基于MATLAB的交流电参数测量.doc

黑龙江大学本科生毕业论文（设计）档案编码：jx21-045-071201-20062297学院：电子工程学院专业：电子信息科学与技术年级：2006学生姓名：怀红旭毕业论文题目: 基于MATLAB的交流电参数测量指导教师：蓝润泽装订日期： 2010 年 05 月 22日备注栏摘要交流电参数一直是衡量交流电质量的一些基本的参数，该参数的测量方法也是电能测量中的经常采用的方法。MATLAB因为运算精度高，因此通常作为研究各算法精度的数学工具。本课题主要研究了基于MATLAB的电参数的测量方法，其中包括测量三相交流电的电压、电流、有功功率、无功功率等参数。本文主要使用matlab作为基本的算法工具，用编程的方法先后模拟产生了三相交流电压和交流电流的原始采样序列，使用离散算法进行了电压和电流的有效值计算，使用电压和电流的采样序列进行了瞬时有功功率和瞬时无功功率的计算。此外还使用计算得出的有功功率和无功功率进行了功率因数的计算。本文还充分利用了matlab便于显示曲线的特点，在通过计算测得各参数后，将原始信号和变换后的参数直观的用曲线显示出来。该方法不仅可以用于该算法的仿真，还可以作为如电压电流之间在测量中产生角差和或者幅值产生失真等时候算法误差的精度验证， 因此具有一定的应用价值。关键字MATLAB；交流电参数；三相电路AbstractThis topic main research based on MATLAB electrical parameter system design, main function including electric current, voltage, power factor, active power, reactive power and so on survey in view of ordinary electrical parameter examination method examination precision low, erroneous big shortcoming, has replaced in the traditional instrument massive hardware by the software, many kinds of survey function collection in a body, may survey with a computer electric current parameters and so on voltage real effective value, active power, power factor rate.Using MATLAB system compilation exchange electrical parameter computational procedure, and has made the examination error analysis.The computed result indicated that, this method can enhance the examination parameter effectively the precision.This method has the widespread application prospect.KeywordsMATLAB; ac parameters; three-phase circuit II目录摘要IAbstractII第1章 引 言11.1 电参数测量的研究背景及其意义11.2 电参数测量的国内外研究动态11.2.1 国内外电参数测量系统的发展11.3 课题研究的目标及其任务21.4 本文的结构安排2第2章 交流电参数测量42.1 三相交流电路42.2 三相交流电参数测量42.3 三表法测量电路元件参数5第3章 MATLAB概述73.1 MATLAB简介73.2 MATLAB仿真程序设计83 函数文件9第4章 基于MATLAB的交流电参数测量114.1 硬件同步法采样测量原理114.2 计算公式114.3 程序设计13结 论25参考文献26致 谢28基于MATLAB的交流电参数测量第1章 引 言1.1 电参数测量的研究背景及其意义在工业生产和日常生活中，电力对社会和个人有着密切的关系和重要的意义。