基于虛擬儀器測量電力信號相位差的實(shí)現

　　在電力系統中，常常需要對電壓及電流之間的相位差進(jìn)行測量，有時(shí)還需要測量三相電壓或三相電流之間的相位關(guān)系。例如，各發(fā)電廠(chǎng)和變電站中的主設備變壓器，對其套管的介損測量就需要測量工作電壓與套管的泄漏電流之間的相位關(guān)系［1］。鑒于相位差測量在電氣工程產(chǎn)品質(zhì)量檢驗、電能計量、功率測定、無(wú)功補償等方面的重要性，因此如何在加大諧波次數和提高頻率的情況下，提高相位差檢測的精度成了研究難點(diǎn)之一。目前測量相位差的方法很多，大致可分為電子模擬方法和軟件測量方法兩類(lèi)。傳統電子模擬式的相位差測量一般采用乘法器法、二極管鑒相法和可變延遲線(xiàn)法等，由硬件電路完成。由于電路的溫漂、噪聲及干擾信號的影響，都會(huì )導致測量結果產(chǎn)生誤差，因此，傳統電子模擬式的相位差測量方法正逐漸被軟件測量方法所替代。利用軟件測量，著(zhù)重點(diǎn)在軟件算法，通過(guò)軟件算法來(lái)消除溫漂、噪聲及干擾信號的影響，使測量結果更加精確［2］。

　　本文所研究的基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW的相位差測量新算法——頻譜分析法可以從已失真的、具有多次諧波和噪聲的工頻電壓和電流信號中，測的嚴格意義上的工頻電壓和工頻電流之間的相位差，并且具有測量結果準確度高，抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.頻譜分析法測量電力信號相位差的原理

　　在以計算機為核心的虛擬測試儀器中，時(shí)域信號 在進(jìn)入計算機前先經(jīng)采樣器將連續信號變?yōu)殡x散時(shí)間信號，而后再經(jīng)A/D轉換器變?yōu)殡x散信號。設在周期函數 的一個(gè)周期內有N個(gè)采樣點(diǎn)，且每?jì)蓚€(gè)采樣點(diǎn)間的時(shí)間相同，則由離散付里葉正變換求得的基波分量的頻譜為：

　　顯然，基波的相位為：

　　若對某相電壓、電流信號同時(shí)進(jìn)行采樣，再按照（1）式進(jìn)行計算，設：

　　如果以電流的相位為基準，根據（3）式和（4）式可求得電壓與電流之間的相位差為：

　　由此可見(jiàn)，只要獲得某相電壓、電流的采樣值，就可以通過(guò)這些采樣值按照式（1）～式（5）將隱含在這組采樣值中的相位信息計算出來(lái)。由于這一算法可以根據需要提取出所要求的頻率點(diǎn)的信號，因此具有良好的窄帶濾波器效應，而疊加在采樣值上的絕大部分諧波和噪聲等雜散信號將被離散付里葉變換的窄帶濾波器效應濾去。

3.頻譜分析法測量電力信號相位差的軟件設計和實(shí)現

　　基于虛擬儀器的頻譜分析法測量電力信號相位差的程序流程大體可分為：先對電壓信號 和電流信號 同時(shí)進(jìn)行采樣，由此得到時(shí)間系列 和 ，再分別求出各自信號的基波分量，最后通過(guò)式（5）可求得 和 的相位差。程序流程如圖1所示：