基于 LabVIEW 的电能质量校验装置的开发
作者:闫华光,李华,赵莎,于海波 职务:测试工程师 公司:中国电力科学研究院 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 项目的增加,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 成本和体积,提高校准测试的自动化 水平,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. 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 经电压,电流功率放大器放大到目标 电压,电流值,然后由数据采集卡从 放大器输出端采取信号进行分析,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 计量标准表进行对比分析,根据分析 结果对软件程序中的波形参数进行修 正,从而使加载到被测设备上的信号 达到某一目标精度要求.本系统以标 准的插入式数据采集卡来取代传统测 量仪器以完成数据采集的任务,采用 NI 高 精 度 的 动 态 信 号 采 集 卡 PCI 4474,进行谐波和闪变信号的采集和 分析,通过 GPIB 总线对任意波形发生 器,电压电流放大器进行仪器控制和 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:①任意波形发生功能模块; ②谐波功能校准测试模块:包括电力 系统谐波及间谐波的产生,在谐波校 准界面上,可以进行电压电流输出通 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行单 式 中 次谐波电压和电流的校准测试,同时 还可以叠加两个或三个不同次数谐波 块:包括正弦波调制信号及方波调制 产生,可以进行闪变校验点的选择, 产生 Pst=1.00 ～ 5.00 的方波波动信 号;④频谱分析及反馈修正模块:来 监视输出信号的稳定性及准确性.
号,正弦波调制信号或方波调制信号, 的校准测试;③闪变功能校准测试模
二, 谐波信号产生及分析
在电力系统中,对于周期为
应用方案:使用 NI 的 LabVIEW 图形
化开发环境,数据采集卡及 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差,交流电 压有效值偏差,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.
T 2 的 非 正 弦 电 量 , 以 电 压
u (t ) 为例,在满足狄里赫利条件下,
可分解为以下的傅立叶级数形式:
u (t ) a 0
a
n 1
n
cos(nt n )
当
n2
时
,
使用的产品:
LabVIEW 7.0 PCI-4474 动态信号采集卡 PCI-GPIB 仪器通信接口
an cos(nt n ) 为对应于 n 次的单
次谐波分量. 利用 LabVIEW 软件里的 formula waveform.vi,输入谐波(间谐波)公 式, 则该 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,从 而产生实际的谐波信号.
介绍: 随着我国经济建设的发展,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 量器具的管理经验,对电能质量测试 分析设备进行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,硬件结构,测 试软件的设计思想, 以及应用 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. 其基本原
图 1 电能质量校验装置原理图
在校验闪变仪中使用的基本电压 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 0～25Hz.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行分析,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( U max 和 U min 分别为调制 电压信号中的最大及最小值):

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