一種三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)設(shè)計

趙展

摘 要 本文利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)。給出電能質(zhì)量問題常見指標(biāo)中的三相不平衡的定義以及三相不平衡度的計算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測量路線的設(shè)計。虛擬儀器軟件平臺LabVIEW設(shè)計開發(fā)程序，人機交互界面友好，硬件電路搭建易于實現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號實驗，結(jié)果證明本設(shè)計具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測量

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

三相不平衡是電能質(zhì)量常見問題之一。近些年，國內(nèi)外相關(guān)研究人員對于怎么解決三相不平衡的問題進(jìn)行了大量的研究分析，大致通過兩種方式：調(diào)節(jié)無功和加消弧線圈來解決。但是，就效果而言，兩種方式最終的效果都不是很好。一是補償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補償時，高次諧波信號會出現(xiàn)放大。二是實質(zhì)意義不明顯。主要是采用加消弧線圈方式。因此電力系統(tǒng)系統(tǒng)中還是大量存在三相不平衡的問題，目前還沒有找到比較合適的手段和方法來處理。①

本文中主要是利用虛擬儀器技術(shù)，依托LabVIEW軟件開發(fā)平臺，對三相不平衡度計算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計，測量出電力系統(tǒng)的三相不平衡度，效果明顯。

1 三相不平衡度計算分析方法

對于電力系統(tǒng)中的三相電壓或三相電流，理想狀態(tài)下，它們應(yīng)該是大小相等、相位彼此相差120度。實際工程應(yīng)用環(huán)境下，三相電壓或電流的大小不相等、相位彼此相差不是120度，則稱這種情況為三相不平衡。電力系統(tǒng)中，通常把三相不平衡度表征為三相不平衡發(fā)生的程度。計算方法方面，主要采用對稱分量的研究算法進(jìn)行計算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對稱分量法

三個頻率相同、最大值相同、相位彼此相差120度的電壓稱為三相對稱電壓，而三個電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個電壓稱為三相不對稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對稱電壓都可以理解為三個正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對稱電壓記為UA0、UB0、UC0。它們之間的關(guān)系為：

正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計算

電力系統(tǒng)中的三相不平衡主要是指三相電壓不平衡和三相電流不平衡，如前面所說，其不平衡程度可以通過電壓不平衡度和電流不平衡度的具體指標(biāo)來表征。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運行時，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不做規(guī)定，但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。對于三相不平衡度的計算方法，本文采用上述規(guī)定的計算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對稱三相電壓或電流信號進(jìn)行對稱分量法分解，然后對正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計算，最后將通過將三相電壓或的負(fù)序基波分量均方根值除以三相電壓的正序基波分量均方根值得到三相不平衡度，數(shù)值用百分?jǐn)?shù)形式表示，具體公式如下所示： = €？100%

上述公式中U1為三相電壓的正序基波分量均方根值，U2為三相電壓的負(fù)序基波分量均方根值。

同理，三相電流不平衡度計算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號替換為相應(yīng)的電流符號即可。②

2 測量系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計

計算機配置：工業(yè)控制用一體機或筆記本電腦。與高速率、高精度的數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用，構(gòu)成功能強大的三相不平衡度測量分析系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)的基本配置為AMD雙核CPU/80G硬盤/1G內(nèi)存/128M顯卡。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可采用美國NI公司數(shù)據(jù)采集卡或者ELVIS設(shè)備。操作系統(tǒng)平臺：中文WindowsXP/7平臺；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計的三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)由硬件電路和軟件組成。硬件電路部分包括：電壓、電流傳感器、信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集；軟件部分主要是基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺，圖形化語言編程。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

2.3 三相不平衡度的測量思路

圖3 三相不平衡度計算流程圖

在LabVIEW軟件環(huán)境下，進(jìn)行電壓三相不平衡度測量路線圖的實現(xiàn)如圖3所示。首先將三相原始信號進(jìn)行采樣、量化，然后得到相應(yīng)的數(shù)字信號，對數(shù)字信號中的基波電壓、電流進(jìn)行頻域分離，再設(shè)計一個低通濾波器進(jìn)行無用信號的濾除，最后利用檢測相位、最大值求出它們的最大值和相位差，從而計算出三相不平衡度。

3 軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計流程

三相電壓不平衡度測量路線的軟件流程圖如圖3所示（這里主要是指就不考慮零序分量的三相電力系統(tǒng)而來的）。首先，利用美國NI公司提供的ELVIS采集設(shè)備，對電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲的方式進(jìn)行存儲三相電壓、電流信號的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲形式依次分別為A相電壓-B相電壓-C相電壓-A相電流-B相電流-C相電流；接著，利用數(shù)組函數(shù)中的索引數(shù)組函數(shù)從數(shù)據(jù)庫文件中分別索引出每一列的數(shù)據(jù)，同時調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號中的高頻噪聲信號；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號采樣得到的數(shù)字信號中的基波電壓和電流在頻域中分離出來，求出它們的最大值和相角，再調(diào)用公式節(jié)點函數(shù)，輸入三相不平衡度的公式，從而求得電壓的三相不平衡度。同理，三相電流不平衡度的程序設(shè)計與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實驗

