基于LabVIEW的光伏逆變器性能監(jiān)測系統(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 半滿或者全滿信號的時候才會傳到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 信號采集模塊

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

同時，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。因此為了保證循環(huán)體能夠按照精確時間間隔進(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的采樣頻率會有偏差，造成時間上的偏差。

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

最終運行結(jié)果顯示，在較長時間里，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)量是對光伏逆變器性能評估的一個重要組成部分。對于光伏并網(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 是采樣點數(shù)。

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

頻譜混疊主要是因為采樣頻率太低，被采樣信號的最高頻率2 倍大于奈奎斯特頻率所產(chǎn)生的結(jié)果，在所得的頻譜中會產(chǎn)生假頻的成分，對于真實的信號成分造成影響，從而產(chǎn)生誤差。在實際中，我們選擇較高的采樣頻率，并且在信號輸入部分加入了信號調(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。而相鄰兩個頻點的頻率間隔如下:

Δf = 1 /T ( 2)

式中T 為一次采集的時間。對于我們所選取的1s，則相鄰兩個頻點間的差為1Hz，即為所有的整數(shù)頻率點，但是在大多數(shù)時候我們所需要分析的頻率點并不是正好分布在這些離散的頻率點上的，而是在這些點之間，比如電網(wǎng)的頻率會在50Hz 附近波動，從而無法觀測到真實頻點的能量。解決方法可以是加長采樣時間，但系統(tǒng)實時性降低，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信號的整數(shù)倍的時候，則信號的能量會擴(kuò)散到整個頻譜上。產(chǎn)生原因是由于我們采樣的點數(shù)是有限的，DFT 變換會將隱性得將采樣點在整個周期內(nèi)進(jìn)行延拓，如圖5 所示。當(dāng)采樣周期不是信號頻率的整數(shù)倍時，在延拓時的邊緣部分會產(chǎn)生階躍，這個階躍的頻譜是分布在整個頻譜上的。

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: 如果測試信號含有多個頻率分量，頻譜表現(xiàn)得十分復(fù)雜，且測試的目的更多關(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 窗是一個很好的選擇。如果測試目的更多關(guān)注某周期信號頻率點的能量值，那么其幅度的準(zhǔn)確性則更加的重要，可以選擇一個主瓣稍寬的窗，這種情況下flattop 窗是一個很好的選擇。