基于LabVIEW的电能质量校验装置的开发.docx

基于LabVIEW的电能质量校验装置的开发lvjing导语：基于LabVIEW的电能质量校验装置的开发应用领域：电力行业挑战：传统的电能质量校验设备功能固定，人工操作复杂，而且随着校准工程的增加，需要增加相关仪器；操作及数据记录都非常不便，而采用虚拟仪器技术，大大缩小了仪器硬件的本钱和体积，进步校准测试的自动化程度，彻底改变传统计量单位手工测量、人工操作、人工计算的状态。应用方案：使用NI的LabVIEW图形化开发环境、数据收集卡及GPIB总线构建自动化测试系统，并通过不同的软件模块实现具有多种校准功能，大大增强了系统的自动化程度、可靠性和准确性。该校准装置可完成电能质量分析测量仪器的频率偏向、沟通电压有效值偏向、闪变值及谐波间谐波含有率等主要电能质量各项技术指标的校准工作。使用的产品：LabVIEW7.0PCI-4474动态信号收集卡PCI-GPIB仪器通信接口介绍:随着我国经济建立的开展，电力系统中的非线性负荷、冲击负荷使电网的污染日趋严重，各种类型的电能质量分析仪被投入使用。为保证这些设备测试、分析的准确，借鉴对计量器具的管理经历，对电能质量测试分析设备进展校准就显得非常必要。本文介绍了基于LabVIEW的电能质量校验装置的功能原理、硬件构造、测试软件的设计思想，和应用LabVIEW软件的实现方法。一、系统原理概述系统组成原理图见图1。其根本原理是：由虚拟仪器测试平台通过GPIB卡控制任意波形发生器产生谐波信号、正弦波调制信号或者方波调制信号，经电压、电流功率放大器放大到目的电压、电流值，然后由数据收集卡从放大器输出端采取信号进展分析，计算谐波幅值及电压波动量，监视信号源的变化情况。随后，将输出信号与计量标准表进展比照分析，根据分析结果对软件程序中的波形参数进展修正，进而使加载到被测设备上的信号到达某一目的精度要求。本系统以标准的插入式数据收集卡来取代传统测量仪器以完成数据收集的任务，采用NI高精度的动态信号收集卡PCI4474，进展谐波和闪变信号的收集和分析，通过GPIB总线对任意波形发生器、电压电流放大器进展仪器控制和数据传输，同时利用PC机强大的硬软件资源，由虚拟仪器软件开发平台来控制和协调整个系统的工作。软件操作界面见图2。系统软件主要包括四个软件模块：任意波形发生功能模块；谐波功能校准测试模块：包括电力系统谐涉及间谐波的产生，在谐波校准界面上，可以进展电压电流输出通道、谐波总数、谐波次数及谐波含有率的选择，用户不仅可以逐一进展单次谐波电压和电流的校准测试，同时还可以叠加两个或者三个不同次数谐波的校准测试；闪变功能校准测试模块：包括正弦波调制信号及方波调制产生，可以进展闪变校验点的选择，产生Pst=1.005.00的方波波动信号；频谱分析及反应修正模块：来监视输出信号的稳定性及准确性。align=center图1电能质量校验装置原理图图2软件操作界面/align二、谐波信号产生及分析在电力系统中，对于周期为的非正弦电量，以电压ut为例，在知足狄里赫利条件下，可分解为以下的傅立叶级数形式：式中当n2时为对应于n次的单次谐波分量。利用LabVIEW软件里的formulawaveform.vi，输入谐波间谐波公式，那么该VI产生谐波数据，然后将离散化的数据送入任意波形发生器，进而产生实际的谐波信号。在进展谐波信号分析时，采用的测量算法主要是离散傅立叶变换DFT和快速傅立叶变换FFT，其n次谐波电压向量的实部和虚局部别为：利用上式可计算基波和各次谐波的实部和虚部，进而可以计算幅值Usubn/sub和相角subn/sub。为分析每次谐波的大小，单次谐波的含有率HRU通常用该次谐波幅值的有效值与基波幅值的有效值之比百分比来表示，如n次谐波电压含有率HRUsubn/sub为：谐波偏离正弦波形的程度，那么以谐波畸变率THD来表示，它等于各次谐波有效值的平方和的平均根与基波有效值的百分比。利用HarmonicAnalysis.VI可得到各次谐波的幅值和相位及总谐波畸变率THD。