我們對某大型商場電力系統(tǒng)運行中的任意一個時段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號按要求存放于數(shù)據(jù)庫文件中，然后利用LabVIEW編制的框圖程序，對所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測量的值和三相不平衡度的計算值，通過對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。誤差較小，系統(tǒng)很精確。求三相電流不平衡度的程序與此類似。

表1 各項電壓測量值和三相不平衡度

4 結(jié)束語

基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種檢測電力系統(tǒng)三相不平衡度的測量系統(tǒng)。主要是利用LabVIEW軟件工具包得到正序、負(fù)序分量，對三相不平衡度進(jìn)行計算。通過選擇三相電壓和電流信號對所設(shè)計的測量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗的驗證，數(shù)據(jù)表明該測量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗證。

基金項目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級項目（SGKC201402）

注釋

① 邵如平，韓正偉，林錦國.三相不平衡度數(shù)字檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強等.三相不平衡度算法的比較研究[J].華東電力，2010.38（2）：210-215.endprint

摘 要 本文利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)。給出電能質(zhì)量問題常見指標(biāo)中的三相不平衡的定義以及三相不平衡度的計算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測量路線的設(shè)計。虛擬儀器軟件平臺LabVIEW設(shè)計開發(fā)程序，人機交互界面友好，硬件電路搭建易于實現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號實驗，結(jié)果證明本設(shè)計具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測量

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

三相不平衡是電能質(zhì)量常見問題之一。近些年，國內(nèi)外相關(guān)研究人員對于怎么解決三相不平衡的問題進(jìn)行了大量的研究分析，大致通過兩種方式：調(diào)節(jié)無功和加消弧線圈來解決。但是，就效果而言，兩種方式最終的效果都不是很好。一是補償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補償時，高次諧波信號會出現(xiàn)放大。二是實質(zhì)意義不明顯。主要是采用加消弧線圈方式。因此電力系統(tǒng)系統(tǒng)中還是大量存在三相不平衡的問題，目前還沒有找到比較合適的手段和方法來處理。①

本文中主要是利用虛擬儀器技術(shù)，依托LabVIEW軟件開發(fā)平臺，對三相不平衡度計算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計，測量出電力系統(tǒng)的三相不平衡度，效果明顯。

1 三相不平衡度計算分析方法

對于電力系統(tǒng)中的三相電壓或三相電流，理想狀態(tài)下，它們應(yīng)該是大小相等、相位彼此相差120度。實際工程應(yīng)用環(huán)境下，三相電壓或電流的大小不相等、相位彼此相差不是120度，則稱這種情況為三相不平衡。電力系統(tǒng)中，通常把三相不平衡度表征為三相不平衡發(fā)生的程度。計算方法方面，主要采用對稱分量的研究算法進(jìn)行計算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對稱分量法

三個頻率相同、最大值相同、相位彼此相差120度的電壓稱為三相對稱電壓，而三個電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個電壓稱為三相不對稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對稱電壓都可以理解為三個正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對稱電壓記為UA0、UB0、UC0。它們之間的關(guān)系為：

正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計算

電力系統(tǒng)中的三相不平衡主要是指三相電壓不平衡和三相電流不平衡，如前面所說，其不平衡程度可以通過電壓不平衡度和電流不平衡度的具體指標(biāo)來表征。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運行時，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不做規(guī)定，但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。對于三相不平衡度的計算方法，本文采用上述規(guī)定的計算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對稱三相電壓或電流信號進(jìn)行對稱分量法分解，然后對正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計算，最后將通過將三相電壓或的負(fù)序基波分量均方根值除以三相電壓的正序基波分量均方根值得到三相不平衡度，數(shù)值用百分?jǐn)?shù)形式表示，具體公式如下所示： = €？100%

上述公式中U1為三相電壓的正序基波分量均方根值，U2為三相電壓的負(fù)序基波分量均方根值。

同理，三相電流不平衡度計算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號替換為相應(yīng)的電流符號即可。②

2 測量系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計

計算機配置：工業(yè)控制用一體機或筆記本電腦。與高速率、高精度的數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用，構(gòu)成功能強大的三相不平衡度測量分析系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)的基本配置為AMD雙核CPU/80G硬盤/1G內(nèi)存/128M顯卡。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可采用美國NI公司數(shù)據(jù)采集卡或者ELVIS設(shè)備。操作系統(tǒng)平臺：中文WindowsXP/7平臺；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計的三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)由硬件電路和軟件組成。硬件電路部分包括：電壓、電流傳感器、信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集；軟件部分主要是基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺，圖形化語言編程。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

