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基于同步数据采集卡的电能质量分析方案

2016-6-2 17:49:15 3085

0 `电能质量是指通过公用电网供给用户端的交流电能的质量。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时，在三相交流系统中，各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差120度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变，加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因，这种理想状态并不存在。因此，产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题，也就产生了电能质量的概念。根据现象可以定义为：导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差，其内容包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供电连续性等。对于电能质量分析，同步采集是一个首要条件，如果采用异步采集，通道间的采集时间差，会带来相位、功率等方面的误差。以三相四线的电能质量分析分例，需要分别采集三相的电压和三相的电流，以及零线电流。那么，就需要7个通道完成数据采集工作。星形连接的三相四线制大多数的电力系统的频率是50Hz（或60Hz），但是一些特殊应用环境，比如船用电源的频率是400Hz，更高会有用到800Hz频率的电源。对50Hz电源系统进行分析，一般采用6.4k至25.6k的采样率，以保证50次谐波分析的准确性。如果对400Hz或是800Hz的电源系统进行电能质量分析，会需要更高的采样率，即8倍或是16倍的采样率。对应的值为51.2k至204.8k或是102.4k至409.6k的采样率。通过以上的几个条件的限定，就可以选择出适用的采集卡，这里推荐使用的是USB-4000系列同步数据采集卡中的USB-4650。 USB-4000系列数据采集卡思迈科华（Smacq）的USB-4650有8个16-bit同步采集通道，最高采样率可以达到500kSa/s/ch，可以覆盖绝大多数的电能质量分析的应用。特殊应用如需要更高的采样率，可以使用USB-4600（采样率高达1MSa/s/ch）。如果需要同时进行更多路电能质量监测，可以使用USB-4652（拥有16个同步采集通道）。数据采集卡的模拟输入一般都是10V左右的小电压，因此需要将比较大电压和电流变换成可以直接输入到采集卡的电压信号。电压衰减方案很多，一种是使用差分探头进行电压衰减，差分探头将电压信号衰减50倍或是100倍，将强电信号衰减成适合采集卡采集的弱电信号，这里推荐使用DP6000系列差分探头。电流信号的变换可以使用电流传感器或是电流探头，电流探头可以使用CP8000系列电流探头。使用标准探头的好处是可以快速搭建起测试系统，提升效率。为降低成本，可采用传感器等方案。差分探头和电流探头硬件系统搭建好后，就要开始着手软件的相关工作，频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变（谐波）等等，这些功能都是需要软件工作才能实现的。下面是其中一部分软件功能的截图，基于提供例程和相关的技术支持可实现自定义功能的电能质量分析系统。三相四线电压、电流波形及电压矢量图三相电压谐波（50次）及总谐波失真电压波动与闪变功率（有用功、无用功、视在功率等）这套电能质量分析方案，采用USB接口的数据采集卡、标准的电压和电流探头，这些硬件的安装连接十分方便快捷；又由于是采用数据采集卡作为采集核心，软件功能可以根据需要任意调整，灵活度非常高。特别在需要计算输出效率的时候，通过传感器+采集卡可以得到输出物理功率，就可通过计算得出整体系统的有功效率和视在效率。详细内容参考：http://www.smacq.cn/solution/powerquality.html ` 0
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meashrimp · 2016-6-6 14:43:56 沙发像变频器的输出类似于方波的波形，谐波非常丰富，用这种方式分析优势非常大。

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