基于虛擬儀器的三段式距離保護(hù)研究畢業(yè)論文（含外文翻譯）

1、<p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　學(xué)院：電氣工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電氣工程系 </p><p>　基于虛擬儀器的三段式距離保護(hù)研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　繼電保護(hù)對(duì)

2、電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中不可或缺的重要二次設(shè)備，其作用是對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器、輸配電線路等電氣設(shè)備可能發(fā)生的故障實(shí)施監(jiān)事和保護(hù)。對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行及時(shí)和正確的處理，從而防止人員傷亡和設(shè)備損壞，保證電能質(zhì)量，所以繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)運(yùn)行中的作用也就尤為重要。</p><p>　　虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱VI)是儀器技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次的結(jié)合。它是運(yùn)

3、用應(yīng)用程序?qū)⒂?jì)算機(jī)與功能化模塊硬件結(jié)合起來，用戶可</p><p>　　以通過友好的圖形界面來操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)，利用計(jì)算機(jī)來管理儀器、組織</p><p>　　儀器系統(tǒng)，最終達(dá)到取代傳統(tǒng)電子儀器的目的。虛擬儀器實(shí)際上是軟硬件</p><p>　　結(jié)合、虛實(shí)結(jié)合的產(chǎn)物，它充分利用最新的計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)并擴(kuò)展了傳統(tǒng)儀器的功能。</p><p>　　本

4、文就將虛儀器技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)中，介紹繼電保護(hù)技術(shù)以及如何使用虛擬儀器開發(fā)三段式距離保護(hù)實(shí)系統(tǒng)，包括其系統(tǒng)組成、功能結(jié)構(gòu)、可視效果等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)具有以下功能：故障類型的判別、區(qū)段判別、算法程序。</p><p>　　此外，該系統(tǒng)在減低設(shè)備成本的同時(shí)，還具有人機(jī)界面友好，維護(hù)方</p><p>　　便和功能擴(kuò)充容易的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)在電力系統(tǒng)試驗(yàn)中充分體現(xiàn)了方便、快</p&

5、gt;<p><b>　　捷、實(shí)用等優(yōu)勢(shì)。</b></p><p>　　關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；距離保護(hù)；虛擬儀器；LABVIEW</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The relay protection plays an important role in the pow

6、er system security. Power system relay protection is an indispensable operation of secondary equipment, Its role is to generators, transformers, transmission and distribution lines and other electrical equipment failures

7、 that may occur to implement supervisor and protection. On the breakdown of timely and accurate processing, thereby preventing casualties and damage to equipment, to ensure power quality, so protection devices in power s

8、ystem</p><p>　　The virtual instrument is the deeply combination of the instrument technology and the computer technology. It combines computer with the functional module hardware using application program. U

9、ser can not only manipulate the computer through friendly graphical interface, but also manage instrument control and organization instrument system. It can finally achieve the goal of substitution tradition electronic i

10、nstrument. In fact, the virtual instrument is the union of software and hardware, and th</p><p>　　This virtual instrument technology will be used in Power System Protection in this paper. This paper introduc

11、es how to use the virtual relay technology and instrument development from the protection of real three-stage system .Including the system composition, function and structure, visual effects. Experimental resultS show t

12、hat the system has the following features: fault type of discrimination,algorithm procedure. </p><p>　　In addition, the system while reducing equipment costs, but also has friendly interface, easy maintenanc

13、e and functional advantages of easy expansion. The system in power system fully embodies the easy, fast and practical advantages.</p><p>　　Keywords：Power system,Distance protection,Virtual instruments,LabVIE

14、W</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p>

15、<p>　　1.2 繼電保護(hù)概述1</p><p>　　1.3 虛擬儀器概述4</p><p>　　1.3.1虛擬儀器概念4</p><p>　　1.3.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r5</p><p>　　1.3.3虛擬儀器技術(shù)的意義6</p><p>　　1.4 本課題研究的意義6</p>

16、<p>　　1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容7</p><p>　　第2章 電網(wǎng)的距離保護(hù)8</p><p>　　2.1 距離保護(hù)的基本概念8</p><p>　　2.1.1 距離保護(hù)的時(shí)限特性8</p><p>　　2.2 阻抗繼電器9</p><p>　　2.2.1 阻抗繼電器的接線方式11<

17、/p><p>　　2.2.2 相間短路阻抗繼電器的“0”接線方式11</p><p>　　2.2.3 死區(qū)及消除死區(qū)的方法13</p><p>　　2.3 距離保護(hù)的整定計(jì)算原則14</p><p>　　2.4 距離保護(hù)應(yīng)用中的相關(guān)輔助措施15</p><p>　　2.5 本章小結(jié)15</p>&l

18、t;p>　　第3章 LabVIEW基礎(chǔ)知識(shí)17</p><p>　　3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.2 LabVIEW的特點(diǎn)17</p><p>　　3.3 LabVIEW的組成19</p><p>　　3.4基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)方法23</p><p>　　3.5

19、本章小結(jié)23</p><p>　　第4章 距離保護(hù)軟件系統(tǒng)開發(fā)24</p><p>　　4.1 距離保護(hù)的組成24</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.2.1 流程圖25</p><p>　　4.2.2 傅里葉算法模塊26</p><p>　　4.2

20、.3 故障類型判別程序28</p><p>　　4.2.4 阻抗繼電器模塊30</p><p>　　4.2.5 區(qū)段判別程序30</p><p>　　4.2.6 動(dòng)作邏輯模塊31</p><p>　　4.3可視化效果設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.4 本章小結(jié)33</p><p>

21、;<b>　　結(jié)論34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35</b></p><p><b>　　致謝37</b></p><p><b>　　附錄38</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b>&l

22、t;/p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　隨著時(shí)代的不斷發(fā)展人們對(duì)電能的需求不斷提高也對(duì)電能的質(zhì)量要求也越來越高。因此，作為一個(gè)電力行業(yè)的人我們的職責(zé)就是不斷滿足廣大人民的日益增長(zhǎng)的需求，為他們提供安全、可靠地電能滿足其生活和生產(chǎn)。</p><p>　　繼電保護(hù)對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。所以要更加

23、注重對(duì)繼電保護(hù)的學(xué)習(xí)，尤其是三段式距離保護(hù)以其顯著的優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到的廣泛的應(yīng)用，在對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)中起著至關(guān)重要的作用。因此，學(xué)習(xí)和掌握三段式距離保護(hù)的有關(guān)知識(shí)是我們必須做到的。</p><p>　　目前微機(jī)保護(hù)在國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。有很多公司開發(fā)了微機(jī)保護(hù)實(shí)驗(yàn)裝置。就傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置而言，其儀器繁多，連線復(fù)雜，占地面積大，儀器的更新?lián)Q代需要大量的資金。倘若用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，將其應(yīng)用在實(shí)踐中，則

