基于LabVIEW 電力測量工具包的電力系統(tǒng)三相不平衡度測量系統(tǒng)

林綠浩 潘維加 冉曉洪 劉含露

（1.長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙 410004；2.湖北省咸寧市供電公司，湖北 咸寧 437100）

LabVIEW電力測量資源工具包（Electrical power measurements resource kit ） 是 NI（National Instrument）公司針對電力系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用軟件[1-2]，目前共有兩個版本，每個工具包的版本都對應(yīng)相應(yīng)的LabVIEW版本，不可混用。其中Electrical Power 1.1為最新的版本，適用于 LabVIEW 2011；Electrical Power 1.0僅適用于LabVIEW 8.6。

現(xiàn)有版本的電力測量資源工具包（Electrical Power 1.1）剛剛發(fā)展起來，實現(xiàn)的功能還比較有限，主要針對直流、單相交流和三相交流系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)測量，其功能包括三個部分：第一部分是測量輸入電壓/電流的有效值；第二部分是功率的測量，包括有功功率、無功功率、視在功率、均方根和相位角；第三部分是針對三相交流系統(tǒng)測量電壓/電流相位、畫出相位圖以及測量正序、負(fù)序和零序電壓/電流值。

利用LabVIEW電力測量資源工具包，構(gòu)建電力系統(tǒng)三相不平衡度測量系統(tǒng)，使檢測過程更簡單、測量結(jié)果更直觀。通過對實驗結(jié)果的分析，驗證了測量系統(tǒng)的正確性。

1 電力系統(tǒng)三相不平衡度測量系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計

三相不平衡度測量系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括KS833信號發(fā)生器、信號調(diào)理電路、PCI-6133數(shù)據(jù)采集卡和裝有LabVIEW的工業(yè)控制計算機(jī)。

圖1 硬件結(jié)構(gòu)示意圖

信號發(fā)生器選用深圳凱旋電氣自動化有限公司生產(chǎn)的 KS833三相交直流多功能標(biāo)準(zhǔn)源裝置，其性能指標(biāo)見表1。該裝置可以發(fā)出高精度的三相不平衡信號。

信號調(diào)理電路是連接信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集卡的橋梁，將信號發(fā)生器輸出的信號調(diào)理成適合數(shù)據(jù)采集卡采集的標(biāo)準(zhǔn)信號。系統(tǒng)設(shè)計中根據(jù)信號發(fā)生器輸出的信號和數(shù)據(jù)采集卡可以接收的輸入信號的特點選擇合適的調(diào)理電路。號在進(jìn)入采集卡時需要“排隊”進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，則采集到的相位不同步，測量的結(jié)果也就失去了意義。PCI-6133將采集得到數(shù)據(jù)送入工業(yè)計算機(jī)，由相應(yīng)的程序?qū)Σ杉降男盘栠M(jìn)行處理，并將測量結(jié)果顯示出來。

表1 KS833的主要性能指標(biāo)

表2 PCI-6133的主要性能指標(biāo)

1.2 測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司S系列PCI-6133數(shù)據(jù)采集卡[3]，其主要性能指標(biāo)見表2。

選擇該數(shù)據(jù)采集卡主要是因為它擁有 8路同步采樣模擬輸入，測量三相不平衡度需要數(shù)據(jù)在采集的時候相位上保持同步，如果共用一個 A/D轉(zhuǎn)換，信

根據(jù)電力系統(tǒng)三相不平衡度測量原理[4-6]，利用LabVIEW 電力測量資源工具包開發(fā)測量電壓/電流三相不平衡度的程序框圖如圖2所示。

圖2 三相不平衡度測量程序圖

圖 2利用了電力測量資源工具包中測量三相交流參數(shù)的 symmetrical components.vi子程序。該symmetrical components.vi子程序的主要功能是根據(jù)所給電壓/電流的幅值和相位信息來得到每相的正序、負(fù)序和零序值。首先將采集到的三相電壓/電流信號拆分得到A、B、C三相各自的電壓/電流分量；每相信號再由單頻測量控件測量得到各自的幅值和相位。根據(jù)symmetrical components.vi輸入端的數(shù)據(jù)格式需要，將每一相的幅值和相位首先打包成簇（因為幅值和相位屬性不一樣，只能打包成簇而不能打包成數(shù)組），然后將三相的參數(shù)再組合成數(shù)組輸入。通過symmetrical components.vi可以得到每相的正序、負(fù)序和零序值。另外，根據(jù)測量三相不平衡度標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定[7]，設(shè)置了一個三相不平衡度為 2%的限制規(guī)定值：當(dāng)測量信號的三相不平衡度值超過了這個限制的規(guī)定時，信號燈就會亮起報警。

2 測量結(jié)果及分析

為了驗證所設(shè)計的電力系統(tǒng)三相不平衡度測量系統(tǒng)的正確性，筆者選擇了三相電壓信號和電流信號分別進(jìn)行了實驗。

2.1 電壓三相不平衡度測量

實驗中，利用KS833發(fā)出三相電壓信號：

信號采集卡PCI-6133將采集到的電壓信號送入計算機(jī)，通過三相不平衡度測量程序?qū)﹄妷盒盘栠M(jìn)行分析處理，得到的測量結(jié)果如圖3所示。圖中分別給出了每相電壓的正序、負(fù)序和零序值，還給出了每相電壓的波形圖及三相電壓的不平衡度。由于電壓的三相不平衡度測量結(jié)果為1.36%，小于2%，未超過限制規(guī)定，報警燈沒有亮起。

可見，三相電壓不平衡度測量結(jié)果證明了所設(shè)計的測量系統(tǒng)的正確性。

圖3 電壓三相不平衡度測量實驗結(jié)果

2.2 電流三相不平衡度測量

實驗中，利用KS833發(fā)出三相電流信號：

信號采集卡PCI-6133將采集到的電流信號送入計算機(jī)，利用三相不平衡度測量程序?qū)﹄娏餍盘栠M(jìn)行分析處理，得到的測量結(jié)果如圖4所示。

圖4 電流三相不平衡度測量實驗結(jié)果

圖 4分別給出了每相電流的正序、負(fù)序和零序值，還給出了每相電流的波形圖及三相電流的不平衡度。電流的三相不平衡度測量結(jié)果為 26.12%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了設(shè)置的2%限制規(guī)定值，報警信號燈亮起。

可見，三相電流不平衡度測量結(jié)果證明了所設(shè)計測量系統(tǒng)的正確性。

3 結(jié)論

在LabVIEW虛擬儀器開發(fā)環(huán)境的基礎(chǔ)上設(shè)計了檢測電力系統(tǒng)三相不平衡度的虛擬測量系統(tǒng)。硬件上由KS833發(fā)出三相不平衡信號，原始信號經(jīng)過信號調(diào)理電路后再由PCI-6133數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入工業(yè)計算機(jī)。軟件上主要是利用LabVIEW電力系統(tǒng)資源工具包得到正序、負(fù)序、零序分量，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)行實驗，驗證了該測量系統(tǒng)的正確性。

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