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摘要：本文提出了一种基于虚拟仪器和ZigBee无线通信的发电机进相运行监控系统，该系统集数据收集、分析处理、报警、查询为一体，利用虚拟仪器开发平台和ZigBee技术，实现对发电机进相运行的实际状况监测，有助于提升发电机进相运行时电网的安全稳定性，该系统组网方便，可靠性较好。
关键词：发电机进相；虚拟仪器；ZigBee；监控系统
中途分类号：TM73文献标识码：A文章编号：1009-0118（2012）12-0228-02
一、前言
电力系统的实际运行中，在节假日期间低负荷时，系统中部分地区的感性无功补偿度偏低，无功过剩问题依然存在，在节假日期间电网用电负荷大幅度减轻，无功功率过剩严重，部分地区的电网运行电压偏高，需要采取适当的控制措施，以调节电压的水平在合适的范围之内。目前较常采用的电压调节方法中，实施发电机进相运行调压是一种比较有效、方便的策略[1-4]。
实施发电机进相运行调压的过程中，发电机定子的端部过热、发电机功角稳定等因素很大程度上限制了机组的进相深度，影响系统的安全稳定运行，因而十分有必要对进相运行中的发电机的实时状态进相监视、控制。当前对发电机运行状态的监测大多是基于传感器实测信号得到的数据实现的，由于牵涉到在发电机内部安装传感器等问题，极可能引起发电机内部设备的绝缘损毁，并且在发电机内部安装传感器布线复杂，检修困难，无法有效实现对发电机运行状态的在线监测。
而虚拟仪器是美国国家仪器公司在上世界80年代提出的[5-6]，是利用软件产生仪器、软件结合硬件从而替代一般意义上的仪器，经由软件、利用计算机实现一般仪器的功能，有效降低了实现成本，易于实施。本文结合虚拟仪器和ZigBee技术，提出了一种基于虚拟仪器和ZigBee无线通信的发电机进相运行监控系统。
二、监控系统总体架构分析
图1给出了基于虚拟仪器和ZigBee技术的发电机进相运行监控系统框图。
由图1可知，该监控系统包括如下部分：含有虚拟仪器模块的计算机系统、基于ZigBee无线技术的通信模块、电平转换模块、信息采集模块、数据存储模块、控制信号输出模块、显示和报警模块。
三、监控系统各模块功能设计
（一）基于虚拟仪器模块的计算机模块
采用虚拟仪器作为开发平台软件，其具有功能强大的函数库，充分利用了该虚拟仪器的数据采集与分析、数据显示及存储、网络等功能。图2所示为虚拟仪器系统的原理框图：
计算机虚拟仪器模块：与电平转换模块、基于ZigBee无线技术的通信模块连接，利用测量到的发电机端的电压、无功和有功出力等数据，得出机组的功角数值，以便实时监测进相运行的稳定性。
（二）基于ZigBee无线技术的通信模块
基于Zigbee无线技术构成传感器网络，由3个部分组成：
1、无线传感器节点：收集测量相关进相数据，并把进相数据经由ZigBee传输[7]。
2、ZigBee网络管理器：集中了ZigBee无线网络中的网关和协调器的功能，主要用于传送进相状态数据到主机。
3、数据管理：对收集上来的进相状态数据进行分析、处理和保存。
（三）數据采集模块
从发电机进相运行现场的传感器获得实时状态信号，主要为非电量或者电量信号，经由电平转换电路，转换为计算机适用的输入信号，输入计算机进行分析处理。
（四）数据分析处理模块
对从进相现场采集到的发电机状态数据，例如有功、无功、发电机出口电压、励磁电流、母线电压等大量数据，经由虚拟仪器进相分析、处理，并输出相应的控制、报警信号。
（五）电平转换模块
电平转换电路模块与信息采集模块、数据存储模块、控制信号输出模块、显示模块和报警模块连接，电平转换电路将随逻辑电压、数据总线的形式以及数据传输速率的不同而变化，用于各个模块之间电平的转换；采用微小的封装形式，无须任何外部元件，可大大节省线路板空间。