24、不僅能克服上述傳統(tǒng)儀器的缺點(diǎn)，還有易于實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新，易于網(wǎng)絡(luò)化，能充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源，自動(dòng)化、智能化程度高，功能齊全，價(jià)格相對(duì)便宜等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本課題將距離保護(hù)與虛擬儀器結(jié)合在一起，不僅有利于對(duì)距離保護(hù)知識(shí)的更加深入的學(xué)習(xí)，而且也有助于我們掌握虛擬儀器的應(yīng)用。</p><p>　　1.2 繼電保護(hù)概述 </p><p>　　電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、變

25、壓器、母線、輸配電線路及用電設(shè)備組成。各</p><p>　　電氣元件及系統(tǒng)整體一般處于正常運(yùn)行狀態(tài)，但可能發(fā)生各種故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)，最常見同時(shí)也是最危險(xiǎn)的故障是發(fā)生各種形式的短路?？赡墚a(chǎn)生嚴(yán)重的后果如：由于電流很大會(huì)使故障元件損壞，或者縮短他們的使用壽命；部分地區(qū)的電壓大大降低，破壞用戶工作的穩(wěn)定性或影響工廠產(chǎn)品質(zhì)量；破壞電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，引起系統(tǒng)震蕩，甚至整個(gè)系統(tǒng)瓦解。</p>&l

26、t;p>　　在電力系統(tǒng)中，除采取各項(xiàng)積極措施消除或減少發(fā)生故障的可能性以外，故障一旦發(fā)生，必須迅速而又有選擇性的切除故障元件，這是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的最有效方法之一。切除故障的時(shí)間常常要求小到十分之幾甚 至百分之幾秒。，實(shí)踐證明只有裝設(shè)在每個(gè)電氣元件上的保護(hù)裝置才有可能 滿足這個(gè)要求。這個(gè)裝置知道目前為止，大多由單個(gè)繼電器或繼電器與其附 屬配置的組合構(gòu)成，故

27、稱為繼電保護(hù)裝置。在電業(yè)部門常用繼電保護(hù)一詞泛 指繼電保護(hù)技術(shù)或由各種繼電保護(hù)裝置組成的繼電保護(hù)系統(tǒng)。</p><p>　　繼電保護(hù)裝置，就是指反應(yīng)電力系統(tǒng)中電氣元件發(fā)生故障或不正常運(yùn)行狀態(tài)，并動(dòng)作于斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)的一種自動(dòng)裝置。它的基本任務(wù)是：</p><p>　?。?）自動(dòng)、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，是故障元件免于繼續(xù)遭到破壞，保證其他無故障部分迅速恢復(fù)正

28、常運(yùn)行。</p><p>　?。?）反應(yīng)電器元件的不正常運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)運(yùn)行維護(hù)的條件，而動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、減負(fù)荷或跳閘。此時(shí)一般不要求保護(hù)迅速動(dòng)作，而是根據(jù)對(duì)電力系統(tǒng)及元件的危害程度規(guī)定一定的延時(shí)，以免不必要的動(dòng)作和由于干擾而引起誤動(dòng)作。</p><p>　　完成繼電保護(hù)所負(fù)擔(dān)的任務(wù)，應(yīng)該要求他能夠正確的區(qū)分系統(tǒng)正常運(yùn)行與發(fā)生故障或不運(yùn)行狀態(tài)之間的差別。就一般而言，整套繼電保護(hù)裝置是由測(cè)量

29、部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成的【1】。</p><p><b>　　測(cè)量部分</b></p><p>　　測(cè)量部分是測(cè)量從被保護(hù)對(duì)象輸入的有關(guān)電氣量，并與已給定的整定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果，給出“是”、“非”；“大于”、“不大于”性質(zhì)的一組邏輯信號(hào)，從而判斷保護(hù)是否應(yīng)該啟動(dòng)。</p><p><b>　　邏輯部分</b>

30、;</p><p>　　邏輯部分是根據(jù)測(cè)量部分輸出量的大小、性質(zhì)、輸出的邏輯狀態(tài)、出現(xiàn)的順序或它們的組合，使保護(hù)裝置按一定的邏輯關(guān)系工作，最后確定是否應(yīng)該使斷路器跳閘或發(fā)出信號(hào)，并將有關(guān)命令傳給執(zhí)行部分。</p><p><b>　　執(zhí)行部分</b></p><p>　　執(zhí)行部分使邏輯部分傳送的信號(hào)，最后完成保護(hù)裝置所負(fù)擔(dān)的務(wù)。</p&g

31、t;<p>　　如故障時(shí)，動(dòng)作于跳閘；不正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)出信號(hào)［1］。</p><p>　　對(duì)電力系統(tǒng)的基本要求有四個(gè)，即選擇性、速動(dòng)性、靈敏性和可靠性?，F(xiàn)在分別討論如下：</p><p><b>　　1.選擇性</b></p><p>　　繼電保護(hù)動(dòng)作的選擇性是指保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，僅將故障元件從電力系統(tǒng)中切除，是停電范圍盡量縮小，以

32、保證系統(tǒng)中的無故障部分繼續(xù)安全運(yùn)行。 </p><p><b>　　2.速動(dòng)性</b></p><p>　　快速的切出故障可以提高電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少用戶在電壓降低的情況下工作的時(shí)間，以及縮小故障元件的損壞程度。因此，在發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)力求保護(hù)裝置能迅速動(dòng)作切除故障。</p><p><b>　　3.靈敏性</b>

33、</p><p>　　保護(hù)裝置的靈敏性，是指對(duì)于其保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)或不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的反應(yīng)能力。滿足靈敏性要求的保護(hù)裝置應(yīng)該是事先規(guī)定的保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，不論短路點(diǎn)的位置、短路的類型，以及短路點(diǎn)是否有過渡電阻，都能敏銳感覺，正確反應(yīng)。</p><p><b>　　4.可靠性</b></p><p>　　保護(hù)裝置的可靠性是指該保護(hù)裝置規(guī)定的保

34、護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生了他該動(dòng)作的故障時(shí)，他不應(yīng)該拒絕動(dòng)作，而在任何其他該保護(hù)不應(yīng)動(dòng)作的情況下，則不應(yīng)該誤動(dòng)作。</p><p>　　電力系統(tǒng)繼電保護(hù)工作的特點(diǎn)如有：電力系統(tǒng)由很多復(fù)雜的一次主設(shè)備和二次保護(hù)、控制、調(diào)節(jié)、訊號(hào)等輔助設(shè)備組成的一個(gè)有機(jī)整體。每個(gè)設(shè)備都有其特有的運(yùn)行特性和故障時(shí)的工作行為。電力系統(tǒng)繼電保護(hù)是一門綜合性的學(xué)科，它奠基于理論電工，電機(jī)學(xué)和電力系統(tǒng)等理論基礎(chǔ)，還與電子技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息科

35、學(xué)等新理論新技術(shù)有密切的聯(lián)系。繼電保護(hù)是一門理論和實(shí)踐并重的學(xué)科。繼電保護(hù)的工作稍有差錯(cuò)，就有可能對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行造成嚴(yán)重的影響，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活帶來不可估計(jì)的損失。</p><p>　　繼電保護(hù)技術(shù)是隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展而發(fā)展起來的。20世紀(jì)初，繼電 器開始廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的保護(hù)中，這個(gè)時(shí)期可認(rèn)為是繼電保護(hù)技術(shù)發(fā) 展的開端。從20世紀(jì)50年代到90年代末，在40余年的時(shí)間里，繼電保護(hù)技 術(shù)經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段

