作的测量方法。然而，在实际的电气量测量过程中，由于受到不同知识层面或者测量习惯的电气工程技术人员的影响，其所采取的测量方法也有所差异。有不少的测量误差就是因为测量方法所依据的理论不够科学和完善而产生的。例如就有很多的技术操作人员在处理一些动态的问题时，往往由于定性思维的局限而采用静态的方法去解决，这样直接导致了试验误差的出现。
2.2 电气量测量技术发展的方向
目前，世界各国政府部门均对改善电网的电能质量问题，加大投资和研发力度，国外对电能参数的监测方法主要是利用数字电子技术和硬件电路来完成，仪器虽能够监测电压、电流、谐波、功率等量，但功能单一，对不同参数进行测量时，需要对相关的硬件部分进行调整，具有局限性。且仪器易受到外界温度、磁场等影响，还不能保存大量历史数据，影响了电能参数分析。近几年，随着网络通信技术和数字信号处理技术的迅猛发展，在电能质量监测仪器和设备的研究上，出现了越来越多的软、硬件技术和网络技术。例如虚拟仪器技术、中间件技术，采用小波变换、神经网络和专家系统等作为检测识别和分析诊断的有效工具，电能质量监测系统正在朝着网络化、智能化的方向发展。
3 基于虚拟仪器技术的系统设计与应用
3.1 虚拟仪器技术的系统设计
基于虚拟仪器技术的电气量测量由硬件电路和软件组成。硬件主要包括：数据采集系统、GPIB 仪器控制系统、VXI 仪器系统等结构。以LabVIEW 作为虚拟仪器测量系统的软件开发平台，通过软件实现并优化硬件功能，实现快速、在线、准确测量电气参数，并可实现远程监测。
典型虚拟仪器系统的实物示意图和电气量测量系统原理结构图如图1 和图2 所示。
图2 基于虚拟仪器技术的电气量测量系统原理结构图
典型虚拟仪器系统的实物示意图和电气量测量系统原理结构电气量测量系统主要由三部分组成：1）采用工业控制计算机作为服务器，以监视发电机的实时电气量参数，并存储发电机暂态和稳态录波数据；2）采用NI 公司的实时嵌入式处理器、FPGA模块、高速采集卡组成高速数据采集及发电机故障分析装置；3）采用传感器对相关的电测量进行采集，通过前端信号处理模块处理之后送到高速数据采集、分析的采集卡，以作为后续存储与分析的信号输入。
系统采用了可编程自动化控制器和具有高速并行处理能力的FPGA 的硬件技术，以LabVIEW 作为软件开发平台，实现快速、在线、准确测量电气参数，并可实现远程监测。系统运行主要依赖于软件，具有造价低、功能全，组建灵活等特点，克服了传统仪器设备复杂、智能化程度低的缺陷。系统的数据采集速度、信息量、测量精度、分析故障功能、可靠性等技术指标均达到了国内领先水平，系统己在丰满发电厂3 台发电机组上得到应用。
3.2 虚拟仪器技术在电气量测量系统中的应用
虚拟仪器在电力系统中应用最多的是测量领域，它不仅可以完全代替传统仪器，而且具有传统仪器不具备的功能。特别是对一些非标准的或超常规的测量测试要求，虚拟仪器技术可以起到显著效果。虚拟仪器在电力参数监测中的应用主要有：电压、电流、功率、相位、谐波分析等。
结束语
本文针对发电机电气量测量技术的发展与应用展开了研究，针对数据采集的速率不够、实时性较低、缺少一些重要数据的采集和数据记录功能等主要问题，基于虚拟仪器技术，采用了LabV1EW 图形化编程软件对系统进行设计，为实时的电气量采集提供了新的思路和方法。
参考文献：
[1]李友平，任泽民，宋柯，等.水电机组实时效率监测系统[J].水电自动化与大坝监测，2004，28（1）：4-5.
[2]孔大明，高潮，王水贵，等.水电厂发变组高压侧开关非全相故障仿真分析[J].水电自动化与大坝监测，2009，33（2）：37-40.
[3]华斌，周建中.水电机组故障诊断中的数抓融合算法[J].水电自动化与大坝监测，2004，28（1）：12-l5.
[4]王葵，董罡，邢在奎.基于LabVIEW虚拟仪器的数抓采集和故障录波[J].电子测量与仪器学报，2004，18（4）：83-88.
论文作者:隋国民
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：测量论文; 电气论文; 技术论文; 系统论文; 机组论文; 误差论文; 虚拟仪器论文; 《电力设备》2017年第16期论文;