1系統(tǒng)構(gòu)成

　　1. 1系統(tǒng)硬件與軟件環(huán)境

　　計算機(jī)配置：本系統(tǒng)利用計算機(jī)，結(jié)合高速、高精度的采樣接口，配以虛擬儀器軟件構(gòu)成可靠實用的電網(wǎng)無功補(bǔ)償系統(tǒng)。計算機(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：中文Windows2000 XP NT平臺， LabVIEW 7. 0軟件開發(fā)系統(tǒng)。

　　1. 2系統(tǒng)構(gòu)成

　　系統(tǒng)由電壓電流互感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集器、監(jiān)測控制計算機(jī)、電容投切執(zhí)行器以及電容器組構(gòu)成，如1所示。

　　被測對象包括三相電壓、四線電流，通過PT CT將被測信號降低到系統(tǒng)能接受的范圍，七路信號經(jīng)過調(diào)理后由BNC 2120 Connector連接器輸送給內(nèi)置于計算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，連接器同時可以隔離線路電壓、電流，對信號進(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計數(shù)器定時器， 200kSPS采樣率，驅(qū)動程序直接由NI公司提供。監(jiān)控計算機(jī)實際上是一臺由軟件組成的虛擬儀器，完成對各路信號窗化、數(shù)字濾波、峰值有效值和相位、功率因數(shù)的測量與計算，判斷是否投切補(bǔ)償電容，顯示監(jiān)測數(shù)據(jù)并具有報警功能。電容投切執(zhí)行器在電壓過零點投切補(bǔ)償電容以降低動作對電網(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)實際需要也可以采用基于可控硅、DSP技術(shù)的動態(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、電流互感器送來的電網(wǎng)信號，虛擬儀器軟件完成對信號的濾波、信號處理、數(shù)據(jù)測量與計算，通過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)和信號越限報警。

　　3程序設(shè)計

　　系統(tǒng)程序?qū)崿F(xiàn)對各路信號的采集，計算電壓電流的有效值峰值、相位差、功率因數(shù)、無功功率，對信號數(shù)字濾波和諧波分析，以控制補(bǔ)償電容的投切，同時還具備報警、顯示、記錄與保存功能。

　　3. 1采樣頻率

　　數(shù)據(jù)采集卡（ DAQ）的一個重要參數(shù)是對輸入信號的采樣頻率設(shè)置，采樣不會產(chǎn)生混疊。采樣定理指出：采樣頻率fs大于或等于原始信號最高頻率成份f h的2倍時，則可完整復(fù)現(xiàn)原始信號。電網(wǎng)基頻為50 Hz，考慮到10次以上諧波占整個信號波形的比重較小，為了減少計算量、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.綜合考慮實時性與準(zhǔn)確性的平衡問題，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，常用有效值衡量其大小，即信號瞬時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.

　　對于存在高次諧波的信號采用諧波分析法，利用傅立葉級數(shù)將非正弦電流電路分解為一系列正弦電流電路計算。電工技術(shù)中遇到的周期函數(shù)，均滿足狄里赫利條件，可以展開為傅立葉級數(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)測的程序框圖，另外兩相電壓及4線電流的測試原理與之類似。

　　3. 3相位與功率因數(shù)測量

　　4是相位差與功率因數(shù)測試模塊的框圖程序。以A相為例，將采集到的A相電壓、電流信號分別經(jīng)過可選的窗函數(shù)后送入Extract Signal Tone Information. vi節(jié)點輸出兩者的相位并相減得到相差（單位為rad，通過換算同時得到以（）為單位的相差） ，余弦函數(shù)節(jié)點計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)場采集到的信號由數(shù)據(jù)采集卡通過AI INPUT子模板輸入，經(jīng)過時域窗截取信號的有限序列以減少譜泄露。窗化后的信號通過自能量譜節(jié)點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)。諧波失真測量框圖程序見5.

　　3. 5數(shù)字濾波

　　數(shù)字濾波具有軟件支持、穩(wěn)定性高、無溫漂等特點，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。

　　4結(jié)束

　　虛擬儀器的性能價格比優(yōu)勢使之在儀器領(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)無功補(bǔ)償控制，采用NI公司的LabVIEW軟件作為系統(tǒng)開發(fā)平臺，利用其數(shù)據(jù)采集、信號分析處理、驅(qū)動程序及遠(yuǎn)程通訊功能，提供了一種無功補(bǔ)償控制的新方法，具有較高的實用價值。

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