36、：從電磁式保護(hù)裝置到晶體管式繼電保護(hù)裝置，到 集成電路繼電保護(hù)裝置，再到微機(jī)繼電保護(hù)裝置。與此同時(shí)，構(gòu)成繼電保護(hù)裝置的元件、材料等也發(fā)生了巨大的變革，并且理論上也得到較大的發(fā) 展。20世紀(jì)50年代，我國(guó)在引進(jìn)并消化了國(guó)外先進(jìn)的電磁式繼電器制造技 術(shù)的基礎(chǔ)上，完成了我國(guó)的電磁型繼電保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)和制造，其主要是由各個(gè)電磁型繼電器組成，這階段在保護(hù)的理論上也有了較大的發(fā)展，建成了繼電保護(hù)研究、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行和教學(xué)的完整體系。自20世紀(jì)50

37、年代末，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了晶體管繼電保護(hù)的研究工作，到20世紀(jì)70年代，晶 體管保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)廣泛運(yùn)用的時(shí)間，特別是對(duì)110kV以上線路的線路保護(hù)的運(yùn)用。自20世紀(jì)50年 代末，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)行了晶體管繼電保護(hù)的研究工作，到20世紀(jì)70年代，晶 體管保護(hù)進(jìn)入了一個(gè)廣泛運(yùn)用的時(shí)間，特別是對(duì)110kV以上線路的線路保從三個(gè)階段來看，由于我國(guó)電力工</p><p>　　1.3 虛擬儀器概述</p><p&g

38、t;　　1.3.1虛擬儀器概念</p><p>　　虛擬儀器技術(shù)首先由NI(National Instruments)公司提出，它是以計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)為核心，以自動(dòng)控制技術(shù)、傳感技術(shù)、現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)、數(shù)值分析技術(shù)為支撐，以各專業(yè)學(xué)科為應(yīng)用背景的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)。他利用高性能的模塊化集成概念和方法，結(jié)合軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)高效、簡(jiǎn)便的程序編譯功能，依據(jù)用戶各類特殊需求創(chuàng)建出人機(jī)對(duì)話界面，實(shí)現(xiàn)并取代各類特殊、昂貴的測(cè)試儀器的

39、功能，目前已成為測(cè)試?yán)碚摵蛻?yīng)用試驗(yàn)研究的重要支撐。</p><p>　　虛擬儀器的出現(xiàn)徹底改觀了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備更改麻煩、升級(jí)困難的問題，也破除了傳統(tǒng)儀器的功能由廠家定義、用戶無法改變的模式。虛擬儀器技術(shù)給儀器設(shè)計(jì)者和儀器用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間，用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)出自己的系統(tǒng)，以滿足多種多樣的應(yīng)用需要。虛擬儀器的強(qiáng)大功能和靈活特性，使得它在儀器測(cè)量領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊。由于它以軟

40、件為核心，主要依靠軟件來實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)的功能，因此虛擬儀器系統(tǒng)的體積小，生產(chǎn)成本低，開發(fā)與生產(chǎn)周期短，智能化功能強(qiáng)，產(chǎn)品的技術(shù)性能好，利潤(rùn)率高。在當(dāng)今儀器儀表界，“軟件就是儀器”、“軟件就是系統(tǒng)”的觀念已經(jīng)被人們普遍接受。</p><p>　　LabVIEW是一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，在工業(yè)測(cè)量和控制領(lǐng)域中掀起了一場(chǎng)變革。同樣，它也為傳統(tǒng)的院?？蒲信c教學(xué)帶來巨大變化，是近年來在國(guó)內(nèi)迅速推廣的一種測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)

41、的概念及相關(guān)軟件，它具有功能強(qiáng)大、編程靈活、人機(jī)界面良好的特點(diǎn)，在測(cè)量技術(shù)和儀器工程科學(xué)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物，代表了儀器儀表的發(fā)展方向。</p><p>　　在虛擬儀器中，硬件是軟件賴以運(yùn)行的物理環(huán)境，它僅僅是為了解決信號(hào)的輸入和輸出，軟件才是儀器的核心，用戶只要通過調(diào)整或修改儀器的軟件，便可方便地改變或增減儀器系統(tǒng)的功能和規(guī)模，甚至儀器的性質(zhì)。</p>

42、<p>　　虛擬儀器是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。自問世以來，經(jīng)過幾十年的不斷和發(fā)展，虛擬儀器也有了不斷地豐富。目前，它己具有GPIB，DAQ，VXI，PXI四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。到21世紀(jì)初，全球已有超過25000用戶在使用虛擬儀器技術(shù)，其中不乏國(guó)際知名的大公司，像Nokia、Siemens、Tektronix等。在世界財(cái)富500強(qiáng)中的制造業(yè)商，有95﹪都采用了虛擬儀器技術(shù)。根據(jù)專

43、家預(yù)測(cè)，到2010年我國(guó)將有50﹪的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器將在航天、航空、通信、醫(yī)療、電力、石油、鐵路等行業(yè)普及及應(yīng)用。近年來，虛擬儀器技術(shù)逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)測(cè)量、電力系統(tǒng)監(jiān)控以及電力系統(tǒng)的仿真和教學(xué)中［2］。</p><p>　　1.3.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　虛擬技術(shù),計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)最重要的組成部分，它們分別被稱為21世紀(jì)科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。L

44、abview是美國(guó)NI（National Instrument）公司推出的一種基于計(jì)算機(jī)的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，自1986年問世第一個(gè)版本以來，就以圖形化的編程理念在工業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。虛擬儀器在美國(guó)發(fā)展的十分迅速，相繼推出了總線系統(tǒng)多達(dá)數(shù)百個(gè)品種的虛擬式儀器。</p><p>　　作為儀器領(lǐng)域中新興的技術(shù)，虛擬式儀器的研究開發(fā)已經(jīng)過了起步階段。從90年代中期以來，國(guó)內(nèi)的許多大學(xué)和公司都致力于研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)

45、品。它們引進(jìn)和吸收NI等公司的產(chǎn)品方面做了一系列有益的工作，并在研究和開發(fā)虛擬儀器產(chǎn)品及設(shè)計(jì)平臺(tái)上取得了許多優(yōu)秀的成果。</p><p>　　1.3.3虛擬儀器技術(shù)的意義</p><p>　　1.虛擬儀器采用圖形化編程語(yǔ)言，開發(fā)人員大大節(jié)省了編程時(shí)間和精力。與傳統(tǒng)儀器相比，采用虛擬儀器技術(shù)研制同一個(gè)項(xiàng)目，不僅可以縮短儀器開發(fā)周期，降低儀器成本，而且還可以提高儀器性能。</p>

