趙展

摘 要 本文利用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)了一種三相不平衡度的測(cè)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(jì)算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測(cè)量路線的設(shè)計(jì)。虛擬儀器軟件平臺(tái)LabVIEW設(shè)計(jì)開發(fā)程序，人機(jī)交互界面友好，硬件電路搭建易于實(shí)現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號(hào)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明本設(shè)計(jì)具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)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(bǔ)償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，高次諧波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)放大。二是實(shí)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(tái)，對(duì)三相不平衡度計(jì)算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計(jì)，測(cè)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(jì)算分析方法

對(duì)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(shí)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(jì)算方法方面，主要采用對(duì)稱分量的研究算法進(jìn)行計(jì)算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對(duì)稱分量法

三個(gè)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(duì)稱電壓，而三個(gè)電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個(gè)電壓稱為三相不對(duì)稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對(duì)稱電壓都可以理解為三個(gè)正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對(duì)稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對(duì)稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對(duì)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(duì)稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對(duì)稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計(jì)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(diǎn)電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)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(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。對(duì)于三相不平衡度的計(jì)算方法，本文采用上述規(guī)定的計(jì)算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對(duì)稱三相電壓或電流信號(hào)進(jìn)行對(duì)稱分量法分解，然后對(duì)正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(jì)算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號(hào)替換為相應(yīng)的電流符號(hào)即可。②

2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)配置：工業(yè)控制用一體機(jī)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(qiáng)大的三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)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(tái)：中文WindowsXP/7平臺(tái)；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的三相不平衡度的測(cè)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(hào)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(tái)，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(cè)量思路

圖3 三相不平衡度計(jì)算流程圖

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

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)流程

三相電壓不平衡度測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲(chǔ)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)三相電壓、電流信號(hào)的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲(chǔ)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(shí)調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號(hào)采樣得到的數(shù)字信號(hào)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(diǎn)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(jì)與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

我們對(duì)某大型商場(chǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的任意一個(gè)時(shí)段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡(jiǎn)單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號(hào)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(duì)所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點(diǎn)數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測(cè)量的值和三相不平衡度的計(jì)算值，通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)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(xiàng)電壓測(cè)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(jì)了一種檢測(cè)電力系統(tǒng)三相不平衡度的測(cè)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(duì)三相不平衡度進(jìn)行計(jì)算。通過選擇三相電壓和電流信號(hào)對(duì)所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明該測(cè)量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗(yàn)證。

基金項(xiàng)目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強(qiáng)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(jì)了一種三相不平衡度的測(cè)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(jì)算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測(cè)量路線的設(shè)計(jì)。虛擬儀器軟件平臺(tái)LabVIEW設(shè)計(jì)開發(fā)程序，人機(jī)交互界面友好，硬件電路搭建易于實(shí)現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號(hào)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明本設(shè)計(jì)具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)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(bǔ)償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，高次諧波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)放大。二是實(shí)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(tái)，對(duì)三相不平衡度計(jì)算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計(jì)，測(cè)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(jì)算分析方法

對(duì)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(shí)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(jì)算方法方面，主要采用對(duì)稱分量的研究算法進(jìn)行計(jì)算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對(duì)稱分量法

三個(gè)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(duì)稱電壓，而三個(gè)電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個(gè)電壓稱為三相不對(duì)稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對(duì)稱電壓都可以理解為三個(gè)正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對(duì)稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對(duì)稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對(duì)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(duì)稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對(duì)稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計(jì)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(diǎn)電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)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(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。對(duì)于三相不平衡度的計(jì)算方法，本文采用上述規(guī)定的計(jì)算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對(duì)稱三相電壓或電流信號(hào)進(jìn)行對(duì)稱分量法分解，然后對(duì)正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(jì)算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號(hào)替換為相應(yīng)的電流符號(hào)即可。②

2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)配置：工業(yè)控制用一體機(jī)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(qiáng)大的三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)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(tái)：中文WindowsXP/7平臺(tái)；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的三相不平衡度的測(cè)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(hào)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(tái)，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(cè)量思路

圖3 三相不平衡度計(jì)算流程圖

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

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)流程

三相電壓不平衡度測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲(chǔ)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)三相電壓、電流信號(hào)的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲(chǔ)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(shí)調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號(hào)采樣得到的數(shù)字信號(hào)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(diǎn)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(jì)與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

我們對(duì)某大型商場(chǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的任意一個(gè)時(shí)段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡(jiǎn)單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號(hào)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(duì)所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點(diǎn)數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測(cè)量的值和三相不平衡度的計(jì)算值，通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)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(xiàng)電壓測(cè)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(jì)了一種檢測(cè)電力系統(tǒng)三相不平衡度的測(cè)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(duì)三相不平衡度進(jìn)行計(jì)算。通過選擇三相電壓和電流信號(hào)對(duì)所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明該測(cè)量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗(yàn)證。