2.3 三相不平衡度的測量思路

圖3 三相不平衡度計算流程圖

在LabVIEW軟件環(huán)境下，進(jìn)行電壓三相不平衡度測量路線圖的實現(xiàn)如圖3所示。首先將三相原始信號進(jìn)行采樣、量化，然后得到相應(yīng)的數(shù)字信號，對數(shù)字信號中的基波電壓、電流進(jìn)行頻域分離，再設(shè)計一個低通濾波器進(jìn)行無用信號的濾除，最后利用檢測相位、最大值求出它們的最大值和相位差，從而計算出三相不平衡度。

3 軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計流程

三相電壓不平衡度測量路線的軟件流程圖如圖3所示（這里主要是指就不考慮零序分量的三相電力系統(tǒng)而來的）。首先，利用美國NI公司提供的ELVIS采集設(shè)備，對電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲的方式進(jìn)行存儲三相電壓、電流信號的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲形式依次分別為A相電壓-B相電壓-C相電壓-A相電流-B相電流-C相電流；接著，利用數(shù)組函數(shù)中的索引數(shù)組函數(shù)從數(shù)據(jù)庫文件中分別索引出每一列的數(shù)據(jù)，同時調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號中的高頻噪聲信號；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號采樣得到的數(shù)字信號中的基波電壓和電流在頻域中分離出來，求出它們的最大值和相角，再調(diào)用公式節(jié)點函數(shù)，輸入三相不平衡度的公式，從而求得電壓的三相不平衡度。同理，三相電流不平衡度的程序設(shè)計與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實驗

我們對某大型商場電力系統(tǒng)運行中的任意一個時段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號按要求存放于數(shù)據(jù)庫文件中，然后利用LabVIEW編制的框圖程序，對所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測量的值和三相不平衡度的計算值，通過對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。誤差較小，系統(tǒng)很精確。求三相電流不平衡度的程序與此類似。

表1 各項電壓測量值和三相不平衡度

4 結(jié)束語

基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種檢測電力系統(tǒng)三相不平衡度的測量系統(tǒng)。主要是利用LabVIEW軟件工具包得到正序、負(fù)序分量，對三相不平衡度進(jìn)行計算。通過選擇三相電壓和電流信號對所設(shè)計的測量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗的驗證，數(shù)據(jù)表明該測量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗證。

基金項目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級項目（SGKC201402）

注釋

① 邵如平，韓正偉，林錦國.三相不平衡度數(shù)字檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強等.三相不平衡度算法的比較研究[J].華東電力，2010.38（2）：210-215.endprint

摘 要 本文利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)。給出電能質(zhì)量問題常見指標(biāo)中的三相不平衡的定義以及三相不平衡度的計算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測量路線的設(shè)計。虛擬儀器軟件平臺LabVIEW設(shè)計開發(fā)程序，人機交互界面友好，硬件電路搭建易于實現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號實驗，結(jié)果證明本設(shè)計具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測量

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

三相不平衡是電能質(zhì)量常見問題之一。近些年，國內(nèi)外相關(guān)研究人員對于怎么解決三相不平衡的問題進(jìn)行了大量的研究分析，大致通過兩種方式：調(diào)節(jié)無功和加消弧線圈來解決。但是，就效果而言，兩種方式最終的效果都不是很好。一是補償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補償時，高次諧波信號會出現(xiàn)放大。二是實質(zhì)意義不明顯。主要是采用加消弧線圈方式。因此電力系統(tǒng)系統(tǒng)中還是大量存在三相不平衡的問題，目前還沒有找到比較合適的手段和方法來處理。①

本文中主要是利用虛擬儀器技術(shù)，依托LabVIEW軟件開發(fā)平臺，對三相不平衡度計算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計，測量出電力系統(tǒng)的三相不平衡度，效果明顯。

1 三相不平衡度計算分析方法

對于電力系統(tǒng)中的三相電壓或三相電流，理想狀態(tài)下，它們應(yīng)該是大小相等、相位彼此相差120度。實際工程應(yīng)用環(huán)境下，三相電壓或電流的大小不相等、相位彼此相差不是120度，則稱這種情況為三相不平衡。電力系統(tǒng)中，通常把三相不平衡度表征為三相不平衡發(fā)生的程度。計算方法方面，主要采用對稱分量的研究算法進(jìn)行計算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對稱分量法

三個頻率相同、最大值相同、相位彼此相差120度的電壓稱為三相對稱電壓，而三個電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個電壓稱為三相不對稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對稱電壓都可以理解為三個正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對稱電壓記為UA0、UB0、UC0。它們之間的關(guān)系為：