46、<p>　　2.虛擬儀器的硬件和軟件具有標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的特點(diǎn)，因此，可以根據(jù)不同的測(cè)量要求，設(shè)計(jì)出新的數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)方案。通過增減硬件電路、修改部分軟件，還可以重新配置原有的儀器，創(chuàng)建新的儀器系統(tǒng)。因此，擁有一臺(tái)虛擬儀器系統(tǒng)，就相當(dāng)于擁有一個(gè)個(gè)人實(shí)驗(yàn)室.</p><p>　　3.虛擬儀器的接口具有通用性、開放性的特點(diǎn)，因此，現(xiàn)有的設(shè)備儀器可以很容易地進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，這便于提高儀器的自動(dòng)化程度以及實(shí)現(xiàn)儀

47、器的遠(yuǎn)程測(cè)控和網(wǎng)絡(luò)化。</p><p>　　1.4 本課題研究的意義</p><p>　　電力系統(tǒng)中的設(shè)備昂貴，安全穩(wěn)定運(yùn)行要求高，這就需要一套能夠模擬電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況的軟件系統(tǒng)，為試驗(yàn)保護(hù)方案的和測(cè)試器件性能創(chuàng)造一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電力系統(tǒng)中可以很好的解決這一難題。</p><p>　　目前，大量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備仍采用傳統(tǒng)儀器，雖然試驗(yàn)方法相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要

48、的儀器繁多，連線復(fù)雜，占地面積大，儀器的更新?lián)Q代需要大量的資金。如果使用虛擬儀器，將大大提高實(shí)驗(yàn)效率，降低試驗(yàn)成本。</p><p>　　1.5 本課題的研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本文的研究對(duì)象是基于虛擬儀器的三段式距離保護(hù)。</p><p>　　首先，介紹了距離保護(hù)的作用原理，阻抗繼電器和它的接線方式，重點(diǎn)研究了距離保護(hù)的整定值計(jì)算原則和對(duì)線路短路時(shí)各個(gè)相電流

49、的變化情況進(jìn)行阻抗繼電器的相應(yīng)動(dòng)作。</p><p>　　其次，介紹了虛擬儀器的一些基本的知識(shí)和用法。有關(guān)LabVIEW的編程基礎(chǔ)，編程環(huán)境。</p><p>　　最后，進(jìn)行基于虛擬儀器的距離保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)開發(fā)。主要是三段式距離保護(hù)試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案及設(shè)計(jì)方法，分模塊介紹了保護(hù)系統(tǒng)的軟件構(gòu)成，以及功能結(jié)構(gòu)、可視效果等。</p><p>　　第2章 電網(wǎng)的距離保護(hù)&

50、lt;/p><p>　　2.1 距離保護(hù)的基本概念 </p><p>　　由于電流保護(hù)的各種特點(diǎn)，在35KV及以上電壓的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，他們都很難滿足選擇性、靈敏性以及快速切除故障的要求。為此，就必須采用性能更加完善的保護(hù)裝置。距離保護(hù)就是適應(yīng)這種要求的一種保護(hù)原理。</p><p>　　距離保護(hù)是反映故障點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離（或阻抗），并根據(jù)距離的遠(yuǎn)近而確定動(dòng)作時(shí)

51、間的一種保護(hù)裝置。該裝置的主要元件為距離繼電器，它可根據(jù)其端子上所加的電壓和電流測(cè)知保護(hù)安裝處至短路點(diǎn)之間的阻抗值，此阻抗稱為繼電器的測(cè)量阻抗。當(dāng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處近時(shí)，其測(cè)量阻抗小，動(dòng)作時(shí)間短；當(dāng)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝處遠(yuǎn)時(shí)，其測(cè)量阻抗增大，動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)，這樣就保證了有選擇性的切除故障線路。</p><p>　　2.1.1 距離保護(hù)的時(shí)限特性</p><p>　　距離保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間與保護(hù)安裝地

52、點(diǎn)至短路點(diǎn)之間距離的關(guān)系t=f(l),稱為距離保護(hù)的時(shí)限特性。為了滿足速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求，目前廣泛使用具有三段動(dòng)作范圍的階梯型時(shí)限特性，如上圖所示，分別稱為距離保護(hù)的I、II，III段。</p><p>　　距離保護(hù)的第I段是瞬時(shí)動(dòng)作的，是保護(hù)本身的固有動(dòng)作時(shí)間。第I段本應(yīng)保護(hù)線路的全長(zhǎng)，即保護(hù)范圍為全長(zhǎng)的100％，然而實(shí)際上卻是不可能的，因?yàn)楫?dāng)下段線路出口處短路時(shí)，第I段不應(yīng)動(dòng)作，為此，其起動(dòng)阻抗的整

53、定值必須躲開這一點(diǎn)短路時(shí)所測(cè)量的阻抗，即<?？紤]到阻抗繼電器和電流和電壓互感器的誤差，需引入可靠系數(shù)，則</p><p>　　<(0.8～0.85) （2-1）</p><p>　　同理對(duì)保護(hù)1的第I段整定值應(yīng)為</p><p>　　> (0.8～0.85) （2-2）</p&g

54、t;<p>　　如此整定后，距離I段就只能包括本線路全長(zhǎng)的80％～85％，這是一個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)。為了切除本線路末端15％～20％范圍以內(nèi)的故障，就需要設(shè)置距離保護(hù)第II段。</p><p>　　距離第II段整定值的選擇是相似與電流速斷的，即應(yīng)使其不超出下一條線路距離I段的保護(hù)范圍，同時(shí)帶有高出一個(gè)t的時(shí)限，以保證選擇性。當(dāng)保護(hù)1第I段末短路時(shí)，保護(hù)2的測(cè)量阻抗為</p><p>

55、　　=+ （2-3）</p><p>　　引入可靠系數(shù)，則保護(hù)2的起動(dòng)阻抗為</p><p>　　=0.8[+(0.8～0.85) ] （2-4）</p><p>　　距離I段與II段的聯(lián)合工作構(gòu)成本線路的主保護(hù)。</p><p>　　為了作為相鄰線路保護(hù)裝置和斷路器拒絕動(dòng)作的后備

56、保護(hù)，同時(shí)也作為距離I、II段的后備保護(hù)，還應(yīng)該裝設(shè)距離保護(hù)第III段。</p><p>　　對(duì)距離III段整定值的考慮是與過電流保護(hù)相似的，其起動(dòng)阻抗要躲開正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷阻抗來選擇，而動(dòng)作時(shí)限使其比距離III段保護(hù)范圍內(nèi)其他各個(gè)保護(hù)的最大動(dòng)作時(shí)限高出一個(gè)Δt。</p><p><b>　　2.2 阻抗繼電器</b></p><p>　　阻抗

57、繼電器是距離保護(hù)裝置的核心元件，其主要作用是測(cè)量短路點(diǎn)到保護(hù)安裝點(diǎn)之間的阻抗，并與整定值進(jìn)行比較，已確定保護(hù)是否應(yīng)該動(dòng)作。</p><p>　　阻抗繼電器按其構(gòu)成方式可分為單相式和多相式兩種。</p><p>　　單相式阻抗繼電器是指加入繼電器的只有一個(gè)電壓(可以是相電壓或線電壓)和一個(gè)電流(可以是相電流或兩相電流之差)的阻抗繼電器，和的比值成為繼電器的測(cè)量阻抗</p>&l

