基于虛擬儀器測(cè)量電力信號(hào)相位差的實(shí)現(xiàn)

　　在電力系統(tǒng)中，常常需要對(duì)電壓及電流之間的相位差進(jìn)行測(cè)量，有時(shí)還需要測(cè)量三相電壓或三相電流之間的相位關(guān)系。例如，各發(fā)電廠和變電站中的主設(shè)備變壓器，對(duì)其套管的介損測(cè)量就需要測(cè)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(cè)量在電氣工程產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、電能計(jì)量、功率測(cè)定、無(wú)功補(bǔ)償?shù)确矫娴闹匾裕虼巳绾卧诩哟笾C波次數(shù)和提高頻率的情況下，提高相位差檢測(cè)的精度成了研究難點(diǎn)之一。目前測(cè)量相位差的方法很多，大致可分為電子模擬方法和軟件測(cè)量方法兩類(lèi)。傳統(tǒng)電子模擬式的相位差測(cè)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(hào)的影響，都會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生誤差，因此，傳統(tǒng)電子模擬式的相位差測(cè)量方法正逐漸被軟件測(cè)量方法所替代。利用軟件測(cè)量，著重點(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(hào)的影響，使測(cè)量結(jié)果更加精確［2］。

　　本文所研究的基于虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW的相位差測(cè)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(hào)中，測(cè)的嚴(yán)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(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

　　2.頻譜分析法測(cè)量電力信號(hào)相位差的原理

　　在以計(jì)算機(jī)為核心的虛擬測(cè)試儀器中，時(shí)域信號(hào) 在進(jìn)入計(jì)算機(jī)前先經(jīng)采樣器將連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間信號(hào)，而后再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡x散信號(hào)。設(shè)在周期函數(shù) 的一個(gè)周期內(nèi)有N個(gè)采樣點(diǎn)，且每?jī)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(duì)某相電壓、電流信號(hào)同時(shí)進(jìn)行采樣，再按照（1）式進(jìn)行計(jì)算，設(shè)：

　　如果以電流的相位為基準(zhǔn)，根據(jù)（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(jì)算出來(lái)。由于這一算法可以根據(jù)需要提取出所要求的頻率點(diǎn)的信號(hào)，因此具有良好的窄帶濾波器效應(yīng)，而疊加在采樣值上的絕大部分諧波和噪聲等雜散信號(hào)將被離散付里葉變換的窄帶濾波器效應(yīng)濾去。

3.頻譜分析法測(cè)量電力信號(hào)相位差的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　基于虛擬儀器的頻譜分析法測(cè)量電力信號(hào)相位差的程序流程大體可分為：先對(duì)電壓信號(hào) 和電流信號(hào) 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(hào)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：