基于LabVIEW的三相电源性能的测试与继电保护研究

1 硬件设计

硬件系统主要实现三相电源的信号采集与调理，本系统中采用霍尔电流电压传感器进行信号采集。霍尔传感器是一种原边与副边高度隔离，副边真实反映被测直流、交流、脉动电流等原边波形的传感器。具有线性好、频带宽、相应快、过载能力强、温度特性好、输出连续可调、性能稳定和不损失被测检路能量等优点［1］。从传感器出来的信号大多数要经过调理才能进入数据采集设备。信号调理的方法包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。理想滤波电路的频率响应在通带内应有一定幅值 和 线 性 相 移，而在阻带内其幅值应为零。根据不同要求，*常用的低通有源滤波器有三种:Butterworth、Chebyshev、Bessel 滤波电路。Butterworth滤波电路的幅频响应在通带中有*平幅度特性，但从通带到阻带衰减较慢; Chebyshev 滤波电路能迅速衰 减，但允许通带中有一定纹波。而 Bessel滤波电路着重于相频响应，其相移于频率基本成正比，即群时延基本是恒定的，可得失真度较小的波形［2］。综上所述，Butterworth 滤波电路在通带内的幅频和相频响应均满足抗混叠滤波器的要求。

系统硬件构成框图如图 1 所示。

2 软件设计

系统软件的设计是整个设计的灵魂。主要实现: 电压源和电流源的幅值、频率的测量; 故障序分量的计算、显示; 谐波分析及各次谐波大小计算及其显示，失真度的计算及其显示; 有功功率、无功功率以及功率因数的计算和显示; 测试报表的制作［3］。

系统的软件结构框图如图 2 所示。

软件设计主要包括前面板设计和后面板程序设计，本设计中的前面板共有 5 部分: 主面板、常规测量面板、谐波分析面板、故障序分量显示面板以及报表面板［4，5］。谐波分析面板如图 3 所示。

后面板主要实现前面板程序设计的，其中故障序分量计算子程序通过对三相电压和电流进行对称分量算法来实现的。如果系统发生故障，比如缺相、单相接地以及相间短路等故障时，零序分量或负序分量不为零; 如果系统没有发生故障的话，零序负序分量都为零，正序分量不为零。序分量的计算采用的是相量法，即把三相电压电流转化为复数来进行计算的。具体的计算公式如下:

以 UA 为参考，则 UA 的相位、UA 和 UB 之间的相

位、UA 和 UC 之间的相位分别为 φA、φB、φC。则，U·A =UAeIφA ，U·B = UBeIφB，U·C = UCeIφC。令 α = ei2π3 ，则有 UA电压零序分量 U·0 = 13 ( U·A + U·B + U·C )电压正序分量 U·1 = 13 ( U·A + αU·B + α2U·C )电压负序分量 U·2 = 13 ( U·A + α2U·B + αU·C )同理，电流的零序、正序、负序分量分别如下式所示:

电流零序分量 I·0 = 13 ( I·+ I·B + I·C )电流正序分量 I·1 = 13 ( I·A + αI·B + α2 I·C )电流负序分量 I·1 = 13 ( I·A + α2 I·B + αI·C )报表子程序实现的功能是把本设计中测量到的量以报表的形式打印出来。其包括电压电流量的幅值、电压幅值**误差、电压幅值相对误差、失真度、频率及三相有功功率、三相无功功率和三相功率因数以及电压电流波形［6］。报表子程序框图如图 4 所示。

3 结束语

本设计基于 LabVIEW 图形化的编程平台实现了继电保护测试交流电压源和电流源性能的测试与分析仪装置。系统采用霍尔电压电流传感器将三相电源信号采集并进行了信号的处理，实现了电压电流幅值、频率、失真度以及电压幅值测量的**误差和相对误差的计算和实时显示，并将结果形成报表为电网继电保护提供了实时的监测和保证。