隨著電力電子技術的廣泛應用與發展
，供電係統中增加了大量的非線性負載，會引起電網電流、電壓波形發生畸變，引起電網的諧波“汙染”。另外，衝擊性
、波動性負荷運行中不僅會產生大量的高次諧波
，而且使得電壓波動、閃變、三san相xiang不bu平ping衡heng日ri趨qu嚴yan重zhong，這zhe些xie對dui電dian網wang的de不bu利li影ying響xiang不bu僅jin會hui導dao致zhi供gong用yong電dian設she備bei本ben身shen的de安an全quan性xing降jiang低di，而er且qie會hui嚴yan重zhong削xue弱ruo和he幹gan擾rao電dian網wang的de經jing濟ji運yun行xing，造zao成cheng對dui電dian網wang的de“公害”。400 Hz中頻電源主要用於飛機機載設備、雷達、導航等航空及艦船等軍用電子設備的特殊場合。也正是由於中頻電源係統的特殊性，市場上的適用於中頻電源的電能質量分析儀不多。

 

為了實現對中頻電源電源係統電能質量的準確測試，在做了需求分析的基礎上，提出並設計了一種基於LabVIEW的便攜式中頻電源質量分析測試係統(以下簡稱“測試係統”)方案。該係統能夠完成對中頻電源係統電能質量的準確測試。

 

 

根據係統要求實現6通道模擬量輸入檢測分析，即分別檢測三相相電流及三相線電壓。實時顯示電壓、電流、視在功率、有功功率及無功功率等各種電能參數，最重要的是諧波分析測試功能
，可進行31次諧波分析並將各單次諧波以柱狀圖及百分比表格進行顯示。其他功能包括有保存當前數據、報表生成
、日誌編寫
、數據管理等功能。

 

報表功能應有單次保存記錄所包含的三相線電壓、平均電壓、三相相電流、平均電流
、三相有功功率
、總有功功率、三相無功功率、總無功功率三相、視在功率、總視在功率、三相功率因數、總功率因數以及三相線電壓、三相相電流的各單次諧波含量的柱狀圖或表格。最後報表中還應包含日誌功能中記錄的檢測對象、地點、人員、各個通道的日誌。

 

 

本測試係統主要硬件有便攜式計算機、數據采集卡
、電壓電流傳感器。中頻電源係統的電壓電流經過傳感器變換為低電壓信號

，由數據采集卡高速采集送入計算機，經由LabVIEW虛擬儀器軟件進行計算分析。

 

便攜式計算機選用ACME-850便攜機。機箱采用了抗衝擊型ABS工程塑料製成
，內箱為鋁鎂合金，提高了抗震性能
，通過風扇前端的金屬屏蔽網和側檔片特殊的EMI處理技術，提高了整機的電磁兼容性能

，機箱表麵塗有一層陶皮漆。其主要配置為N-852工業雙核主板、酷睿2。2G處理器

、DDR2—2G內存、SATA-500G硬盤、高亮度高分辨率的15寸XGA液晶顯示屏並配有航空拉杆箱

，完全滿足功能需要。

 

數據采集卡選用淩華公司的DAQ-2502型號數據采集卡。它有4路模擬電壓輸出
，輸出範圍0～±10 V、最大更新率1MS/s

、12位分辨率
、8K板載FIFO
；另有8路單端模擬輸入，輸入範圍0～±10 V、14位無誤碼分辨率、最高400 kS/s采樣頻率。另外還有豐富的數字接口，計數器/定時器等應用。

 

電壓電流傳感器均采用瑞士LEM公司工業用高性能傳感器，測試精度高
、性能穩定。

 

 

