基于LabVIEW的中频电源电能质量分析测试系统设计

随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，会引起电网电流、电压波形发生畸变，引起电网的谐波“污染”。另外，冲击性、波动性负荷运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重，这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重削弱和干扰电网的经济运行，造成对电网的“公害”。400 Hz中频电源主要用于飞机机载设备、雷达、导航等航空及舰船等军用电子设备的特殊场合。也正是由于中频电源系统的特殊性，市场上的适用于中频电源的电能质量分析仪不多。

为了实现对中频电源电源系统电能质量的准确测试，在做了需求分析的基础上，提出并设计了一种基于LabVIEW的便携式中频电源质量分析测试系统(以下简称“测试系统”)方案。该系统能够完成对中频电源系统电能质量的准确测试。

1 测试系统需求分析

根据系统要求实现6通道模拟量输入检测分析，即分别检测三相相电流及三相线电压。实时显示电压、电流、视在功率、有功功率及无功功率等各种电能参数，最重要的是谐波分析测试功能，可进行31次谐波分析并将各单次谐波以柱状图及百分比表格进行显示。其他功能包括有保存当前数据、报表生成、日志编写、数据管理等功能。

报表功能应有单次保存记录所包含的三相线电压、平均电压、三相相电流、平均电流、三相有功功率、总有功功率、三相无功功率、总无功功率三相、视在功率、总视在功率、三相功率因数、总功率因数以及三相线电压、三相相电流的各单次谐波含量的柱状图或表格。最后报表中还应包含日志功能中记录的检测对象、地点、人员、各个通道的日志。

2 测试系统硬件设计

本测试系统主要硬件有便携式计算机、数据采集卡、电压电流传感器。中频电源系统的电压电流经过传感器变换为低电压信号，由数据采集卡高速采集送入计算机，经由LabVIEW虚拟仪器软件进行计算分析。

便携式计算机选用ACME-850便携机。机箱采用了抗冲击型ABS工程塑料制成，内箱为铝镁合金，提高了抗震性能，通过风扇前端的金属屏蔽网和侧档片特殊的EMI处理技术，

提高了整机的电磁兼容性能，机箱表面涂有一层陶皮漆。其主要配置为N-852工业双核主板、酷睿2.2G处理器、DDR2—2G内存、SATA-500G硬盘、高亮度高分辨率的15寸XGA液晶显示屏并配有航空拉杆箱，完全满足功能需要。

数据采集卡选用凌华公司的DAQ-2502型号数据采集卡。它有4路模拟电压输出，输出范围0～±10 V、最大更新率1MS/s、12位分辨率、8K板载FIFO;另有8路单端模拟输入，输入范围0～±10 V、14位无误码分辨率、最高400 kS/s采样频率。另外还有丰富的数字接口，计数器/定时器等应用。

电压电流传感器均采用瑞士LEM公司工业用高性能传感器，测试精度高、性能稳定。

3 测试系统状态确定

系统有初始化、空闲、运行、保持及退出5个状态。其状态转换如图1所示。系统启动时进入初始化状态，加载上次用户的设置参数后进入空闲状态，等待用户的按钮操作。在空闲状态下系统的辅助功能“数据管理”与“故障诊断”可以使用，同时可以配置用户参数。空闲状态下点击“运行”按钮，进入运行状态，这时数据采集卡开始采集数据，系统处理计算后显示在窗口中。运行状态下点击“停止”，系统返回到空闲状态。如果点击“保持”状态，这时系统停止采集，可以进行数据保存操作，保存停止采集前一时刻的所有数据和设置。系统后台进一步可对保存的数据进行计算分析。

4 测试系统软件设计

对中频电源电能质量分析主要是针对检测到的电压、电流信号进行谐波分析。频谱测量与分析是软件部分计算分析的核心。谐波分析的目的是求出各次谐波的幅值和相角，针对不同类型的谐波，有相应的分析方法。对于稳态谐波通常使用FFT算法，此外，还有快速Hartley变换(FHT)算法，离散W变换等等;对于暂态谐波，有改进的FFT分析，小波变换等方法。LabVIEW带有的扩展库函数的通用程序及专业的数学分析程序包，可以满足复杂的工程计算和分析要求，利用谐波失真分析函数可以快速而准确地计算出基准频率、各单次谐波分量的幅值，减少了软件开发工作量。

下面着重介绍测试系统软件系统的设计。

4.1 LabVIEW软件

LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。其外观和操作均模仿现实仪器，这一点的设计，大大方便了传统的仪器工程师，也是其成