1 引言
近年來，隨著大功率非線性負荷的不斷增加，電網的無功沖擊和諧波污染呈不斷上升的趨勢，導致電網的線損增加，電壓合格率降低，嚴重影響供電質量和經濟性。采用靜止型動態無功補償裝置(svc)可以起到穩定系統電壓、改善系統不平衡、提高負荷功率因數等作用，現已成功應用于冶金、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，監控系統的設計與實現是非常必要的，它起著運行信息管理中心的作用。以往監控系統軟件通常針對某個具體應用對象采用文本語言編程開發，用戶界面不美觀，開發周期長，移植和更改困難，而labview開發軟件具有廣泛的硬件支持、開放性互連、圖形界面優美及開發周期短等優點，特別適合測控自動化應用和監控系統的開發。基于虛擬儀器技術的svc監控系統采集、存儲、分析來自各個子系統的實時運行數據，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給現場運行人員，是開發人員和用戶了解svc系統狀態的主導窗口。本文介紹了如何利用虛擬儀器技術在labview軟件開發平臺下研制svc監控系統，實現svc系統遠程操作控制命令的分散下達和實時運行信息的集中監視。
2 高壓無功補償系統的結構與功能
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系統為例進行監控系統的設計。
svc系統是一個高度綜合和復雜的計算機控制系統，它由采集單元、控制單元、觸發脈沖產生單元、監控單元、保護單元5個子系統構成。其中，數據采集單元完成三相電壓和三相電流的檢測；控制調節單元完成靜止補償原理閉環調節器的控制算法；觸發脈沖產生單元主要完成同步功能和脈沖產生分配；監控單元完成svc系統結構的重構、控制參數的設定、面板操作命令的下發、系統運行參數的動態收集和顯示；保護單元完成過流和過載保護、閥組超溫及其bod保護等。
3 高壓無功補償監控系統的實現
3.1 svc監控系統功能及組成
svc監控系統具體可完成以下功能：監視裝置的啟動過程；實時采集并顯示系統的運行狀態；在線判斷系統故障狀態；記錄重要系統運行信息；為遠程計算機傳遞數據；系統長期運行狀態分析，生成電壓質量、諧波含量分析報告；系統調試期間錄波回顯，協助安裝人員快速查看系統狀態等。這些功能為svc裝置的正常工作提供了有力保障，因此，svc的監控系統采用內置數據采集卡的工控機為基礎，虛擬儀器labview為工具進行開發。除了數據采集之外，監控系統還要負責和其他設備的通信以及遠程數據傳輸工作，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庫以方便編程，可直接用于實現數據采集、網絡通信、文件輸入輸出、gplb和串行儀器控制以及數據分析等。
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提供了工業界最大的儀器驅動程序庫，以及不同工業領域的各種控件模型，用戶可以根據需要，在基本控件模型的基礎上進行繼承優化，labview還支持通過internet、activex、dde和sql等交互式通信方式實現數據共享，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儀器控制和數據傳輸。在labview開發環境下，用戶可以根據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監控軟件設計
軟件的設計及實現是開發svc監控系統的主要工作,也是開發難點所在。用labview進行svc監控系統的程序設計，有兩個重要的設計概念，即“程序功能決定程序結構”和“數據流”。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“數據流”進行連接的，而且數據流是子vi的處理對象，并決定了程序的流程，因此，確定了數據流的內容和方向，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監控系統的軟件設計采用按功能劃分的主從式程序結構，首先確定監控系統的各項功能，然后按照功能和待處理數據的流向來確定程序結構。
svc監控軟件主界面見圖1，主要包括主界面、實時數據、實時曲線、諧波監測、歷史曲線、功率因數統計、故障記錄、硅狀態監測、系統參數畫面。當按下相應的按鈕后，即進入到其對應的畫面中。
圖1 監控軟件主界面
運行過程中，監控系統周期性地向下位機發送運行參數召喚命令，下位機正確接收到召喚命令后將系統運行參數(系統電壓、電流、有功、無功、功率因數等)上傳給上位機，并顯示在主界面上。
(1) 實時數據功能
當按下實時數據按鈕后，進入實時數據畫面，可以顯示當前電網的三相功率、電壓、電流數據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，它能對指定的各監控量進行自動檢測，包括反映實時運行狀態的電流、電壓、頻率、功率因數等各種數據畫面，方便地提供了指定參數的實時監測曲線。
(3) 諧波監測功能
當按下諧波監測按鈕后將顯示系統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，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 諧波監測子界面
(4) 歷史數據列表功能
按下歷曲線按鈕后，進入歷史數據表格，歷史數據列表功能可對指定的監控量進行自動檢測、自動存儲，并可將各個不同類型的數據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狀態，還可通過輸入具體時間來調出當時的數據記錄。
(5) 功率因數統計功能
按下功率因數統計按鈕后，進入功率因數統計畫面，在該畫面中可觀察到電網功率因數在指定時間內的變化趨勢，并可對這些數據進行相應處理。
(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，該界面用于存儲監控系統的故障報警情況，包括閥組、bod、電網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故障記錄，并可將該記錄進行打印。
(7) 硅狀態監視功能
硅狀態監視界面用于監測所有閥組的工作狀態，當出現閥組故障或bod產生動作而報警時，單擊硅狀態監視按鈕，可直觀地查看具體是哪個硅或bod產生報警，方便維護。同時該界面還具有閥組超溫報警指示功能。
(8) 參數設置功能
當按下參數設置按鈕后，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人員誤操作。該畫面主要用于設置svc裝置的所有運行參數和串口配置等，操作人員可以根據實際的工況進行設置。
4 結束語
基于labview軟件開發的svc監控系統，與傳統的監控系統相比，其操作界面直觀逼真，運行方式切換靈活，系統運行信息全面清晰，更具有硬件電路簡單、可靠性高、軟件功能豐富、擴展性好等諸多優點。目前本系統已經投入運行，實現了對高壓無功補償裝置各參數的在線實時監測與控制，實際運行結果也證明了svc控制系統的正確性和基于labview的svc監控系統的優越性。