58、t;p>　　= （2-5）</p><p><b>　　各類繼電器及特性：</b></p><p><b>　　1.全阻抗繼電器</b></p><p>　　全阻抗繼電器的特性是以B點(diǎn)（繼電器安置點(diǎn)）為圓心，以整定阻抗為半徑所做的一個(gè)圓。當(dāng)測(cè)量阻抗位于園內(nèi)時(shí)繼電器動(dòng)

59、作，即園內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外不動(dòng)作區(qū)。當(dāng)測(cè)量阻抗正好位于圓周上時(shí)，繼電器剛好動(dòng)作，對(duì)應(yīng)此時(shí)的阻抗就是繼電器的起動(dòng)阻抗由于這種特性是以原點(diǎn)為圓心而做的圓，因此，不論加入繼電器的電流與電壓之間的角度為多大，繼電器的起動(dòng)阻抗在數(shù)值上都等于整定阻抗，即=。具有這種動(dòng)作特性的繼電器稱為全阻抗繼電器，它沒有方向性。</p><p><b>　　2.方向阻抗繼電器</b></p><p&g

60、t;　　方向阻抗繼電器的特性是以整定阻抗為直徑而通過坐標(biāo)原點(diǎn)的一個(gè)圓，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)，圓外不動(dòng)作區(qū)。當(dāng)加入繼電器的和之間的相位差φ為不同數(shù)值時(shí)，此種繼電器的起動(dòng)阻抗也將隨之改變。當(dāng)?shù)扔诘淖杩菇菚r(shí)，繼電器的起動(dòng)阻抗達(dá)到最大，等于圓的直徑，此時(shí)，阻抗繼電器的保護(hù)范圍最大，工作最靈敏，因此，這個(gè)稱為繼電器的最大靈敏角。用表示。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)故障時(shí)，=，因此應(yīng)該調(diào)整繼電器的最大靈敏角使=，以便繼電器工作在最靈敏的條件下。</p>&l

61、t;p>　　當(dāng)反方向發(fā)生故障時(shí)，測(cè)量阻抗位于第三象限，繼電器不能動(dòng)作，因此它本身具有方向性，故稱之為方向阻抗繼電器［1］。</p><p>　　總結(jié)三種阻抗的意義：</p><p>　　（1）測(cè)量阻抗: 由加入繼電器的電壓和電流的比值確定。</p><p>　　=arg （2-6）</p&g

62、t;<p>　?。?）整定阻抗：一般取繼電器安裝點(diǎn)的到保護(hù)范圍末端的線路阻抗。</p><p>　　全阻抗繼電器：圓的半徑。</p><p>　　方向阻抗繼電器：在最大靈敏角方向上圓的直徑。</p><p>　　（3）起動(dòng)阻抗：它表示當(dāng)繼電器剛好動(dòng)作時(shí)，加入繼電器的電壓和電流的比值。</p><p>　　阻抗繼電器的測(cè)量阻抗時(shí)受

63、很多因素影響的。主要有：</p><p>　?、伲搪伏c(diǎn)的過渡電阻；②．電力系統(tǒng)振蕩；③．保護(hù)安裝處與故障點(diǎn)之間有分支電路；④．CT,PT的誤差；⑤．PT二次回路斷線；⑥．串連補(bǔ)償電容。</p><p>　　2.2.1 阻抗繼電器的接線方式</p><p>　　對(duì)接線方式的基本要求：</p><p>　　1.繼電器的測(cè)量阻抗正比于短路點(diǎn)到安裝

64、地點(diǎn)之間的距離。</p><p>　　2.繼電器的測(cè)量阻抗應(yīng)于故障類型無關(guān)，也就是保護(hù)范圍不遂故障類型的變化而變化。</p><p>　　當(dāng)阻抗繼電器加入的電壓和電流為和 -時(shí)，我們稱之為“0”接線，為U和I時(shí)稱為“+30”接線［1］。</p><p>　　2.2.2 相間短路阻抗繼電器的“0”接線方式</p><p><b>　　

65、1.三相短路</b></p><p>　　三相短路時(shí)三相是對(duì)稱的，三個(gè)繼電器～的工作情況完全相同，因此，可以為例分析之。設(shè)短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的距離為L(zhǎng)Km,線路每千米的正序阻抗為歐姆，則保護(hù)安裝地點(diǎn)的電壓應(yīng)為</p><p>　　=-=—=(—) （2-7）</p><p>　　因此，在三相短路時(shí)，繼電器J的測(cè)量阻抗為</p>&l

66、t;p>　　== （2-8）</p><p>　　在三相短路時(shí),三個(gè)繼電器測(cè)阻抗均等于短路點(diǎn)到安裝地點(diǎn)之間的阻抗，三個(gè)繼電器均能動(dòng)作。 </p><p><b>　　2.兩相短路</b></p><p><b>　

67、　如下圖所示，</b></p><p>　　設(shè)A-B間短路為例，則故障環(huán)路的電壓為</p><p>　　=—=—=(—) （2-9）</p><p>　　因此，繼電器J的測(cè)量阻抗為</p><p>　　== （2-10）</p><p>　　和三相短路

68、時(shí)的測(cè)量阻抗相同，因此，能動(dòng)作。</p><p>　　在A-B兩相短路的情況下，對(duì)繼電器和而言，由于所加電壓為非故障相間的電壓，數(shù)值較高，而電流又只有一個(gè)故障相的電流，數(shù)值較（-）為小，因此，其測(cè)量阻抗必然大于上式的數(shù)值，也就是說它們不能正確測(cè)量保護(hù)安裝地點(diǎn)到短路點(diǎn)的阻抗，因此，不能動(dòng)作。</p><p>　　由此可見，在A-B兩相短路的情況下，只有J能準(zhǔn)確的測(cè)量短路阻抗而動(dòng)作。同理，分析

69、B-C和C-A兩相短路可知，相應(yīng)地只有和能準(zhǔn)確地測(cè)量到短路點(diǎn)的阻抗而動(dòng)作。這就是為什么要有三個(gè)阻抗繼電器并分別接于不同相間的原因。</p><p>　　3.中性點(diǎn)直接接地電網(wǎng)中的兩相接地短路</p><p>　　仍以A-B相故障為例，它與兩相短路不同之處是地中有電流流回，因此，≠.</p><p>　　此時(shí)，我們可以把A相和B相看成兩個(gè)“導(dǎo)線—地”的送電線路并有互感

70、耦合在一起，設(shè)用表示輸電線每千米的自感阻抗，表示每千米的互感阻抗，則保護(hù)安裝地點(diǎn)的故障相電壓為</p><p>　　=+ （2-11）</p><p>　　=+ （2-12）</p><p>　　因此，繼電器J的測(cè)量阻抗為</p><p>　　=

71、 </p><p>　　=(—)= （2-13）</p><p>　　由此可見，當(dāng)發(fā)生A-B兩相接地短路時(shí)，的測(cè)量阻抗與三相短路相同，保護(hù)能夠正確動(dòng)作［1］。</p><p>　　2.2.3 死區(qū)及消除死區(qū)的方法</p><p>　　當(dāng)在保護(hù)安裝點(diǎn)正方向發(fā)生相間短路時(shí)，故障環(huán)路的殘余電壓將降低

