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使用CompactRIO檢測電弧的間歇性接地故障
"該原型係統是基於CompactRIO和LabVIEW，展示了低成本靈活的開發平台如何結合現代通信技術實現對電力係統中各個部分的控製和測量。"
挑戰:
開發一個通信靈活的便攜式測量設備，可以記錄電力係統中的高頻瞬變以及在線向多個用戶顯示數據。
解決方案:
使用NI CompactRIO平台與LabVIEW軟件快速開發了一個高度靈活的測量係統原型，提供快速采樣和大帶寬。
大(da)部(bu)分(fen)電(dian)網(wang)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)的(de)主(zhu)要(yao)缺(que)點(dian)是(shi)無(wu)法(fa)準(zhun)確(que)地(di)檢(jian)測(ce)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)的(de)根(gen)源(yuan)。導(dao)致(zhi)出(chu)現(xian)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)後(hou)，電(dian)網(wang)的(de)大(da)部(bu)分(fen)不(bu)得(de)不(bu)被(bei)強(qiang)行(xing)斷(duan)開(kai)，許(xu)多(duo)客(ke)戶(hu)將(jiang)失(shi)去(qu)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)。這(zhe)不(bu)僅(jin)導(dao)致(zhi)客(ke)戶(hu)對(dui)電(dian)力(li)服(fu)務(wu)失(shi)望(wang)並(bing)且(qie)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)商(shang)也(ye)將(jiang)收(shou)到(dao)罰(fa)單(dan)。背(bei)後(hou)的(de)原(yuan)因(yin)大(da)多(duo)存(cun)在(zai)於(yu)保(bao)護(hu)單(dan)元(yuan)的(de)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)過(guo)低(di)以(yi)及(ji)采(cai)用(yong)了(le)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo)。現(xian)有(you)保(bao)護(hu)係(xi)統(tong)的(de)基(ji)本(ben)限(xian)製(zhi)來(lai)自(zi)於(yu)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)高(gao)頻(pin)成(cheng)分(fen)數(shu)據(ju)的(de)缺(que)失(shi)。
瑞典隆德大學的電子工程係與能源公司E.ON Elnät共同合作建立了實驗室研究電網的分配係統。該項目意在模擬和準確地檢測出影響電力係統正常運行的不利因素，如接地故障等。
高gao頻pin瞬shun變bian在zai電dian網wang中zhong屢lv見jian不bu鮮xian。除chu接jie地di故gu障zhang，瞬shun變bian也ye出chu現xian在zai健jian康kang的de係xi統tong中zhong，通tong常chang是shi由you於yu線xian路lu開kai關guan通tong電dian時shi產chan生sheng的de瞬shun變bian。瞬shun變bian信xin號hao的de分fen析xi表biao明ming其qi頻pin率lv成cheng分fen可ke達da到dao數shu千qian赫he茲zi（圖1）。
圖1 圖中的表格記錄了接地故障期間的瞬變，其中實線是 NI 9239模擬輸入模塊以50kHz的采樣率采集到的原始信號，虛線則是同樣的信號經過一個截止頻率為300Hz的二階的巴特沃茲低通濾波器之後以1000Hz的采樣率采集後的結果
傳統上，電網使用的故障記錄儀要麼是獨立儀器要麼被集成到現代數字繼電保護裝置中。雖然獨立的故障記錄儀有高采樣頻率（高達20kHz）和適合諧波分析的帶寬，但是價格可能極其昂貴。一個成本較低的替代方法是使用集成在數字繼電器中的故障記錄儀。
現代繼電保護裝置通常使用大約1 kHz的采樣速率和低通濾波，達到約300Hz的有效帶寬。如圖1所示，具有這種帶寬的單元缺乏捕獲高頻瞬變信號的能力。帶寬的不足說明
了(le)為(wei)什(shen)麼(me)現(xian)有(you)繼(ji)電(dian)保(bao)護(hu)裝(zhuang)置(zhi)對(dui)於(yu)間(jian)歇(xie)發(fa)生(sheng)的(de)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)的(de)檢(jian)測(ce)能(neng)力(li)表(biao)現(xian)得(de)如(ru)此(ci)糟(zao)糕(gao)。如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)高(gao)頻(pin)數(shu)據(ju)，設(she)計(ji)一(yi)個(ge)針(zhen)對(dui)間(jian)歇(xie)接(jie)地(di)故(gu)障(zhang)的(de)可(ke)靠(kao)算(suan)法(fa)，極(ji)其(qi)困(kun)難(nan)。
係統開發
在開發過程中，一個獨立單元的性能至關重要，因為設備將被放置在一個發電站裏。為了滿足這一要求，開發團隊選擇了 NI CompactRIO硬件以及圖形化係統設計軟件 LabVIEW。本係統提供了可移動性、靈活性和可擴展性以適應應用的需要。此外， LabVIEW大量現成可用的軟件庫，加上商用現成的硬件模塊，大大地縮短了開發時間。 NI 9239模擬輸入模塊具有內置的抗混疊濾波器，它能夠在高效帶寬下快速采樣。50kHz的采樣頻率和優化的內置濾波器提供了22 kHz的有效帶寬。同時支持高達250伏的通道隔離特性，提供了一個現成即用的測量係統無需自定製。一個便攜式的3G調製解調器和一個小的路由器保證了與用戶的通信暢通，並且提供了遠程開發功能。
CompactRIO FPGA上執行程序具有高度的時間確定性，並且LabVIEW Real-Time Module具有數據記錄和通信能力，這一平台為構建高性能測量係統提供了良好的基礎。此外，完善的解決方案適合於快速原型化應用。
通信
由於電力設備包括電站內的一個獨立係統，操作者保持可靠的遠程通信至關重要。為了確保測量單元的可移動性，我們選擇了使用3G調製解調器和一個小路由器的解決方案。一個 PC主機處理與操作者的通信，如圖2所示。此外，該小組使用LabVIEW應用程序生成器設計了一個易於使用的界麵，這主要是因為大部分操作員缺乏LabVIEW的使用經驗。
圖2 通信
未來計劃
該原型係統基於CompactRIO和LabVIEW展示了現代通信技術如何結合低成本靈活的開發平台實現對電力係統各個部分的控製和測量。電力供應商和客戶從這個可靠的、高gao性xing能neng的de繼ji電dian保bao護hu係xi統tong中zhong受shou益yi，該gai係xi統tong通tong過guo集ji成cheng具ju備bei完wan整zheng功gong能neng的de故gu障zhang記ji錄lu儀yi來lai協xie調tiao整zheng個ge變bian電dian站zhan。此ci種zhong解jie決jue方fang案an支zhi持chi精jing確que的de故gu障zhang檢jian測ce，而er無wu需xu對dui眾zhong多duo客ke戶hu斷duan電dian。
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