正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計算

電力系統(tǒng)中的三相不平衡主要是指三相電壓不平衡和三相電流不平衡，如前面所說，其不平衡程度可以通過電壓不平衡度和電流不平衡度的具體指標(biāo)來表征。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15543-2008《電能質(zhì)量三相電壓不平衡》中規(guī)定：電力系統(tǒng)公共連接點電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運行時，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時不得超過4%；低壓系統(tǒng)零序電壓限值暫不做規(guī)定，但各相電壓必須滿足GB/T12325的要求。接于公共連接點的每個用戶引起該點負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時不超過2.6%。對于三相不平衡度的計算方法，本文采用上述規(guī)定的計算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對稱三相電壓或電流信號進(jìn)行對稱分量法分解，然后對正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計算，最后將通過將三相電壓或的負(fù)序基波分量均方根值除以三相電壓的正序基波分量均方根值得到三相不平衡度，數(shù)值用百分?jǐn)?shù)形式表示，具體公式如下所示： = €？100%

上述公式中U1為三相電壓的正序基波分量均方根值，U2為三相電壓的負(fù)序基波分量均方根值。

同理，三相電流不平衡度計算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號替換為相應(yīng)的電流符號即可。②

2 測量系統(tǒng)設(shè)計

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計

計算機配置：工業(yè)控制用一體機或筆記本電腦。與高速率、高精度的數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用，構(gòu)成功能強大的三相不平衡度測量分析系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)的基本配置為AMD雙核CPU/80G硬盤/1G內(nèi)存/128M顯卡。數(shù)據(jù)采集設(shè)備可采用美國NI公司數(shù)據(jù)采集卡或者ELVIS設(shè)備。操作系統(tǒng)平臺：中文WindowsXP/7平臺；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計的三相不平衡度的測量分析系統(tǒng)由硬件電路和軟件組成。硬件電路部分包括：電壓、電流傳感器、信號調(diào)理電路、電平轉(zhuǎn)換電路、數(shù)據(jù)采集；軟件部分主要是基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺，圖形化語言編程。系統(tǒng)構(gòu)成框圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

2.3 三相不平衡度的測量思路

圖3 三相不平衡度計算流程圖

在LabVIEW軟件環(huán)境下，進(jìn)行電壓三相不平衡度測量路線圖的實現(xiàn)如圖3所示。首先將三相原始信號進(jìn)行采樣、量化，然后得到相應(yīng)的數(shù)字信號，對數(shù)字信號中的基波電壓、電流進(jìn)行頻域分離，再設(shè)計一個低通濾波器進(jìn)行無用信號的濾除，最后利用檢測相位、最大值求出它們的最大值和相位差，從而計算出三相不平衡度。

3 軟件設(shè)計

3.1 程序設(shè)計流程

三相電壓不平衡度測量路線的軟件流程圖如圖3所示（這里主要是指就不考慮零序分量的三相電力系統(tǒng)而來的）。首先，利用美國NI公司提供的ELVIS采集設(shè)備，對電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲的方式進(jìn)行存儲三相電壓、電流信號的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲形式依次分別為A相電壓-B相電壓-C相電壓-A相電流-B相電流-C相電流；接著，利用數(shù)組函數(shù)中的索引數(shù)組函數(shù)從數(shù)據(jù)庫文件中分別索引出每一列的數(shù)據(jù)，同時調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號中的高頻噪聲信號；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號采樣得到的數(shù)字信號中的基波電壓和電流在頻域中分離出來，求出它們的最大值和相角，再調(diào)用公式節(jié)點函數(shù)，輸入三相不平衡度的公式，從而求得電壓的三相不平衡度。同理，三相電流不平衡度的程序設(shè)計與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實驗

我們對某大型商場電力系統(tǒng)運行中的任意一個時段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號按要求存放于數(shù)據(jù)庫文件中，然后利用LabVIEW編制的框圖程序，對所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測量的值和三相不平衡度的計算值，通過對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測試結(jié)果與理論計算結(jié)果基本一致。誤差較小，系統(tǒng)很精確。求三相電流不平衡度的程序與此類似。

表1 各項電壓測量值和三相不平衡度

4 結(jié)束語

基于虛擬儀器技術(shù)設(shè)計了一種檢測電力系統(tǒng)三相不平衡度的測量系統(tǒng)。主要是利用LabVIEW軟件工具包得到正序、負(fù)序分量，對三相不平衡度進(jìn)行計算。通過選擇三相電壓和電流信號對所設(shè)計的測量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實驗的驗證，數(shù)據(jù)表明該測量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗證。

基金項目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級項目（SGKC201402）

注釋

① 邵如平，韓正偉，林錦國.三相不平衡度數(shù)字檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強等.三相不平衡度算法的比較研究[J].華東電力，2010.38（2）：210-215.endprint