三、闪变信号产生及分析根据国家标准GB123262000（）电能质量电压允许波动和闪变）和IEC标准IEC868及IEC61000-4-15，完好的闪变仪性能校验程序包括以下两步：用正弦/方波调制产生的电压波动来校验闪变仪的单位视感度Psubmax/sub=1用方波调制产生的电压波动来校验闪变仪的短时间单位闪变曲线Psubst/sub=1align=center图3闪变信号产生程序/align在校验闪变仪中使用的根本电压波动的波形有两种：正弦调制波和等间距矩形方波调制波，调制频率范围在025Hz。电压波动现象通常被看成是以工频电压为载波，其电压的幅值受到以波动分量作为调幅波的调制。对于任何波形的调幅波均可看成由各种频率分量合成的信号。但在校验电压波动闪变测量仪时所用的信号为单一频率调幅波对工频载波的调制波。闪变信号发生程序见图3。对于波动频率较慢的调制信号，可以用时域分析法进展分析，通过数字采样来计算一个周期的有效值，然后得出调制深度。调制深度通常由下式来计算Usubmax/sub和Usubmin/sub分别为调制电压信号中的最大及最小值：对于波动频率较快的调制信号，采用频域法进展分析。对于正弦波调制信号，设载波角频率为subc/sub，调幅信号角频率为subm/sub，即有：那么正弦波幅度调制信号为：对于上述信号进展傅立叶变换，可得出三个频谱分量，即可得出载涉及调幅波信号的幅值。align=center图4正弦波幅度调制信号分析/align对于方波信号，可以认为由一系列奇次谐波合成的信号。k为奇数。那么方波幅度调制信号为： align=center图5方波幅度调制信号分析/align假设调制频率subm/sub=8Hz，频谱分析见图5，位于主频subc/sub的右边的频谱线有：位于主频subc/sub的左边的频谱线有：其中sub4L/sub、sub5L/sub为负频率，为计算分析方便，折算到频率正轴进展分析。方波幅值调制的FFT分析有大量的频谱线，但在进展闪变分析时，只需提取其中的一条谱线和载波谱线subc/sub，即可得出载涉及调幅波信号的幅值。四、数据收集该装置数据收集局部采用PCI4474，是美国NI公司专用于动态信号分析的高精度数据收集卡。该卡具有4个伪差分模拟输入通道，每个通道最大采样率为102.4KS/s，正负10V的电压输入范围，24位采样分辨率，可以用模拟和数字两种触发方式进展数据收集。数据收集使用AIwaveformscan.VI，该VI可以指定的采样率从电压电流通道收集指定点数的数据。然后通过FFT计算对谐涉及闪变信号进展频谱分析，监视源的变化情况。五、应用LabVIEW开发的优点电能质量校验装置主要对电能质量分析仪的谐波含有率、闪变、频率偏向等功能进展校准，采用传统的校准设备功能固定，人工操作复杂，而且随着校准工程的增加，需要增加相关的硬件或者仪器，设备庞大，操作及数据记录都非常不便，应用虚拟仪器技术可以很好的解决这些问题，通过软件编程就可定义和实现多台仪器的功能，用软件在显示屏上生成仪器控制面板，完成多种功能的校准测试。同时，软件采用图形化语言LabVIEW编程，面向测试工程师，编程方便，人机交互界面友好，并具有强大的数据可视化分析和仪器控制才能，软件内具封装好的控件和函数，简单易用，极大的进步了开发的工作效率，并使得后期的系统维护和晋级较为方便。六、技术指标及精度在进展谐波电压、电流考核时，对250次的谐波电压、电流的输出准确度及最大偏向进展屡次测试和分析，得出的谐波技术指标见表1。align=center表1谐波电压电流技术指标：/align七、总结为了使电能质量校验装置产业化、实用化，电科院开发了基于虚拟仪器技术的电能质量校验装置，本装置是以PC机为核心组建的自动测试系统，大大增强了系统的自动化程度、可靠性和准确性。近几年度来，虚拟仪器技术在中国得到了长足的开展，在电力系统诸如电能计量、设备校验与测试、电力系统状态监控等领域也得到了一定的应用。在专用测量系统方面，虚拟仪器的开展空间更为广阔。无所不在的计算机应用为虚拟仪器的推广提供了良好的根底。实际运行说明：采用虚拟仪器技术开发的电能质量校验装置，具有界面友好、功能强大、操作方便、运行稳定、精度高等特点，该装置的推广和使用，将极大进步电能质量分析仪的测试精度及校准程度，为电力系统电能质量的进步和改善提供准确的根据和技术保障。0