係統有初始化、空閑、運行、保持及退出5個狀態。其狀態轉換如圖1所示。係統啟動時進入初始化狀態，加載上次用戶的設置參數後進入空閑狀態，等待用戶的按鈕操作。在空閑狀態下係統的輔助功能“數據管理”與“故障診斷”可以使用，同時可以配置用戶參數。空閑狀態下點擊“運行”按鈕，進入運行狀態
，這時數據采集卡開始采集數據，係統處理計算後顯示在窗口中。運行狀態下點擊“停止”，係統返回到空閑狀態。如果點擊“保持”狀(zhuang)態(tai)，這(zhe)時(shi)係(xi)統(tong)停(ting)止(zhi)采(cai)集(ji)，可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)數(shu)據(ju)保(bao)存(cun)操(cao)作(zuo)
，保(bao)存(cun)停(ting)止(zhi)采(cai)集(ji)前(qian)一(yi)時(shi)刻(ke)的(de)所(suo)有(you)數(shu)據(ju)和(he)設(she)置(zhi)。係(xi)統(tong)後(hou)台(tai)進(jin)一(yi)步(bu)可(ke)對(dui)保(bao)存(cun)的(de)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)計(ji)算(suan)分(fen)析(xi)。

 

圖1：測試係統主要工作狀態

 

 

對中頻電源電能質量分析主要是針對檢測到的電壓、電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)諧(xie)波(bo)分(fen)析(xi)。頻(pin)譜(pu)測(ce)量(liang)與(yu)分(fen)析(xi)是(shi)軟(ruan)件(jian)部(bu)分(fen)計(ji)算(suan)分(fen)析(xi)的(de)核(he)心(xin)。諧(xie)波(bo)分(fen)析(xi)的(de)目(mu)的(de)是(shi)求(qiu)出(chu)各(ge)次(ci)諧(xie)波(bo)的(de)幅(fu)值(zhi)和(he)相(xiang)角(jiao)
，針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)類(lei)型(xing)的(de)諧(xie)波(bo)
，有(you)相(xiang)應(ying)的(de)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)。對(dui)於(yu)穩(wen)態(tai)諧(xie)波(bo)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)FFT算法，此外，還有快速Hartley變換(FHT)算法，離散W變換等等


；對於暫態諧波，有改進的FFT分析
，小波變換等方法。LabVIEW帶(dai)有(you)的(de)擴(kuo)展(zhan)庫(ku)函(han)數(shu)的(de)通(tong)用(yong)程(cheng)序(xu)及(ji)專(zhuan)業(ye)的(de)數(shu)學(xue)分(fen)析(xi)程(cheng)序(xu)包(bao)，可(ke)以(yi)滿(man)足(zu)複(fu)雜(za)的(de)工(gong)程(cheng)計(ji)算(suan)和(he)分(fen)析(xi)要(yao)求(qiu)，利(li)用(yong)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)分(fen)析(xi)函(han)數(shu)可(ke)以(yi)快(kuai)速(su)而(er)準(zhun)確(que)地(di)計(ji)算(suan)出(chu)基(ji)準(zhun)頻(pin)率(lv)
、各單次諧波分量的幅值

，減少了軟件開發工作量。

 

下麵著重介紹測試係統軟件係統的設計。

 

4.1 LabVIEW軟件

 

LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是shi一yi種zhong用yong圖tu標biao代dai替ti文wen本ben行xing創chuang建jian應ying用yong程cheng序xu的de圖tu形xing化hua編bian程cheng語yu言yan。其qi外wai觀guan和he操cao作zuo均jun模mo仿fang現xian實shi儀yi器qi
，這zhe一yi點dian的de設she計ji，大da大da方fang便bian了le傳chuan統tong的de儀yi器qi工gong程cheng師shi，也ye是shi其qi成cheng功gong的de一yi個ge重zhong要yao因yin素su。虛xu擬ni儀yi器qi的de核he心xin技ji術shu思si想xiang就jiu是shi“軟件即是儀器”
，由此突出了軟件在虛擬儀器係統中的重要性。美國NI公司在Microsoft公司的Windows誕生之前，就已經在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2。0以前的版本，通過長期、係統、有效的研究和發展
，逐步確立了LabVIEW在虛擬儀器編程軟件中的主力地位。它的出現終於把人們——尤其是傳統儀器工程師和科學家們從繁雜的編程工作中解放出來，使他們能夠真正專心於自己所關注的事情。

 

4.2 軟件係統主要模塊功能模塊劃分

 

