[发明专利]一种基于虚拟仪器的功率因数实时监测方法

摘要

本发明公开了一种基于虚拟仪器的功率因数实时监测方法，利用虚拟仪器功率因数实时监测系统中的信号处理板（1）检测电信号，经数据采集卡（2）进入计算机（3）波形采集模块（4），求得电信号幅值后进入有效值计算模块（5）和积分模块（6）；电信号有效值进入乘法模块（7）求取视在功率；积分模块（6）求取有功功率；积分模块（6）和乘法模块（7）的输出进入除法模块（8），求取功率因数。本方法将计算机的处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，功能强大、容易扩展，有效应对电量波形畸变的问题。

主权项

1.一种基于虚拟仪器的功率因数实时监测方法，其特征在于本方法的具体步骤为：第一步 搭建虚拟仪器功率因数实时监测系统虚拟仪器功率因数实时监测系统，包括：信号处理板（1）、数据采集卡（2）、计算机（3）、波形采集模块（4）、有效值计算模块（5）、积分模块（6）、乘法模块（7）和除法模块（8）；信号处理板（1）与数据采集卡（2）导线连接，数据采集卡（2）与计算机（3）通过数据线连接；所有模块置于计算机（3）内，波形采集模块（4）用于求得电压、电流的幅值；有效值计算模块（5）用于求取电压、电流的有效值；积分模块（6）用于求取在一定时间内电压、电流的积分值即有功功率；乘法模块（7）用于求取电压、电流有效值的乘积即视在功率；除法模块（8）用于求取有功功率与视在功率的商即功率因数；第二步  数据采集卡（2）获取采样频率数据采集卡（2）采集电压、电流信号，根据奈圭斯特采样定理,采样频率fs不小于被测频率最大值fmax的2倍,在工程应用中取6～10倍；因此数据采集卡（2）的采样频率满足:fs≥6～10fmax；电量波形畸变时，电量波形中含有多次谐波,如3次、5次、…,只需考虑19次以下谐波分量, 19次以上的分量很小,忽略不计；因此数据采集卡（2）的采样频率，fs≥6～10fmax=（6～10）×19f1，f1为基频；则一个工频周期内的采样点数N=fs/f1≥114～190,此时的采样率为fs=114～190f1；这样数据采集卡（2）的采样频率就会随着信号频率f1的波动,跟踪变化；第三步  积分模块（6）计算有功功率电压、电流信号经过数据采集卡（2）后成为离散化数据，数据采集卡（2）采集到的电压、电流数据进入波形采集模块（4）后，得到电压、电流的幅值信息；电压、电流信号的幅值进入积分模块（6），积分模块（6）采用公式（1）算法求得在一段时间内的瞬时功率的和，即有功功率；有功功率计算依据公式： n=0、1、…、N-1             （1）式中，P为有功功率，N为采样点数，u(n)为离散化的电压值，i(n)为离散化的电流值；第四步  乘法模块（7）计算视在功率采取变采样率的方法采集到的电压、电流数据反映电压、电流波形的畸变情况；电压、电流有效值依据公式：，（2）利用有效值计算模块（5）求得，依据视在功率计算公式： （3）式中，S为视在功率，Urms为单相电压有效值，Irms为单相电流有效值；利用乘法模块（7），即可求得视在功率；第五步 除法模块（8）计算功率因数在交流电路中，电压与电流之间的相位差()的余弦叫做功率因数，用符号表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值：（4）公式（4）中，为功率因数，P为有功功率，S为有功功率；将已计算出的有功功率和视在功率输入到除法模块（8），即可求得功率因数；至此，完成基于虚拟仪器的功率因数实时监测方法。