基于LabVIEW的光伏逆變器性能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

采集的數(shù)據(jù)都是首先存在緩存中的，然后在每次發(fā)送FIFO 半滿或者全滿信號(hào)的時(shí)候才會(huì)傳到LabVIEW 主程序中。

因此，基于以上考慮，最后選擇的是主/從模式的基本結(jié)構(gòu)?；究蚣苋鐖D3 所示。

圖3 主從模式基本框架

2.2 信號(hào)采集模塊

為了保證采集數(shù)據(jù)的連續(xù)性及程序運(yùn)行的可靠性，采集部分的程序的運(yùn)行時(shí)間需較為精確，不至于產(chǎn)生時(shí)間上的累計(jì)誤差。循環(huán)時(shí)間間隔定為1s。

同時(shí)，為了所得數(shù)據(jù)的連續(xù)性，不能在循環(huán)體內(nèi)使用延時(shí)。因此為了保證循環(huán)體能夠按照精確時(shí)間間隔進(jìn)行循環(huán)，在循環(huán)體內(nèi)只保留采集的部分，將所有的設(shè)置移到循環(huán)體外。同時(shí)需要注意由于采集卡硬件的原因，采樣頻率并不能隨便選取，需要設(shè)定能被10M 所整除的采樣頻率，不然所設(shè)定的采樣頻率和真實(shí)的采樣頻率會(huì)有偏差，造成時(shí)間上的偏差。

主循環(huán)體內(nèi)程序如圖4 所示。主要的設(shè)置已經(jīng)放置在循環(huán)外，在圖中未顯示。這款采集卡使用的通信方式為事件，即當(dāng)FIFO 為半滿或全滿的時(shí)候向CPU 發(fā)送事件，CPU 響應(yīng)之后取出FIFO 的數(shù)據(jù)，然后開始下一輪的采集。

圖4 采集部分程序

最終運(yùn)行結(jié)果顯示，在較長時(shí)間里，主循環(huán)都能精確保證1000ms 的循環(huán)間隔。

2.3 數(shù)據(jù)分析模塊

逆變器輸出的波形質(zhì)量是對(duì)光伏逆變器性能評(píng)估的一個(gè)重要組成部分。對(duì)于光伏并網(wǎng)逆變器，輸出的波形質(zhì)量需要滿足一定的并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。

由于輸出的電壓是電網(wǎng)電壓，所以主要關(guān)注的是輸出并網(wǎng)電流的一些特性還有逆變器的效率。

首先是對(duì)并網(wǎng)電流的諧波分析。采用的方式一般為快速傅里葉變換( FFT) 。FFT 變換是DFT( 離散

傅里葉) 變換的快速算法。DFT 的公式為:

式中x( n) 是采樣值; N 是采樣點(diǎn)數(shù)。

使用FFT 變換的時(shí)候有三種固有的效應(yīng)會(huì)造成結(jié)果產(chǎn)生誤差，分別是頻譜混疊、柵欄與泄露效應(yīng)。

頻譜混疊主要是因?yàn)椴蓸宇l率太低，被采樣信號(hào)的最高頻率2 倍大于奈奎斯特頻率所產(chǎn)生的結(jié)果，在所得的頻譜中會(huì)產(chǎn)生假頻的成分，對(duì)于真實(shí)的信號(hào)成分造成影響，從而產(chǎn)生誤差。在實(shí)際中，我們選擇較高的采樣頻率，并且在信號(hào)輸入部分加入了信號(hào)調(diào)理部分即抗混疊濾波器，這樣可以有效減少頻譜混疊帶來的影響。

柵欄效應(yīng)產(chǎn)生的原因是由于得到的頻譜是離散化的，并非連續(xù)的。而相鄰兩個(gè)頻點(diǎn)的頻率間隔如下:

Δf = 1 /T ( 2)

式中T 為一次采集的時(shí)間。對(duì)于我們所選取的1s，則相鄰兩個(gè)頻點(diǎn)間的差為1Hz，即為所有的整數(shù)頻率點(diǎn)，但是在大多數(shù)時(shí)候我們所需要分析的頻率點(diǎn)并不是正好分布在這些離散的頻率點(diǎn)上的，而是在這些點(diǎn)之間，比如電網(wǎng)的頻率會(huì)在50Hz 附近波動(dòng)，從而無法觀測(cè)到真實(shí)頻點(diǎn)的能量。解決方法可以是加長采樣時(shí)間，但系統(tǒng)實(shí)時(shí)性降低，故一般采用的方法為特定的插值算法。

頻譜泄露的主要現(xiàn)象是由于采樣頻率并不是被測(cè)信號(hào)的整數(shù)倍的時(shí)候，則信號(hào)的能量會(huì)擴(kuò)散到整個(gè)頻譜上。產(chǎn)生原因是由于我們采樣的點(diǎn)數(shù)是有限的，DFT 變換會(huì)將隱性得將采樣點(diǎn)在整個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行延拓，如圖5 所示。當(dāng)采樣周期不是信號(hào)頻率的整數(shù)倍時(shí)，在延拓時(shí)的邊緣部分會(huì)產(chǎn)生階躍，這個(gè)階躍的頻譜是分布在整個(gè)頻譜上的。

圖5 DFT 變換中的周期延拓

因此可以得到非同步采樣是造成柵欄效應(yīng)和頻譜泄露的根本原因。本系統(tǒng)通過對(duì)采集得到的數(shù)據(jù)加窗來抑制頻譜泄露所造成的影響。

對(duì)于電能質(zhì)量分析，一般選用余弦窗函數(shù)。不同的窗函數(shù)的選擇原則一般為: 如果測(cè)試信號(hào)含有多個(gè)頻率分量，頻譜表現(xiàn)得十分復(fù)雜，且測(cè)試的目的更多關(guān)注頻率而非能量的大小。在這種情況下一般選擇主瓣較窄的窗函數(shù)，Hanning 窗是一個(gè)很好的選擇。如果測(cè)試目的更多關(guān)注某周期信號(hào)頻率點(diǎn)的能量值，那么其幅度的準(zhǔn)確性則更加的重要，可以選擇一個(gè)主瓣稍寬的窗，這種情況下flattop 窗是一個(gè)很好的選擇。