72、到零。例如，在三相短路時(shí)，U=U=U=0,A-B兩相短路時(shí)，U=0等等。此時(shí)，任何具有方向性的繼電器將因加入的電壓為零而不動(dòng)作，從而出現(xiàn)保護(hù)裝置的“死區(qū)”。</p><p>　　為減小和消除死區(qū)，可以采用以下方法：</p><p><b>　　1.記憶回路 </b></p><p>　　它是由一個(gè)R，L，C組成的工頻串聯(lián)諧振電路。因?yàn)閣L=1/

73、wc，電路呈純阻性，所以當(dāng)出口短路時(shí)，UJ=0。借助諧振，Up在一定時(shí)間內(nèi)逐漸衰減，其相位保持原先的相位不變。這就相當(dāng)于把原先的電壓記憶下來，故稱為“記憶回路”。</p><p>　　2.高Q值50HZ帶通有源濾波器。</p><p>　　3.引入非故障相電壓</p><p>　　正常運(yùn)行時(shí)，較大，RS又很大。IR主要由產(chǎn)生，第三相電壓基本上不起作用。當(dāng)AB相間短路

74、時(shí)，=0，記憶回路發(fā)揮作用。但Up將逐漸衰減到零，此時(shí)第三相電壓的作用將表現(xiàn)出來。</p><p>　　2.3 距離保護(hù)的整定計(jì)算原則</p><p>　　在距離保護(hù)的整定計(jì)算中，假定保護(hù)裝置具有階段是的時(shí)限特性，并認(rèn)為保護(hù)具有方向性，其原則如下［1］。</p><p>　　1.距離保護(hù)第I段的整定</p><p>　　一般按躲開下一條顯露出

75、口出短路的原則來確定，在一般線路上，可靠系數(shù)取0.8。</p><p>　　2. 距離保護(hù)第Ⅱ段的整定</p><p>　　按以下兩點(diǎn)原則來確定：</p><p>　?。?）與相鄰線路距離保護(hù)第Ⅰ段相配合，并考慮分支系數(shù)K的影響，可以采用下式進(jìn)行計(jì)算</p><p>　　=(+) （2-14）</p>

76、;<p>　　式中可靠系數(shù)一般采用0.8；應(yīng)采用當(dāng)保護(hù)1第I段末端短路時(shí)，可能出現(xiàn)的最小數(shù)值。</p><p>　?。?）躲開線路末端變電所變壓器低壓側(cè)出口處短路時(shí)的阻抗值，設(shè)變壓器的阻抗為，則起動(dòng)阻抗應(yīng)整定為</p><p>　　=(+) （2-15）</p><p>　　式中與變壓器配合是的可靠系數(shù)，一般采用=

77、0.7。</p><p>　?。?）校驗(yàn)距離Ⅱ段在本線路末端短路時(shí)的靈敏系數(shù)。由于是反應(yīng)于數(shù)值下降而動(dòng)作，其靈敏系數(shù)為</p><p><b>　　=</b></p><p>　　一般要求K≥1.25。當(dāng)校驗(yàn)靈敏系數(shù)不能滿足要求是，應(yīng)進(jìn)一步延伸保護(hù)范圍，使之與下一條線路的距離Ⅱ段相配合，時(shí)限整定為1～1.2s,考慮原則與限時(shí)電流速斷保護(hù)相同。&

78、lt;/p><p>　　3. 距離保護(hù)第Ⅲ段的整定</p><p>　　當(dāng)?shù)冖蠖尾捎米杩估^電器時(shí)，其起動(dòng)阻抗一般按躲開最小負(fù)荷阻抗Z來整定，它表示線路上流過最大負(fù)荷電流且母線上電壓最低時(shí)，在線路始端所測(cè)量的阻抗，其值為∶</p><p>　　= （2-16）</p><p>　　2.4 距離保護(hù)應(yīng)

79、用中的相關(guān)輔助措施</p><p>　　1、測(cè)量阻抗，那么當(dāng)因某種原因電壓斷線時(shí)，阻抗繼電器將會(huì)誤動(dòng)作，故必須采取電壓斷線閉鎖措施，當(dāng)發(fā)生電壓斷線時(shí)閉鎖保護(hù)。通常采用電壓互感器二次電壓與開口三角電壓比較實(shí)現(xiàn)。微機(jī)保護(hù)采用軟件算法實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　2、當(dāng)系統(tǒng)振蕩時(shí)，振蕩中心的電壓降低、電流升高；那么處于振蕩中心的阻抗繼電器因感受到的測(cè)量阻抗降低，所以也必須采取振蕩閉鎖措施，當(dāng)發(fā)生振

80、蕩時(shí)閉鎖保護(hù)。并遵循振蕩不消失，閉鎖不解除的原則。通常引入正序元件，負(fù)、零序電流或電流增量元件及采用短時(shí)開放來監(jiān)視靜穩(wěn)破壞。</p><p>　　3、在正方出口短路時(shí)可能拒動(dòng)，反方向出口短路時(shí)可能誤動(dòng)；通常采用使極化電壓帶“記憶”來實(shí)現(xiàn)。常規(guī)保護(hù)引入第三相電壓構(gòu)成RLC串聯(lián)諧振回路，使故障時(shí)保持故障前相位；微機(jī)保護(hù)直接讀取故障前數(shù)據(jù)。</p><p>　　所以說，正真構(gòu)成一套距離保護(hù)至少包

81、含以下幾個(gè)部分：?jiǎn)?dòng)元件、阻抗測(cè)量元件、電壓閉鎖元件、振蕩閉鎖元件、邏輯回路。</p><p><b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　1.根據(jù)距離保護(hù)的工作原理，它可以再多電源的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中保證動(dòng)作的選擇性。</p><p>　　2.距離是瞬時(shí)動(dòng)作的，但它只能保護(hù)線路全長(zhǎng)的80％～85％，因此，兩端合起來就使得在30％～40％

82、的線路長(zhǎng)度內(nèi)的故障，不能從兩端瞬時(shí)切除，在一端須經(jīng)0.5s的延時(shí)才能切除。在220kV及以上電壓的網(wǎng)絡(luò)中，有時(shí)候不能滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性運(yùn)行的要求，因而，不能作為主保護(hù)來用。</p><p>　　3.由于阻抗繼電器同時(shí)反應(yīng)與電壓的降低和電流的增大而動(dòng)作，因此，距離保護(hù)較電流、電壓保護(hù)具有較高的靈敏度。此外，距離Ⅰ段的保護(hù)范圍不受系統(tǒng)運(yùn)行方式變化的影響，其他兩段受到的影響也比較小，因此，保護(hù)范圍比較穩(wěn)定。</p

83、><p>　　4.由于距離保護(hù)中采用了復(fù)雜的阻抗繼電器的大量的輔助繼電器，再加上各種必要的閉鎖裝置，因此，接線復(fù)雜，可靠性比電流保護(hù)低，這也是它的主要缺點(diǎn)。</p><p>　　第3章 LabVIEW基礎(chǔ)知識(shí)</p><p>　　3.1 LabVIEW簡(jiǎn)介 </p><p>　　LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)家儀器公司的軟