但随着近年来电力电子技术的迅速发展，在化工、冶金、电力传送、电气化铁道等行业，以及家用电器中非线性负荷的使用日渐增多，特别是一些大功率整流设备和电弧炉的大量应用，导致在电力系统中产生大量谐波，并引起电压、电流波形发生畸变17中的畸变、电力谐波1等不仅会严重危害供用电设备和电气仪表，影响电能计量设备不能准确地反映电力系统运行的真实情况，同时也会对电力系统本身造成不良影响和危害，使供电质量不断下降，损害电力用户的利益。因此，深入、系统地研究畸变、谐波对电能表和电能计量的影响具有十分重要的意义。我们只有对电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等电参数有准确、快速的检测和监控，才可以及时掌握供电线路和设备运行状态，发现电网中的故障或隐患，也才能够更好地了解在畸变和谐波环境中电能计量装置和其他电力设备的运行状况，保证电网平稳经济地运行。因此，研制一种多功能的便携式的电参数测量系统具有非常重要的意义，它需要对如电压、电流、功率、功率因数等电参数进行实时测量。1.2 电参数测量的国内外研究动态1.2.1 国内外电参数测量系统的发展目前，国外微机化电参数18仪器的技术已经比较成熟。而数字信号处理、大规模集成电路、计算机领域中的虚拟仪器等几项新兴技术的引入，推动着微机化电力参数测量仪器向着更高的水平发展。1)广泛用于通信、语音和图像处理等领域的数字信号处理器和各种数字信号处理算法在微机化电力参数测量仪表中的应用，进一步增强了仪器的数据处理能力，使得实时的电网多相电量高精度测量、谐波分析等功能的实现成为可能12J3例如，美国FLUKE公司推出的基于DSP技术的多功能功率分析仪可以根据用户自定义的公式完成功率分析。2)基于专用集成电路(ASlC)、片上系统(System 0n Chip，SOC)、混合信号等技术的电量测量专用芯片的应用使得电测仪器的设计更加方便快捷、体积更小且性能更高。近两年来，随着数字信号处理器的广泛应用和多种单、三相电能专用集成电路芯片的成功开发，将电能表检测校验仪的发展推向了高潮。美国ADI(模拟器件)公司提供的一种校验仪方案，采用“DSP+MCU+高精度ADC”的解决方案，在不减少功能的前提下，缩小了体积、功耗，可靠性明显提高。同时，若增加具有扩展功能的外围辅助电路，并采用相应的软件，便可满足客户的特定功能需求，灵活性大大提高。在国内，近几年来数字信号处理器(DSP)芯片以其强大的数字运算能力被越来越多地用于电力信号的检测。但由于一般的数字信号处理器芯片的控制功能不如单片机(MCU)，大多数电力参数测量系统都采用单片机和数字信号处理器芯片相结合的双CPU结构。测量系统的硬件结构主要由主CPU(微控制器MCU)、从CPU(数字信号处理器DSP)、模数转换电路、数据存储、通讯电路和控制输出电路组成4MCU是测量系统的核心，完成系统配置和管理、人机交互、数据通信及DSP的控制。DSP芯片接收数据采集电路送来的数字信号，对其进行计算，完成各种算法，以实现功率因数、频率、谐波及各项电能指标的计算和分析，并将结果送回主CPU进行显示，或者通过测量系统的通讯接口传输至上一级系统，以完成更为强大的数据处理和分析功能。操作系统之上进行软件系统的设计开发，使用自制的或者开源的人机界面软件套件。1.3 课题研究的目标及其任务本论文设计实现了一种新型的基于MATLAB的高准确度电参数测量系统。整个测量系统分为两个模块：数据采集模块和系统主控模块。并实现具有对数据采集模块的操作控制、数据显示和管理测量数据的功能。本论文提出了整个测量系统的总体设计，设计和实现了系统中数据采集模块的软件，也完成了在开发板上的系统主控模块的软件开发。本测量系统的软硬件平台具有方便的可扩展能力，和强大的运算处理能力，能够达到较高测量精度。如果在其硬件和软件的基础上扩展不同的功能，则可以完成诸如电能表校验、电能质量监测等任务。此测量系统可以作为对电力系统中电网信号分析和电能表校验的一个便携式通用平台。1.4 本文的结构安排论文共分为五章：第一章：主要介绍了课题研究的背景和意义，以及电参数测量系统的国内外发展现状，也对电参数测量算法进行了简单的介绍。最后提出了本课题的主要研究内容和需要完成的性能指标。第二章：为了增加测量系统的可扩展性，本论文将整个系统划分为两个功能模块：三相电路模块和MATLAB制作程序模块。