基于LabVIEW的電力系統綜合實踐模擬操作平臺設計

摘 要：本文提出了以LabVIEW為核心的，基于THFMDZ-1實驗平臺的，操作界面直觀現實、開發編程容易、調試輕松的電力系統綜合實踐模擬操作平臺設計方案，該平臺包括電壓表、電流表、功率表、示波器、電壓旋鈕等一系列實操儀器。設計的虛擬平臺具有以下功能：機組起勵建壓、機組停機、準同期并網、功率調整、短路試驗、單機帶負荷實驗。通過對比虛擬實驗功能結果與實訓結果可知，該平臺符合設計預期目標。

關鍵詞：LabVIEW;電力系統;虛擬實驗

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0144-03

目前，電力系統規模不斷擴張，對電力系統安全穩定性的要求也越來越高，各種緊急情況都需要借助虛擬的仿真實訓進行分析解決[1，2]。虛擬儀器的出現，使得我們不用再過多考慮實驗室構造、實驗設施數量、置辦場地等方面的約束，操作人員能在更為自由的實驗環境中開展精密的實驗仿真[3，4]。虛擬實驗室的優勢較為明顯。首先，節省了高校或者研究所買進大型電力系統實驗設施的經費;其次，不用考慮實驗設備數量不足，能多人共用一套虛擬實驗平臺;最后，實驗仿真的操作人員能隨時開展實驗，極為方便[5]。

1 平臺的整體框架

模型一共具備2個部分。第一部分是電力系統綜合實驗平臺模型的整體搭建，該模塊能實現發電機組的起勵建壓、發電機停機、發電機并網、功率調整、短路實驗、單機帶負荷實驗這六大功能[6，7]。第二個部分能實現發電機組的并列運行實驗。前面板由THFMDZ-1電力系統綜合自動化實驗平臺和電力系統綜合自動化仿真實訓裝置組成[8]。電力系統綜合自動化仿真實訓裝置如圖1所示，程序主界面的THFMDZ-1電力系統綜合自動化實驗平臺前面板如圖2所示。

2 實驗平臺的組建及功能設計

2.1 系統啟動界面的設計

本設計采用的軟件是LabVIEW[9]，登錄界面的前面板設計如圖3所示。

2.2 發電機組起勵建壓

微機調速裝置默認的是自動升速系統，后面板程序如圖4所示。

手動調節發電機轉速后面板的程序如圖5所示。

2.3 發電機組停機

首先，減小發電機勵磁至0;隨后，按下微機調速器裝置面板上的“停止”鍵;當發電機轉速減小至0時，將THLZD-1電力系統綜合自動化控制柜面板上的“勵磁電源”關閉，“原動機電源”也關閉。

2.4 發電機組并網

發電機組并網有三種方式：一是手動并網;二是半自動并網;三是自動并網。

發電機組設計了手動及自動并網，通過同期檢查表，在頻率差與電壓差在一定范圍內時，合閘并網。檢同期表程序設計采用的是For循環結構，同時包含了一個短延時模塊，因此放置在注冊用戶事件內，頻率差及電壓差程序設計利用條件結構判斷是否在一定范圍，執行合閘操作。

2.5 發電機組功率調整

調節轉速系統，進而改變發電機所發有功功率，具體操作為：每次按下微機調速裝置“+5”或“+1”按鍵，這樣發電機的轉速會逐漸增大，進而使發電機有功輸出緩慢增加，直到有功功率P達到1kW。

無功功率的調節有三種方式，手動調節為簡單的數值運算，程序如圖6所示。

微機勵磁借助微機勵磁面板上的“+”鍵進行無功調節，由于面板上有加減兩種運算，此處只列舉“+”鍵的程序設計，如圖8所示。

3 實驗項目結果

3.1 短路故障實驗

本文研究三相短路故障。在程序主面板的單位阻抗及線路長度中輸入對應的實驗數值，再按下“開始短路實驗”按鈕，開始進行短路實驗，對應的A相短路電路的波形圖，有功及無功功率和功率因數都會發生相對應的變化，當單位阻抗值設置為0.1+0.24i（Ω/m），短路時電源處到短路故障處線路長度為100m，對應變化如圖9所示。

依照每個物理量之間的數值轉換關系進行程序編寫，研究為無窮大系統，短路時母線電壓基本保持不變，單位阻抗及線路長度作為輸入開始數值運算，獲取到各個數值后輸入對應的儀表中進行前面板顯示。

3.2 單機帶負荷實驗

本實驗對電力系統負荷變化進行簡單研究，探索負荷對電力系統的影響，是對功率的測量及相電流波形圖的分析。功率測量前面板由有功功率表、無功功率表和功率因數表三部分構成。圖10中的示數是負荷阻抗虛實部相同為50+50i（Ω）時，功率表計算的示數，有功率因數表示數為0.71，可得計算結果與理論在誤差允許范圍內相符合。

該后面板程序原理：根據電路的計算原理，利用電壓和輸入的負荷阻抗與有功功率、無功功率、功率因數之間的關系，對相應的參數進行計算，將計算結果輸入各自的儀表中以便于顯示。

4 結論

借助虛擬儀器LabVIEW作為搭建平臺，實現電力系統綜合自動化實驗平臺的組態及實驗臺的真實操作性實驗。本次設計通過利用LabVIEW，在前面板搭建了基于實驗室的虛擬電力系統綜合自動化仿真實訓平臺，并靈活使用后面板強大的圖形化編程語言，對平臺進行程序編輯，使之能實現需求的功能。通過將實驗結果與任務書要求進行對比分析，基本實現了實驗的要求功能，包括發電機組的起勵建壓、機組停機、發電機并網、功率調節、單機帶負荷實驗和短路實驗等。

參考文獻：

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