84、件產(chǎn)品。自1986年1.0版本問世至今已經(jīng)升級(jí)到9.0版本。 LabVIEW是 一個(gè)具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境，它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性，從簡(jiǎn)單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到過程控制和工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)，LabVIEW都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用

85、TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。</p><p>　　LabVIEW是又被稱為G語(yǔ)言，G語(yǔ)言是圖形化編程語(yǔ)言（Graphical Programing Language）的縮寫。LabVIEW是一種基于圖形編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境。在由LabVIEW開發(fā)環(huán)境下編寫的代碼就是G語(yǔ)言代碼。LabVI

86、EW功能強(qiáng)大、靈活方便。它與C語(yǔ)言、BASIC語(yǔ)言等傳統(tǒng)編程語(yǔ)言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點(diǎn)等。除了具有諸多相似之處，二者之間也存在著顯著的區(qū)別，傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程，而LabVIEW使用圖形語(yǔ)言編程，界面形象直觀，使用的對(duì)象都是測(cè)試工程師熟悉的按鈕、開關(guān)、波形圖等。因此，即使沒有太多的編程經(jīng)驗(yàn)，初學(xué)者也可很快的學(xué)會(huì)LabVIEW編程。它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以

87、通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)［3］。</p><p>　　3.2 LabVIEW的特點(diǎn)</p><p>　?。?） 圖形化的編程語(yǔ)言: LABVIEW與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言相比，有一個(gè)特別重要的不同點(diǎn):其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼行，而LABVIEW采用圖形化編程

88、語(yǔ)言—G語(yǔ)言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，它采用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，還提供了面板上所必需的許多顯示和控制對(duì)象，如旋鈕、表頭、圖表等。用戶還可以方便地將現(xiàn)有控制對(duì)象改成適合自己需要的控制對(duì)象。所以它易學(xué)易用，特別適合硬件工程師、實(shí)驗(yàn)室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。因此，硬件工程師、現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員及測(cè)試技術(shù)人員們學(xué)習(xí)LABVIEW駕輕就熟，在很短的時(shí)間內(nèi)就能夠?qū)W會(huì)并應(yīng)用LABVIEW。也不必去記憶那眼花繚亂的文

89、本式程序代碼。</p><p>　?。?） 功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù):LABVIEW提供了大量現(xiàn)成函數(shù)供用戶直接調(diào)用，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB ,串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，甚至還有口前十分熱門的網(wǎng)絡(luò)功能。從基本的功能函數(shù)到高級(jí)分析庫(kù),幾乎涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中所需要的全部函數(shù)。 </p><p>　?。?） 數(shù)據(jù)流模式：LABVIEW的運(yùn)行機(jī)制就宏觀上講己經(jīng)不再是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)

90、行方式。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)LABVIEW中被并行機(jī)制所代替，從本質(zhì)上講，它是一種帶有圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式。在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，它不受操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等因素的影響。這樣，LABVIEW中程序的執(zhí)行次序是由被連接的功能節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流控制的，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連接功能節(jié)點(diǎn)快速簡(jiǎn)潔地開發(fā)應(yīng)用程序，甚至還可以由多個(gè)數(shù)據(jù)通道同步運(yùn)行。</p

91、><p>　?。?） 靈活的程序調(diào)試手段:用戶可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，單步執(zhí)行源碼，在源代碼的數(shù)據(jù)流上設(shè)置探針，在程序運(yùn)行中觀察數(shù)據(jù)流的變化。也可以高亮顯示執(zhí)行過程，觀察數(shù)據(jù)流的流向，方便了解數(shù)據(jù)執(zhí)行的情況。</p><p>　?。?）面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言：LABVIEW又是一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言—G語(yǔ)言，程序代碼是框圖的形式。它像JAVA或C++等其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言一樣，是一種通用編程系統(tǒng)。&

92、lt;/p><p>　　（6）支持多種系統(tǒng)平臺(tái):LABVIEW支持多種系統(tǒng)平臺(tái)，在Windows98/20/XP、Power Macintosh、Linux等系統(tǒng)平臺(tái)上，NI公司都提供了相應(yīng)版本的軟件，并且平臺(tái)之間開發(fā)的應(yīng)用程序可直接進(jìn)行移值。</p><p>　　（7）開放式的開發(fā)平臺(tái):LABVIEW提供了DLL、CIN接口，LABVIEW通過外部接口實(shí)現(xiàn)與C語(yǔ)言、MATALAB等編程語(yǔ)言之

93、間的通信和Windows API函數(shù)的調(diào)用。擴(kuò)展了LABVIEW的使用范圍</p><p>　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用 LabVIEW 設(shè)計(jì)虛擬儀器系統(tǒng)，一般可以比純文本編程語(yǔ)言減少25%~80%的開發(fā)時(shí)間，效率提高4~10 倍。而且，利用其模塊化和層次遞歸的編程方法，用戶可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。</p><p>　　3.3 LabVIEW的組成</p>

94、<p>　　LabVIEW提供了3大類操作選板，即控件模板、控制模板和工具模板，這些選板集中反映了該軟件的功能與特征。</p><p>　　工具模板（Tools Palette）</p><p>　　該模板提供了各種用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試VI程序的工具。如果該模板沒板。當(dāng)從模板內(nèi)選擇了任一種工具后，鼠標(biāo)箭頭就會(huì)變成該工具相應(yīng)的形狀。當(dāng)從Windows菜單下選擇了Show Help

95、Window功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程序（Sub VI）或圖標(biāo)上，就會(huì)顯示相應(yīng)的幫助信息。</p><p>　　控制模板（Control Palette）</p><p>　　該模板用來給前面板設(shè)置各種所需的輸出顯示對(duì)象和輸入控制對(duì)象。每個(gè)圖標(biāo)代表一類子模板。如果控制模板不顯示，可以用Windows菜單的Show Controls Palette功能打開它

96、，也可以在前面板的空白處，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，以彈出控制模板。</p><p>　　功能模板(Functions Palette)</p><p>　　功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。該模板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示一個(gè)子模板。若功能模板不出現(xiàn)，則可以用Windows菜單下的Show Functions Palette功能打開它，也可以在流程圖程序窗口的空白處點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵以彈出功能模板。功能模板的

97、內(nèi)容十分豐富，大體分為語(yǔ)言，數(shù)值信號(hào)處理，儀器I/O，通信和數(shù)據(jù)采集五大類。</p><p><b>　　(1) 語(yǔ)言類</b></p><p>　　語(yǔ)言類子功能模板主要有：數(shù)字運(yùn)算，布爾運(yùn)算，字符串運(yùn)算，比較，蔟運(yùn)算，程序結(jié)構(gòu)控制，文件I/O，計(jì)時(shí)及對(duì)話框等。各圖標(biāo)代表一種操作符、或一種語(yǔ)句、或一個(gè)函數(shù)等。</p><p>　　(2) 數(shù)值信