本章介绍三相电路的基本知识。第三章：介绍MATLAB的基本知识。第四章：详细介绍了利用MATLAB和程序流程图完成点参数的测量程序。第五章：总结了本文所做的工作，并对后续工作提出了展望。第2章 交流电参数测量2.1 三相交流电路由三相交流电源供电的电路。简称三相电路。三相交流电源指能够提供3个频率相同而相位不同的电压或电流的电源，最常用的是三相交流发电机。三相发电机的各相电压的相位互差120。它们之间各相电压超前或滞后的次序称为相序。三相电动机在正序电压供电时正转，改为负序电压供电时则反转。因此，使用三相电源时必须注意其相序。一些需要正反转的生产设备可通过改变供电相序来控制三相电动机的正反转。三相电源连接方式 常用的有星形连接(即Y形)和三角形连接(即形)。从电源的3个始端引出的三条线称为端线(俗称火线）。任意两根端线之间的电压称为线电压。星形连接时线电压为相电压的根号3倍；3个线电压间的相位差仍为120，它们比3个相电压各超前30。星形连接有一个公共点，称为中性点。三角形连接时线电压与相电压相等，且3个电源形成一个回路，只有三相电源对称且连接正确时，电源内部才没有环流。三相负载 按三相阻抗是否相等分为对称三相负载和不对称三相负载。三相电动机、三相电炉等属前者；一些由单相电工设备接成的三相负载(如生活用电及照明用电负载)，通常是取一条端线和由中性点引出的中线(俗称地线)供给一相用户，取另一端线和中线给另一相用户。这类接法三条端线上负载不可能完全相等，属不对称三相负载。三相负载的连接方式也有星形与三角形之分。2.2 三相交流电参数测量在负载对称三相电路中，负载作星形(Y)联接(即各相尾部相联)时，其线电压Ul是相电压UP的 倍，且线电压超前相电压30，线电流Il等于相电流IP。负载作三角形()联接(即各相间首尾相联)时，其线电流Il是相电流IP的 倍，且线电流滞后相电流306负载不对称的星形联接的低压三相电路一般都采用三相四线制。因为如果不接中线，则由于中性点的位移造成各相负载的额定电压得不到保证 ，会使负载不能正常工作，甚至遭受损坏。接中线可以保证各相负载获得额定电压且互不影响。三相四线制负载对称的电路采用一表法测量，功率表测出任一相的功率，乘三即得三相负载的总功率。而负载不对称电路则用三表法测量，三只功率表测出各相功率相加即得三相负载的总功率三相三线制电路采用两表法测量。两只功率表读数之和等于三相负载的总功率。三相电源的相序的判定。在实际应用时可用专门的相序仪测定，也可以通过一个电容与两个灯泡组成不对称三相三线星形联接电路来进行相序测定。由于电路为不对称负载，导致负载中性点发生位移，造成某两相负载工作电压较大地偏离额定电压。假设指定电容所在的电源相为u1相，则灯较亮的电源相为u2相，灯较暗的电源相为u3相。相电路的瞬时功率(见交流电路中的功率)等于各相瞬时功率之和。即PPAPBPC 2-1式中下标分别表示各相。对于对称电路，此时UAUBUCUP，式中UP、IP、U、I分别是相电压、相电流、线电压和线电流的有效值。对称三相电路的平均功率与其瞬时功率相等。其无功功率为UIsin，视在功率为。对称三相电路的瞬时功率为常量，因此，正常运行时带动三相发电机的原动机所受的反力矩和三相电动机的输出转矩都是平稳的2.3 三表法测量电路元件参数测量瞬时功率16有功功率反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。(1) 三表法对三相四线制电路，可以用三个功率表测量平均频率。若负载对称，则只需一个表，读数乘以 3 即可。 (2) 二表法对三相三线制电路，可以用两个功率表测量平均频率。测量线路的接法是将两个功率表的电流线圈串到任意两相中，电压线圈的同名端接到其电流线圈所串的线上，电压线圈的非同名端接到另一相没有串功率表的线上。这种方法称为两瓦计法。 两瓦计法中若 W1 的读数为 P1 , W2 的读数为 P2 ，可以证明三相总功率为： P = P1 + P2 2-3 注意： 1） 只有在三相三线制条件下，才能用二瓦计法，且不论负载对称与否； 2） 两块表读数的代数和为三相总功率，每块表单独的读数无意义； 3） 按正确极性接线时，二表中可能有一个表的读数为负，此时功率表指针反转，将其电流线圈极性反接后，指针指向正数，但此时读数应记为负值；第3章 MATLAB概述3.1 MATLAB简介1编程效率高它是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许用数学形式的语言编写程序，且比Basic、Fortran和C等语言更加接近我们书写计算公式的思维方式，用Matlab编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。