攝譜分析儀器技藝在電網(wǎng)零功償還運(yùn)用
1系統(tǒng)構(gòu)成
1. 1系統(tǒng)硬件與軟件環(huán)境
計(jì)算機(jī)配置：本系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)，結(jié)合高速、高精度的采樣接口，配以虛擬儀器軟件構(gòu)成可靠實(shí)用的電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置建議為P4 2. 4G CPU 80G HDD 256M RAM 64M顯示內(nèi)存。采集單元為NI公司的PCI6024E數(shù)據(jù)采集卡。系統(tǒng)平臺(tái)：中文Windows2000 XP NT平臺(tái)， LabVIEW 7. 0軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。
1. 2系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)由電壓電流互感器、信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)、電容投切執(zhí)行器以及電容器組構(gòu)成，如1所示。
被測(cè)對(duì)象包括三相電壓、四線電流，通過(guò)PT CT將被測(cè)信號(hào)降低到系統(tǒng)能接受的范圍，七路信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理后由BNC 2120 Connector連接器輸送給內(nèi)置于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，連接器同時(shí)可以隔離線路電壓、電流，對(duì)信號(hào)進(jìn)行硬件抗混迭濾波和調(diào)節(jié)。 PCI 6024E數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)指標(biāo)是：MIO方式， 16通道單端模入或8通C T計(jì)數(shù)器定時(shí)器， 200kSPS采樣率，驅(qū)動(dòng)程序直接由NI公司提供。監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)由軟件組成的虛擬儀器，完成對(duì)各路信號(hào)窗化、數(shù)字濾波、峰值有效值和相位、功率因數(shù)的測(cè)量與計(jì)算，判斷是否投切補(bǔ)償電容，顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并具有報(bào)警功能。電容投切執(zhí)行器在電壓過(guò)零點(diǎn)投切補(bǔ)償電容以降低動(dòng)作對(duì)電網(wǎng)的影響及電容器的安全。本系統(tǒng)采用靜態(tài)補(bǔ)償器，根據(jù)實(shí)際需要也可以采用基于可控硅、DSP技術(shù)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器。
2系統(tǒng)工作流程
系統(tǒng)工作流程如2所示。系統(tǒng)在采集端口與各項(xiàng)參數(shù)初始化后， PCI 6024E數(shù)據(jù)采集卡經(jīng)連接器采集由電壓、電流互感器送來(lái)的電網(wǎng)信號(hào)，虛擬儀器軟件完成對(duì)信號(hào)的濾波、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)測(cè)量與計(jì)算，通過(guò)判別因子判別是否投切補(bǔ)償電容，并顯示、記錄、保存數(shù)據(jù)和信號(hào)越限報(bào)警。
3程序設(shè)計(jì)
系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)各路信號(hào)的采集，計(jì)算電壓電流的有效值峰值、相位差、功率因數(shù)、無(wú)功功率，對(duì)信號(hào)數(shù)字濾波和諧波分析，以控制補(bǔ)償電容的投切，同時(shí)還具備報(bào)警、顯示、記錄與保存功能。
3. 1采樣頻率
數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）的一個(gè)重要參數(shù)是對(duì)輸入信號(hào)的采樣頻率設(shè)置，采樣不會(huì)產(chǎn)生混疊。采樣定理指出：采樣頻率fs大于或等于原始信號(hào)最高頻率成份f h的2倍時(shí)，則可完整復(fù)現(xiàn)原始信號(hào)。電網(wǎng)基頻為50 Hz，考慮到10次以上諧波占整個(gè)信號(hào)波形的比重較小，為了減少計(jì)算量、加快系統(tǒng)運(yùn)行速度，不妨忽略10次以上的諧波分量，則最高頻率成分為500 Hz，采樣頻率至少應(yīng)達(dá)到1 000 Hz.綜合考慮實(shí)時(shí)性與準(zhǔn)確性的平衡問(wèn)題，選取3 200 Hz（即基頻的整64倍）作為系統(tǒng)的采樣速率。
3. 2電壓電流監(jiān)控程序
周期電壓、電流信號(hào)，常用有效值衡量其大小，即信號(hào)瞬時(shí)值的平方在一周期內(nèi)的積分的平均值取平方根（故又稱為方均根值） .即
U = 1 T
T 0 u 2 dt，I = 1 T
T 0 i 2 dt.