98、號(hào)處理</p><p>　　LabVIEW提供的大量的數(shù)值計(jì)算及信號(hào)處理子程序，主要放在分析子功能模板中，總計(jì)有150個(gè)。這些子程序幾乎覆蓋了全部經(jīng)典時(shí)域、幅值域及頻域算法，可分為信號(hào)生成、信號(hào)處理和數(shù)值計(jì)算三部份。</p><p>　　(3) 儀器I/O </p><p>　　調(diào)用儀器I/O子功能模板的各圖標(biāo)編程，控制Serial，GP-IB，VXI等標(biāo)準(zhǔn)總線的各

99、程控儀器。最方便的方法是直接調(diào)用各程控儀器廠商提供的圖標(biāo)式驅(qū)動(dòng)程序，對(duì)儀器進(jìn)行控制。</p><p><b>　　(4) 通信</b></p><p>　　該子模板的圖標(biāo)用于網(wǎng)際間的通信，不同操作平臺(tái)及應(yīng)用軟件間的數(shù)據(jù)交換等。</p><p><b>　　(5) 數(shù)據(jù)采集</b></p><p>　

100、　作為最基礎(chǔ)的硬件，NI為PC機(jī)設(shè)計(jì)了多種數(shù)據(jù)采集插卡。LabVIEW提供了大量的功能圖標(biāo)和子程序，供使用者選擇，方便快捷地完成數(shù)據(jù)采集插卡各種功能的布局。顯然，絕大多數(shù)功能圖標(biāo)只能在插入VI的數(shù)據(jù)采集插卡后才能工作。</p><p>　　注：只有打開了流程圖程序窗口，才能出現(xiàn)功能模板。</p><p>　　前面板是虛擬儀器圖形化的用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和

101、顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、按鈕、圖形以及其他控制和顯示對(duì)象。主要用來操作儀器，提供主要的測(cè)試及測(cè)量功能、輸入設(shè)置參數(shù)、輸出數(shù)據(jù)結(jié)果等。</p><p>　　按數(shù)據(jù)類型，輸入和輸出量又分為數(shù)字量（二進(jìn)制數(shù)、八進(jìn)制數(shù)、十六進(jìn)制數(shù)和從8位整數(shù)到80位長(zhǎng)雙精度十進(jìn)制數(shù)）、布爾量、字符串、數(shù)組以及蔟（Cluster）等。數(shù)組是同一類型數(shù)據(jù)的有序組合，而蔟可以是不同類型數(shù)據(jù)的有序組合，類似C或其它高級(jí)語(yǔ)言中的&quo

102、t;結(jié)構(gòu)"(Struct)。</p><p>　　程序框圖提供VI的圖形化源程序。在程序框圖中對(duì)VI編程,以控制和操作定義在前面板上的輸入和輸出功能。程序框圖中包括前面板控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。虛擬儀器系統(tǒng)的每一個(gè)前面板都對(duì)應(yīng)著一個(gè)框圖程序，同樣，每一個(gè)前面板控件都有一個(gè)框圖圖標(biāo)或功能模塊與之相對(duì)應(yīng)。框圖程序其實(shí)就是LabVIEW 的程序代碼，只不

103、過它不是用文本語(yǔ)言編寫的，而是用G 語(yǔ)言編寫的。</p><p>　　前面板是圖形用戶界面，也就是VI的虛擬儀器面板，用戶在這一界面上進(jìn)行具體的虛擬儀器設(shè)計(jì)，如放置開關(guān)、旋鈕、圖形等對(duì)象。</p><p>　　在前面板上正確地放置了各種控件后，虛擬儀器還不能正常工作，因?yàn)樘摂M儀器不僅是指用戶在前面板放置了相應(yīng)的輸入或輸出對(duì)象，還需要一個(gè)與之配套的程序框圖，用來完成與前面板上輸入數(shù)據(jù)控件間的

104、傳遞和交換、數(shù)據(jù)信號(hào)的處理等任務(wù)。前面板的設(shè)計(jì)類似于工作中看到的儀器界面，而程序框圖則類似于實(shí)際儀器內(nèi)部信號(hào)處理的過程。</p><p>　　下圖為前面板上的控件：</p><p>　　下圖為程序框圖的部分功能模塊：</p><p>　　如果將VI與標(biāo)準(zhǔn)儀器相比較，那么前面板上的東西就是儀器面板上的東西，而程序框圖上的東西相當(dāng)于儀器箱內(nèi)的東西。在許多情況下，使用VI

105、可以仿真標(biāo)準(zhǔn)儀器，不僅在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)惟妙惟肖的儀器面板，而且其功能也與標(biāo)準(zhǔn)儀器相差無幾。圖標(biāo)＼連接器VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，在這里稱為VI,被其他VI調(diào)用。</p><p>　　虛擬儀器是現(xiàn)代儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的深層次精和的產(chǎn)物，是計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)重要的技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)、儀器、和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷完善，虛擬儀器將向外掛式虛擬儀器、PXI型高精度集成虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化

106、虛擬儀器3個(gè)方向發(fā)展。</p><p>　　虛擬儀器的主要特點(diǎn)有：1.盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。2.可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。3. 用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。</p><p>　　虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。<

107、/p><p>　　3.4基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)方法</p><p>　?。?）認(rèn)真閱讀設(shè)計(jì)要求，了解情況，總體把握，設(shè)計(jì)出適當(dāng)方案。</p><p>　?。?）打開LabVIEW軟件，從前面板的空間模塊上選出所需要的控件，放在前面板上，調(diào)整各控件位置使其界面美觀和易于操作。</p><p>　　（3）打開程序框圖，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，從程序

108、框圖的選板上選擇適當(dāng)?shù)目丶俑鶕?jù)邏輯的需要對(duì)各種空間進(jìn)行相關(guān)的連接。</p><p>　?。?）運(yùn)行程序看是否能達(dá)到要求。否則，進(jìn)行相應(yīng)的修改。</p><p><b>　　3.5 本章小結(jié) </b></p><p>　　目前LabVIEW的最新版本為L(zhǎng)abVIEW2009，LabVIEW 2009為多線程功能添加了更多特性，這種特性在199

109、8年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、LabVIEW Real-Time工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。可以預(yù)見，由于LabVIEW這些其他語(yǔ)言無法比擬的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為該領(lǐng)域的一朵奇葩！最終將引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場(chǎng)新的革命。</p><p>　　第4章 距離保護(hù)軟件系統(tǒng)開發(fā)</

110、p><p>　　本文采用虛擬儀器中常用的編程語(yǔ)言LabVIEW進(jìn)行編程。然后結(jié)合相關(guān)的三段式距離保護(hù)知識(shí)開發(fā)出軟件系統(tǒng)。</p><p>　　4.1 距離保護(hù)的組成</p><p>　　距離保護(hù)為了滿足速動(dòng)性、選擇性和靈敏性，目前廣泛采用具有三段動(dòng)作的距離保護(hù)。距離保護(hù)的第I段是瞬時(shí)動(dòng)作的，可以保護(hù)線路的約80﹪。為了彌補(bǔ)這一重要缺陷，這就需要設(shè)置保護(hù)的第II段，其整定