四、监控系统总体软件分析
基于虚拟仪器和ZigBee无线通信技术的发电机进相运行监控系统软件功能包括以下几个主要模块：虚拟仪器的程序接口模块、在线数据通信模块、数据采集模块、数据分析处理模块、数据存储模块、输出报警模块，每个模块均可以单独运行自身的功能，各个模块一起又构成了一个有机的整体，其总体软件架构如图3所示：
此监控系统可实现的主要功能包括：数据采集分析、在线监视、数据储存、控制信号输出、报警信号输出等。
五、结论
基于虚拟仪器和ZigBee无线通信技术，本文的发电机进相运行监控系统具有诸多优势：
（一）基于ZigBee无线通信技术，建立了集数据实时采集、分析、处理、存储的无线传感器系统，避免了实际的线缆的安设，使得系统开发周期大为减小，实现简便；并且兼有功耗低、组网方便等特点。
（二）基于虚拟仪器系统平台技术，采用软件程序的编写替换了实际的硬件仪器，有助于监控系统的实用性和智能性，节省了硬件成本，安装调试简便、通用；并且交互性强，系统可视化。
（三）监控系统的软件设计利用了模块性的编程方法，从而使得软件编程结构优化，可维护性强，易于扩展。
参考文献：
[1]王芳，王宏华，王成亮.发电机进相运行研究现状[J].机械制造与自动化，2009，38（6）：4-5，9.
[2]孙国强，卫志农，韦延方.一种发电机进相运行监控系统[P].中国专利：2011-06-10.
[3]张建忠，万栗，刘洪志，等.大型汽轮发电机组进相运行及对电网调压试验研究[J].中国电力，2006，39（12）：11-15.
[4]史家燕，史源素，赵肖敏，等.发电机工况参数模型及进相运行在线监测[J].中国电机工程学报，2006，26（11）：139-143.
[5]苏立.基于虚拟仪器的水轮机调速系统测试装置的实验研究[D].西安：西安理工大学，2009.
[6]陈小林.基于LabVIEW的虚拟仪器的设计[J].温州师范学院学报（自然科学版），2004，15（2）：73-76.
[7]朱节中.ZigBee在电力系统温度测量中的应用[J].微计算机信息，2009，25（4-2）：81-83.
关键词：发电机进相；虚拟仪器；ZigBee；监控系统
中途分类号：TM73文献标识码：A文章编号：1009-0118（2012）12-0228-02
一、前言
电力系统的实际运行中，在节假日期间低负荷时，系统中部分地区的感性无功补偿度偏低，无功过剩问题依然存在，在节假日期间电网用电负荷大幅度减轻，无功功率过剩严重，部分地区的电网运行电压偏高，需要采取适当的控制措施，以调节电压的水平在合适的范围之内。目前较常采用的电压调节方法中，实施发电机进相运行调压是一种比较有效、方便的策略[1-4]。
实施发电机进相运行调压的过程中，发电机定子的端部过热、发电机功角稳定等因素很大程度上限制了机组的进相深度，影响系统的安全稳定运行，因而十分有必要对进相运行中的发电机的实时状态进相监视、控制。当前对发电机运行状态的监测大多是基于传感器实测信号得到的数据实现的，由于牵涉到在发电机内部安装传感器等问题，极可能引起发电机内部设备的绝缘损毁，并且在发电机内部安装传感器布线复杂，检修困难，无法有效实现对发电机运行状态的在线监测。
而虚拟仪器是美国国家仪器公司在上世界80年代提出的[5-6]，是利用软件产生仪器、软件结合硬件从而替代一般意义上的仪器，经由软件、利用计算机实现一般仪器的功能，有效降低了实现成本，易于实施。本文结合虚拟仪器和ZigBee技术，提出了一种基于虚拟仪器和ZigBee无线通信的发电机进相运行监控系统。
二、监控系统总体架构分析
图1给出了基于虚拟仪器和ZigBee技术的发电机进相运行监控系统框图。
由图1可知，该监控系统包括如下部分：含有虚拟仪器模块的计算机系统、基于ZigBee无线技术的通信模块、电平转换模块、信息采集模块、数据存储模块、控制信号输出模块、显示和报警模块。