對(duì)于存在高次諧波的信號(hào)采用諧波分析法，利用傅立葉級(jí)數(shù)將非正弦電流電路分解為一系列正弦電流電路計(jì)算。電工技術(shù)中遇到的周期函數(shù)，均滿足狄里赫利條件，可以展開(kāi)為傅立葉級(jí)數(shù)，即f （ t） = A0 + A ml cos（1 t + 1） + A m2 cos（ 2 1 t + 2） + + A mk cos（ k 1 t + k） + = A 0 +
% k= 1 A mk cos（ k 1 t + k） .
非正弦周期信號(hào)的真有效值是基波與各次諧波有效值之平方和之平方根。利用LabVIEW的諧波分析函數(shù)求得各次諧波幅值，由于各次諧波均是正弦量，故各次諧波有效值為各次諧波幅值的1 2，可根據(jù)精度要求及實(shí)際需要設(shè)置循環(huán)次數(shù)求得。即U = U2 0 + U 2 1 + U 2 + .
3為A相電壓監(jiān)測(cè)的程序框圖，另外兩相電壓及4線電流的測(cè)試原理與之類(lèi)似。
3. 3相位與功率因數(shù)測(cè)量
4是相位差與功率因數(shù)測(cè)試模塊的框圖程序。以A相為例，將采集到的A相電壓、電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)可選的窗函數(shù)后送入Extract Signal Tone Information. vi節(jié)點(diǎn)輸出兩者的相位并相減得到相差（單位為rad，通過(guò)換算同時(shí)得到以（）為單位的相差） ，余弦函數(shù)節(jié)點(diǎn)計(jì)算得到該相功率因數(shù)。
3. 4諧波分析
利用LabVIEW的諧波分析模塊，可方便求解非線性系統(tǒng)信號(hào)的諧波畸變率%THD，得到基波與諧波在能量譜中的比例。現(xiàn)場(chǎng)采集到的信號(hào)由數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)AI INPUT子模板輸入，經(jīng)過(guò)時(shí)域窗截取信號(hào)的有限序列以減少譜泄露。窗化后的信號(hào)通過(guò)自能量譜節(jié)點(diǎn)將能量譜輸出至諧波分析VI，可得到幅值、諧波頻率、THD及%THD等參數(shù)。諧波失真測(cè)量框圖程序見(jiàn)5.
3. 5數(shù)字濾波
數(shù)字濾波具有軟件支持、穩(wěn)定性高、無(wú)溫漂等特點(diǎn)，因而是數(shù)字信息處理中使用得最廣泛的一種濾波環(huán)節(jié)。
本文中使用的巴特沃斯（ Butterworth）濾波器具有平滑的頻響特性，調(diào)用Functions Analyze Signal Processing Filters But terworth Filter. vi獲得該濾波器節(jié)點(diǎn)。
4結(jié)束
虛擬儀器的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)使之在儀器領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，代表著現(xiàn)代儀器的發(fā)展方向。本系統(tǒng)將虛擬儀器引入電力網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償控制，采用NI公司的LabVIEW軟件作為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，利用其數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析處理、驅(qū)動(dòng)程序及遠(yuǎn)程通訊功能，提供了一種無(wú)功補(bǔ)償控制的新方法，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
【中國(guó)糧油儀器在線】部分信息來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)，力求安全及時(shí)、準(zhǔn)確無(wú)誤，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)對(duì)其觀點(diǎn)贊同或?qū)ζ湔鎸?shí)性負(fù)責(zé)。
