基于LabVIEW的电力参数检测与实现

    0　引言

    电力参数是一组多变量、相关性较强的电路参数,传统的模拟指示仪表功能单一,而具有微处理器的数字式工频有效值多用表由于采用锁相环倍频电路及外部A/D转换器采集数据,并通过快速傅里叶变换FFT计算谐波分量等量值[1],数据采集点受到限制,谐波分量及波形不能独立显示,动态检测性不够。而运用LabVIEW虚拟仪器软件开发平台设计开发的电力参数多功能数字虚拟检测仪,能快速检测各种电力参数,并能实时动态显示谐波波形和频谱,实效性大为提高。

    1　检测原理及硬件结构框图

    在电力电路中,除了基频信号外,可能包含了高次谐波信号。通常,谐波成分主要包含在输入电流中,除非电路中出现大量谐波电流倒流入电网,产生“二次效应”[2],使输入电压发生畸变。

    设输入电压信号为u=U_msinωt,则输入电流可表示为

功率因数则定义为

式中,I_rms为电流总有效值; U、I₁分别为基波电压和电流有效值;φ为基波的初相位角;T为基波周期;In为n次谐波的有效值;r称为电流波形畸变因数,_cosφ称为相位移因数。

    当无谐波时,I_rms=I₁,r=1,功率因数即为相位移因数,这是传统仪表检测结果,反映不出波形畸变引起功率因数的变化。

    从式(2)看出,总视在功率等于基波视在功率S₁与谐波视在功率S_n平方之和,即

S、S₁、S_n三者构成直角三角形,如图1所示,图中Q为无功功率。可见,高次谐波并不产生有功功率,只是引起总视在功率增大,从而使电路的总视在功率转化为有功功率减少,造成电能转换效率降低[3]。同时,谐波影响电路的稳定性,对负载的电特性产生影响,严重时会损坏电气设备。

    检测电力参数主要分两部分:基波信号的参数检测,各次谐波电流有效值的检测。由于测量需要同时获得输入电压和电流的实时数据,信号的同步采集显得十分重要。在本装置中,电流通道采用非接触式的方式获取电流信号,电压通道采用接触式的方式获得电压信号,获取的信号通过PCI数据采集卡进入计算机系统,检测硬件及功能结构图如图2所示。

    2　检测与实现方法

    LabVIEW虚拟仪器软件是美国国家仪器公司(NI)推出的针对测量仪器与测控系统的开发平台,具有丰富的函数库和各种功能控件[4],通过图形化的编程和窗口化的虚拟仪器面板设计,可直观简便地完成较为复杂的检测功能[5]。

    2·1　交流电压与电流的近同步采集