三、监控系统各模块功能设计
（一）基于虚拟仪器模块的计算机模块
采用虚拟仪器作为开发平台软件，其具有功能强大的函数库，充分利用了该虚拟仪器的数据采集与分析、数据显示及存储、网络等功能。图2所示为虚拟仪器系统的原理框图：
计算机虚拟仪器模块：与电平转换模块、基于ZigBee无线技术的通信模块连接，利用测量到的发电机端的电压、无功和有功出力等数据，得出机组的功角数值，以便实时监测进相运行的稳定性。
（二）基于ZigBee无线技术的通信模块
基于Zigbee无线技术构成传感器网络，由3个部分组成：
1、无线传感器节点：收集测量相关进相数据，并把进相数据经由ZigBee传输[7]。
2、ZigBee网络管理器：集中了ZigBee无线网络中的网关和协调器的功能，主要用于传送进相状态数据到主机。
3、数据管理：对收集上来的进相状态数据进行分析、处理和保存。
（三）數据采集模块
从发电机进相运行现场的传感器获得实时状态信号，主要为非电量或者电量信号，经由电平转换电路，转换为计算机适用的输入信号，输入计算机进行分析处理。
（四）数据分析处理模块
对从进相现场采集到的发电机状态数据，例如有功、无功、发电机出口电压、励磁电流、母线电压等大量数据，经由虚拟仪器进相分析、处理，并输出相应的控制、报警信号。
（五）电平转换模块
电平转换电路模块与信息采集模块、数据存储模块、控制信号输出模块、显示模块和报警模块连接，电平转换电路将随逻辑电压、数据总线的形式以及数据传输速率的不同而变化，用于各个模块之间电平的转换；采用微小的封装形式，无须任何外部元件，可大大节省线路板空间。
四、监控系统总体软件分析
基于虚拟仪器和ZigBee无线通信技术的发电机进相运行监控系统软件功能包括以下几个主要模块：虚拟仪器的程序接口模块、在线数据通信模块、数据采集模块、数据分析处理模块、数据存储模块、输出报警模块，每个模块均可以单独运行自身的功能，各个模块一起又构成了一个有机的整体，其总体软件架构如图3所示：
此监控系统可实现的主要功能包括：数据采集分析、在线监视、数据储存、控制信号输出、报警信号输出等。
五、结论
基于虚拟仪器和ZigBee无线通信技术，本文的发电机进相运行监控系统具有诸多优势：
（一）基于ZigBee无线通信技术，建立了集数据实时采集、分析、处理、存储的无线传感器系统，避免了实际的线缆的安设，使得系统开发周期大为减小，实现简便；并且兼有功耗低、组网方便等特点。
（二）基于虚拟仪器系统平台技术，采用软件程序的编写替换了实际的硬件仪器，有助于监控系统的实用性和智能性，节省了硬件成本，安装调试简便、通用；并且交互性强，系统可视化。
（三）监控系统的软件设计利用了模块性的编程方法，从而使得软件编程结构优化，可维护性强，易于扩展。
参考文献：
[1]王芳，王宏华，王成亮.发电机进相运行研究现状[J].机械制造与自动化，2009，38（6）：4-5，9.
[2]孙国强，卫志农，韦延方.一种发电机进相运行监控系统[P].中国专利：2011-06-10.
[3]张建忠，万栗，刘洪志，等.大型汽轮发电机组进相运行及对电网调压试验研究[J].中国电力，2006，39（12）：11-15.
[4]史家燕，史源素，赵肖敏，等.发电机工况参数模型及进相运行在线监测[J].中国电机工程学报，2006，26（11）：139-143.
[5]苏立.基于虚拟仪器的水轮机调速系统测试装置的实验研究[D].西安：西安理工大学，2009.
[6]陈小林.基于LabVIEW的虚拟仪器的设计[J].温州师范学院学报（自然科学版），2004，15（2）：73-76.
[7]朱节中.ZigBee在电力系统温度测量中的应用[J].微计算机信息，2009，25（4-2）：81-83.