1 硬件設(shè)計

硬件系統(tǒng)主要實現(xiàn)三相電源的信號采集與調(diào)理，本系統(tǒng)中采用霍爾電流電壓傳感器進行信號采集?；魻杺鞲衅魇且环N原邊與副邊高度隔離，副邊真實反映被測直流、交流、脈動電流等原邊波形的傳感器。具有線性好、頻帶寬、相應(yīng)快、過載能力強、溫度特性好、輸出連續(xù)可調(diào)、性能穩(wěn)定和不損失被測檢路能量等優(yōu)點［1］。從傳感器出來的信號大多數(shù)要經(jīng)過調(diào)理才能進入數(shù)據(jù)采集設(shè)備。信號調(diào)理的方法包括放大、隔離、濾波、激勵、線性化等。理想濾波電路的頻率響應(yīng)在通帶內(nèi)應(yīng)有一定幅值 和 線 性 相 移，而在阻帶內(nèi)其幅值應(yīng)為零。根據(jù)不同要求，*常用的低通有源濾波器有三種:Butterworth、Chebyshev、Bessel 濾波電路。Butterworth濾波電路的幅頻響應(yīng)在通帶中有*平幅度特性，但從通帶到阻帶衰減較慢; Chebyshev 濾波電路能迅速衰 減，但允許通帶中有一定紋波。而 Bessel濾波電路著重于相頻響應(yīng)，其相移于頻率基本成正比，即群時延基本是恒定的，可得失真度較小的波形［2］。綜上所述，Butterworth 濾波電路在通帶內(nèi)的幅頻和相頻響應(yīng)均滿足抗混疊濾波器的要求。

系統(tǒng)硬件構(gòu)成框圖如圖 1 所示。

2 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件的設(shè)計是整個設(shè)計的靈魂。主要實現(xiàn): 電壓源和電流源的幅值、頻率的測量; 故障序分量的計算、顯示; 諧波分析及各次諧波大小計算及其顯示，失真度的計算及其顯示; 有功功率、無功功率以及功率因數(shù)的計算和顯示; 測試報表的制作［3］。

系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示。

軟件設(shè)計主要包括前面板設(shè)計和后面板程序設(shè)計，本設(shè)計中的前面板共有 5 部分: 主面板、常規(guī)測量面板、諧波分析面板、故障序分量顯示面板以及報表面板［4，5］。諧波分析面板如圖 3 所示。

后面板主要實現(xiàn)前面板程序設(shè)計的，其中故障序分量計算子程序通過對三相電壓和電流進行對稱分量算法來實現(xiàn)的。如果系統(tǒng)發(fā)生故障，比如缺相、單相接地以及相間短路等故障時，零序分量或負序分量不為零; 如果系統(tǒng)沒有發(fā)生故障的話，零序負序分量都為零，正序分量不為零。序分量的計算采用的是相量法，即把三相電壓電流轉(zhuǎn)化為復(fù)數(shù)來進行計算的。具體的計算公式如下:

以 UA 為參考，則 UA 的相位、UA 和 UB 之間的相

位、UA 和 UC 之間的相位分別為 φA、φB、φC。則，U·A =UAeIφA ，U·B = UBeIφB，U·C = UCeIφC。令 α = ei2π3 ，則有 UA電壓零序分量 U·0 = 13 ( U·A + U·B + U·C )電壓正序分量 U·1 = 13 ( U·A + αU·B + α2U·C )電壓負序分量 U·2 = 13 ( U·A + α2U·B + αU·C )同理，電流的零序、正序、負序分量分別如下式所示:

電流零序分量 I·0 = 13 ( I·+ I·B + I·C )電流正序分量 I·1 = 13 ( I·A + αI·B + α2 I·C )電流負序分量 I·1 = 13 ( I·A + α2 I·B + αI·C )報表子程序?qū)崿F(xiàn)的功能是把本設(shè)計中測量到的量以報表的形式打印出來。其包括電壓電流量的幅值、電壓幅值**誤差、電壓幅值相對誤差、失真度、頻率及三相有功功率、三相無功功率和三相功率因數(shù)以及電壓電流波形［6］。報表子程序框圖如圖 4 所示。

3 結(jié)束語

本設(shè)計基于 LabVIEW 圖形化的編程平臺實現(xiàn)了繼電保護測試交流電壓源和電流源性能的測試與分析儀裝置。系統(tǒng)采用霍爾電壓電流傳感器將三相電源信號采集并進行了信號的處理，實現(xiàn)了電壓電流幅值、頻率、失真度以及電壓幅值測量的**誤差和相對誤差的計算和實時顯示，并將結(jié)果形成報表為電網(wǎng)繼電保護提供了實時的監(jiān)測和保證。