因此，Matlab语言也可通俗地称为演算纸式科学算法语言由于它编写简单，所以编程效率高，易学易懂。2用户使用方便Matlab语言是一种解释执行的语言（在没被专门的工具编译之前），它灵活、方便，其调试程序手段丰富，调试速度快，需要学习时间少。人们用任何一种语言编写程序和调试程序一般都要经过四个步骤：编辑、编译、连接以及执行和调试。各个步骤之间是顺序关系，编程的过程就是在它们之间作瀑布型的循环。Matlab语言与其它语言相比，较好地解决了上述问题，把编辑、编译、连接和执行融为一体。它能在同一画面上进行灵活操作快速排除输入程序中的书写错误、语法错误以至语意错误，从而加快了用户编写、修改和调试程序的速度，可以说在编程和调试过程中它是一种比VB还要简单的语言。具体地说，Matlab运行时，如直接在命令行输入Mailab语句（命令），包括调用M文件的语句，每输入一条语句，就立即对其进行处理，完成绩译、连接和运行的全过程。又如，将Matlab源程序编辑为M文件，由于Mat1ab磁盘文件也是M文件，所以编辑后的源文件就可直接运行，而不需进行编译和连接。在运行M文件时，如果有错，计算机屏幕上会给出详细的出锗信息，用户经修改后再执行，直到正确为止。所以可以说，Mat1ab语言不仅是一种语言，广义上讲是一种该语言开发系统，即语言调试系统。3扩充能力强 高版本的Matlab语言有丰富的库函数，在进行复杂的数学运算时可以直接调用，而且Matlab的库函数同用户文件在形成上一样，所以用户文件也可作为Matlab的库函数来调用。因而，用户可以根据自己的需要方便地建立和扩充新的库函数，以便提高Matlab使用效率和扩充它的功能。另外，为了充分利用Fortran、C等语言的资源，包括用户已编好的Fortran，C语言程序，通过建立Me调文件的形式，混合编程，方便地调用有关的Fortran，C语言的子程序。4语句简单，内涵丰富Mat1ab语言中最基本最重要的成分是函数，其一般形式为a，6，c = fun（d，e，f，），即一个函数由函数名，输入变量d，e，f,和输出变量a，b，c组成，同一函数名F，不同数目的输入变量（包括无输入变量）及不同数目的输出变量，代表着不同的含义（有点像面向对象中的多态性。这不仅使Matlab的库函数功能更丰富，而大大减少了需要的磁盘空间，使得Matlab编写的M文件简单、短小而高效。5高效方便的矩阵和数组运算Matlab语言象Basic、Fortran和C语言一样规定了矩阵的算术运算符、关系运算符、逻辑运算符、条件运算符及赋值运算符，而且这些运算符大部分可以毫无改变地照搬到数组间的运算，有些如算术运算符只要增加“”就可用于数组间的运算，另外，它不需定义数组的维数，并给出矩阵函数、特殊矩阵专门的库函数，使之在求解诸如信号处理、建模、系统识别、控制、优化等领域的问题时，显得大为简捷、高效、方便，这是其它高级语言所不能比拟的。在此基础上，高版本的Matlab已逐步扩展到科学及工程计算的其它领域。因此，不久的将来，它一定能名符其实地成为“万能演算纸式的”科学算法语言。6方便的绘图功能Matlab的绘图是十分方便的，它有一系列绘图函数（命令），例如线性坐标、所以两个功率表的读数的代数和就是三相总功率。由于联接负载可以变为 Y 型联接对数坐标，半对数坐标及极坐标，均只需调用不同的绘图函数（命令），在图上标出图题、XY轴标注，格（栅）绘制也只需调用相应的命令，简单易行。另外，在调用绘图函数时调整自变量可绘出不变颜色的点、线、复线或多重线。这种为科学研究着想的设计是通用的编程语言所不及的。3.2 MATLAB仿真程序设计1命令文件14 15用MATLAB语言编写的程序，称为M文件。M文件可以根据调用方式的不同分为两类：命令文件(Script File)和函数文件(Function File)。2控制结构14 15一：顺序结构：顺序结构程序按顺序执行，没有分支或跳越；程序中每个语句执行一次，没有重复。