基金項(xiàng)目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強(qiáng)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(jì)了一種三相不平衡度的測(cè)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(jì)算方法。通過軟件流程圖進(jìn)行三相不平衡度測(cè)量路線的設(shè)計(jì)。虛擬儀器軟件平臺(tái)LabVIEW設(shè)計(jì)開發(fā)程序，人機(jī)交互界面友好，硬件電路搭建易于實(shí)現(xiàn)。最后進(jìn)行仿真信號(hào)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明本設(shè)計(jì)具有一定的可行性。

關(guān)鍵詞 三相不平衡度 LabVIEW 測(cè)量

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)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(bǔ)償效果不太好。采用調(diào)節(jié)無功的方式進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，高次諧波信號(hào)會(huì)出現(xiàn)放大。二是實(shí)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(tái)，對(duì)三相不平衡度計(jì)算方法進(jìn)行了研究，通過軟件程序設(shè)計(jì)，測(cè)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(jì)算分析方法

對(duì)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(shí)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(jì)算方法方面，主要采用對(duì)稱分量的研究算法進(jìn)行計(jì)算和分析電力系統(tǒng)的三相不平衡度。

1.1 對(duì)稱分量法

三個(gè)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(duì)稱電壓，而三個(gè)電壓各相頻率相同，最大值或相位差不同，則這三個(gè)電壓稱為三相不對(duì)稱電壓。根據(jù)線性疊加原理，任意三相不對(duì)稱電壓都可以理解為三個(gè)正序負(fù)序和零序?qū)ΨQ電壓的組合。設(shè)正序三相對(duì)稱電壓記為UA1、UB1、UC1，負(fù)序三相對(duì)稱電壓記為UA2、UB2、UC2，零序三相對(duì)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(duì)稱電壓的相量圖見圖1：

圖1 正序負(fù)序和零序三相對(duì)稱電壓的相量圖

1.2 三相不平衡度的計(jì)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(diǎn)電壓不平衡度限值為：電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過2%，短時(shí)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(diǎn)的每個(gè)用戶引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不超過2.6%。對(duì)于三相不平衡度的計(jì)算方法，本文采用上述規(guī)定的計(jì)算方法，首先將電力系統(tǒng)中的不對(duì)稱三相電壓或電流信號(hào)進(jìn)行對(duì)稱分量法分解，然后對(duì)正序分量和負(fù)序分量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)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(jì)算公式與上述公式完全一致，只不過把公式中的電壓符號(hào)替換為相應(yīng)的電流符號(hào)即可。②

2 測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件與軟件環(huán)境設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)配置：工業(yè)控制用一體機(jī)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(qiáng)大的三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)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(tái)：中文WindowsXP/7平臺(tái)；虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)：LabVIEW8.5或以上版本。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計(jì)的三相不平衡度的測(cè)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(hào)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(tái)，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(cè)量思路

圖3 三相不平衡度計(jì)算流程圖

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

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 程序設(shè)計(jì)流程

三相電壓不平衡度測(cè)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(duì)電力系統(tǒng)中的三相電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采集；然后，在LabVIEW環(huán)境下創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，以列存儲(chǔ)的方式進(jìn)行存儲(chǔ)三相電壓、電流信號(hào)的原始采集數(shù)據(jù)，具體存儲(chǔ)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(shí)調(diào)用軟件中的巴特沃斯濾波器，濾除采集信號(hào)中的高頻噪聲信號(hào)；最后，利用提取單頻信息函數(shù)將三相原始信號(hào)采樣得到的數(shù)字信號(hào)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(diǎn)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(jì)與電壓類似，這里就不再介紹說明。

3.2 仿真實(shí)驗(yàn)

我們對(duì)某大型商場(chǎng)電力系統(tǒng)運(yùn)行中的任意一個(gè)時(shí)段進(jìn)行了相關(guān)的數(shù)據(jù)采集，搭建簡(jiǎn)單可行的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并將采集到的信號(hào)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(duì)所得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了仿真分析，其中每周期采樣點(diǎn)數(shù)為128，所得數(shù)據(jù)見表1。顯示出來了各相電壓測(cè)量的值和三相不平衡度的計(jì)算值，通過對(duì)比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，測(cè)試結(jié)果與理論計(jì)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(xiàng)電壓測(cè)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(jì)了一種檢測(cè)電力系統(tǒng)三相不平衡度的測(cè)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(duì)三相不平衡度進(jìn)行計(jì)算。通過選擇三相電壓和電流信號(hào)對(duì)所設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，數(shù)據(jù)表明該測(cè)量系統(tǒng)的正確性，達(dá)到了三相不平衡度測(cè)量分析系統(tǒng)所具有的基本功能，并通過了驗(yàn)證。

基金項(xiàng)目：蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)項(xiàng)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(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007.27（11）：98-100.

② 周林，張有玉，劉強(qiáng)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