在LabVIEW中編製程序應當采用模塊化、結構化的編程思想。LabVIEW的基於數據流控製與結構化編程中的信息流相呼應。采用結構化方法實現調試儀這樣一個複雜的係統無疑是較好的選擇。

 

根據測試係統的功能需求，可將係統軟件分成五大功能模塊
，分別為IO設置模塊、數據顯示模塊

、數據處理模塊、數據管理模塊及報表管理模塊
，如圖2所示。在確定了測試係統的功能並劃分軟件係統各主要功能模塊後，就可規劃主要程序結構和程序。

 

圖2：測試係統主要功能模塊

 

4.3 軟件係統層次劃分

 

我們采用自頂向下的設計方式

，將係統分為3層：主界麵層、邏輯功能層和底層。“主界麵層”主要包括主人機界麵和係統總體控製。“邏輯功能層”負責係統的各種邏輯功能，例如I/O設置
、數據采集、數據處理、數據管理和數據查詢等。“底層”則是一個個按照基本功能劃分子VI，供給高層次VI調用。采用調用子VI的形式來實現模塊之間的調用和關聯。當調用子VI時，係統需要花費很少的開銷，大概幾十毫秒的時間。測試係統的軟件層次結構圖3所示。

 

圖3：測試係統軟件係統層次

 

4.4 軟件係統各任務優先級設計

 

基於LabVIEWdezhongpindianyuanjiancexitongshiyigeduogongnengduorenwuxitong，shiyiduorenwubingxingdefangshiyunxingde。weileyouhuaxitongziyuandeshiyongqingkuang，baozhanggegongnengmokuaizhunquewanchengrenwu，jishixiangyingyonghuxuqiu。ceshixitongzhuyaorenwuyouxianjifenpeiruxia：

 

信號發送采集任務優先級最高
，一旦啟動采集，隻有進入保持或是停止時才會停止采集
，為第1等級；數據處理任務優先級次之，數據采集好後要進行軟件濾波和計算電能質量參數
，為第2等級
；數據顯示任務將采集回來的數據實時地顯示在圖表裏麵，任務優先級也為第2等級；數據管理任務與生成報表任務都是在係統不進行數據收發的時候才能啟動。故列為第3等級。

 

在LabVIEW上編寫多任務程序非常方便，LabVIEW是自動多線程的編程語言
，隻要VI的代碼可以並行執行，LabVIEW就會將它們分配在多個執行線程內同時運行。一般情況下，編寫程序時應當遵循這樣的原則：可以同時運行的模塊就並排擺放，千萬不要用連線，順序框等方式強製它們依次執行。在並行執行時

，LabVIEW會自動地把它們安排在在不同線程下同時運行，以提高程序的執行速度，節省程序的運行時間。

 

4.5 軟件總體架構

 

圖4是測試係統軟件的總體架構。其主要要點是：用while循環實現係統狀態機，用事件結構監控界麵按鈕事件(用戶點擊各種按鈕)和用戶自定義事件，上述2者用事件進行同步，在狀態機的“運行子狀態”中

，用隊列同步數據采集和數據處理顯示。

 

圖4：測試係統軟件總體架構

 

4.6 用戶主界麵程序設計

 

如圖5所示
，測試係統軟件用戶界麵共分為6個部分：1)為檢測對象選擇控件；2)為電壓
、電流波形圖顯示通道選擇控件；3)為電壓、電流波形圖顯示
；4)為電壓
、電流
、功率等電能質量分析顯示；5)為軟件控製菜單控件
；6)為諧波分析顯示。

 

圖5：測試係統軟件用戶界麵

 

 

該測試係統采用具有高速數據采集卡的便攜式測試計算機為硬件平台
，軟件設計采用LabVIEW中編製程序采用模塊化、jiegouhuadebianchengsixiang，tigaolexitongdekekaoxingheweihuxing。gaiceshixitongyizhuangbeiyumouxingchuanbodezhongpindianyuanxitong

，shijiyingyongbiaominggaiceshixitongjuyouceshizhunque、穩定可靠
、人機界麵友好等特點，達到了設計要求。