1系统构成

　　1. 1系统硬件与软件环境

　　计算机配置：本系统利用计算机，结合高速、高精度的采样接口，配以虚拟仪器软件构成可靠实用的电网无功补偿系统。计算机系统的配置建议为P4 2. 4G CPU 80G HDD 256M RAM 64M显示内存。采集单元为NI公司的PCI6024E数据采集卡。系统平台：中文Windows2000 XP NT平台， LabVIEW 7. 0软件开发系统。

　　1. 2系统构成

　　系统由电压电流互感器、信号调理、数据采集器、监测控制计算机、电容投切执行器以及电容器组构成，如1所示。

　　被测对象包括三相电压、四线电流，通过PT CT将被测信号降低到系统能接受的范围，七路信号经过调理后由BNC 2120 Connector连接器输送给内置于计算机的数据采集卡，连接器同时可以隔离线路电压、电流，对信号进行硬件抗混迭滤波和调节。 PCI 6024E数据采集卡的参数指标是：MIO方式， 16通道单端模入或8通C T计数器定时器， 200kSPS采样率，驱动程序直接由NI公司提供。监控计算机实际上是一台由软件组成的虚拟仪器，完成对各路信号窗化、数字滤波、峰值有效值和相位、功率因数的测量与计算，判断是否投切补偿电容，显示监测数据并具有报警功能。电容投切执行器在电压过零点投切补偿电容以降低动作对电网的影响及电容器的安全。本系统采用静态补偿器，根据实际需要也可以采用基于可控硅、DSP技术的动态补偿器。

　　2系统工作流程

　　系统工作流程如2所示。系统在采集端口与各项参数初始化后， PCI 6024E数据采集卡经连接器采集由电压、电流互感器送来的电网信号，虚拟仪器软件完成对信号的滤波、信号处理、数据测量与计算，通过判别因子判别是否投切补偿电容，并显示、记录、保存数据和信号越限报警。

　　3程序设计

　　系统程序实现对各路信号的采集，计算电压电流的有效值峰值、相位差、功率因数、无功功率，对信号数字滤波和谐波分析，以控制补偿电容的投切，同时还具备报警、显示、记录与保存功能。

　　3. 1采样频率

　　数据采集卡（ DAQ）的一个重要参数是对输入信号的采样频率设置，采样不会产生混叠。采样定理指出：采样频率fs大于或等于原始信号最高频率成份f h的2倍时，则可完整复现原始信号。电网基频为50 Hz，考虑到10次以上谐波占整个信号波形的比重较小，为了减少计算量、加快系统运行速度，不妨忽略10次以上的谐波分量，则最高频率成分为500 Hz，采样频率至少应达到1 000 Hz.综合考虑实时性与准确性的平衡问题，选取3 200 Hz（即基频的整64倍）作为系统的采样速率。

　　3. 2电压电流监控程序

　　周期电压、电流信号，常用有效值衡量其大小，即信号瞬时值的平方在一周期内的积分的平均值取平方根（故又称为方均根值） .即

　　U = 1 T

　　T 0 u 2 dt，I = 1 T

　　T 0 i 2 dt.

　　对于存在高次谐波的信号采用谐波分析法，利用傅立叶级数将非正弦电流电路分解为一系列正弦电流电路计算。电工技术中遇到的周期函数，均满足狄里赫利条件，可以展开为傅立叶级数，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） .

　　非正弦周期信号的真有效值是基波与各次谐波有效值之平方和之平方根。利用LabVIEW的谐波分析函数求得各次谐波幅值，由于各次谐波均是正弦量，故各次谐波有效值为各次谐波幅值的1 2，可根据精度要求及实际需要设置循环次数求得。即U = U2 0 + U 2 1 + U 2 + .

　　3为A相电压监测的程序框图，另外两相电压及4线电流的测试原理与之类似。

　　3. 3相位与功率因数测量

　　4是相位差与功率因数测试模块的框图程序。以A相为例，将采集到的A相电压、电流信号分别经过可选的窗函数后送入Extract Signal Tone Information. vi节点输出两者的相位并相减得到相差（单位为rad，通过换算同时得到以（）为单位的相差） ，余弦函数节点计算得到该相功率因数。

　　3. 4谐波分析

　　利用LabVIEW的谐波分析模块，可方便求解非线性系统信号的谐波畸变率%THD，得到基波与谐波在能量谱中的比例。现场采集到的信号由数据采集卡通过AI INPUT子模板输入，经过时域窗截取信号的有限序列以减少谱泄露。窗化后的信号通过自能量谱节点将能量谱输出至谐波分析VI，可得到幅值、谐波频率、THD及%THD等参数。谐波失真测量框图程序见5.

　　3. 5数字滤波

　　数字滤波具有软件支持、稳定性高、无温漂等特点，因而是数字信息处理中使用得最广泛的一种滤波环节。

　　本文中使用的巴特沃斯（ Butterworth）滤波器具有平滑的频响特性，调用Functions Analyze Signal Processing Filters But terworth Filter. vi获得该滤波器节点。

　　4结束

　　虚拟仪器的性能价格比优势使之在仪器领域具有广阔的应用前景，代表着现代仪器的发展方向。本系统将虚拟仪器引入电力网无功补偿控制，采用NI公司的LabVIEW软件作为系统开发平台，利用其数据采集、信号分析处理、驱动程序及远程通讯功能，提供了一种无功补偿控制的新方法，具有较高的实用价值。

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