顺序结构功能单一，常用于赋值和显示输出，需用到input（键盘输入）函数和disp（命令窗口输出）函数。二：选择结构： 三：循环结构：循环(loop)是一种matlab 结构，它允许我们多次执行一系列的语句。循环结构有两种基本形式:while 循环和for 循环。两者之间的最大不同在于代码的重复是如何控制的。在while 循环中，代码的重复的次数是不能确定的，只要满足用户定义的条件，重复就进行下去。相对地，在for 循环中，代码的重复次数是确定的，在循环开始之前，我们就知道代码重复的次数了。3 函数文件14 15MATLAB的M函数是由function语句引导的，其基本格式如下Function【返回变量列表】=函数名注释说明语句段，由%引导输入，返回变量格式的检测函数体语句每一个函数文件可以包含多个函数。在函数未见中第一行定义的函数为主函数，当调用文件名时，就调用主函数。在函数文件中，除了第一行定义的函数外，其余的函数均为子函数。4 结构数组14 15用赋值语句定义结构时，只要给出结构的属性赋值，MATLAB就会自动把该属性增加到结构中。在命令窗口中键入结构名，显示该元素所有属性的属性特征值。利用struct也可以方便的建立结构数组，其格式为结构数组名=struct（属性1，属性1值，属性2，属性2值）。5 Simulink结合M文件编程仿真14 15Simulink的图形建模方式能够给用户提供强大的功能与友好的使用界面，使用户可以完成大部分的动态系统的仿真分析工作。但在分析一些系统在不同参数情况下的性能、在对系统进行调参以满足特定要求或分析系统在不同的输入信号作用下的响应时，单纯使用Simulink的图形建模方式是非常不方便的。使用命令行方式，编写并运行系统仿真的M文件对动态系统进行仿真，用户可以很容易的做到： 1) 能够自动重复地运行仿真； 2) 在仿真过程中可以动态地调整参数； 3) 可以方便地分析不同输入信号作用下系统的响应。第4章 基于MATLAB的交流电参数测量4.1 硬件同步法采样测量原理交流电参数的测量主要有模拟电路测量法和数字采样测量法2大类。当对有限带宽的周期信号f(t)采样后的截断长度并不正好是信号周期的整数倍，即所采集的N个等间隔的时域样本点不正好落在M个被侧信号的整个周期内，这时将有泄露效应。同步采样的具体作法是将信号的一个整周期(或多个周期)进行均匀离散,在每一离散点处取其瞬时值。如被测信号频率有偏移,常利用锁相环电路或过零检测环节以保证采样同步。同步采样对采样速率 N 及采样周期的选择既要满足采样定理的要求，又要满足实时处理的要求。同步采样中由于 N 次均匀采样间隔 h 之和很难与一个周期 T 或 m 个周期 mT严格相等，它们之间的差异 dhNmT，称作同步误差10在实际测量中，很小的同步误差也会产生较大的测量误差。为了减小同步误差对采样的限制，准同步采样的方法便应运而生204.2 计算公式1)电压、电流有效值算法5 7 8 9基于模拟算法的电流有效值，定义为： 4-1T为周期，i(t)是T时刻电流的瞬时值。设每一工频周期内同步采样次数为N，则基于离散数值算法的电流有效值的计算公式为： 4-2k为采样序列顺序号，i(k)为k时刻电流瞬时值，为采样间隔，以下定义相同。为了便于观察或读取数据，一般需要l3秒的显示数据刷新周期，因此，为了使测量数据尽可能真实地反映该数据刷新周期时间段内的实际电流有效值，需要对m供电周期采样数据进行平滑滤波。平滑滤波后的电流有效值，的离散数值计算公式为： 4-3在电工理论中对周期电压U的有效值定义类似于电流，的定义： 4-4T为周期，u(t)是f时刻电压的瞬时值。则基于离散数值算法的电压有效值的计算公式为： 4-5平滑滤波后的电压有效值的离散数值计算公式为： 4-62)有功功率和视在功率算法11令电路两端所加电压, 流过电路的电流为,令t时刻的瞬时功率为p(t),(t-T/4) 刻的瞬时功率为p(t-T/4)将前两式相加，得到：整理后得到基于两点瞬时功率的平均功率表达式：根据上式，可以得到离散值表示的k时刻平均功率及m点平滑后的平均功率表达式如下： 4-7 4-8式中u(k-N/4),i(k-N/4)分别表示采样序列中(k-N/4)时刻的电压及电流瞬时值，该采样数据恰好为当前采样时刻k前的数据。平均有功功率所需的数据量最少，对平均功率变化的响应也最快。视在功率的定义为：S=UI3)无功功率、视在功率算法19无功功率Q的定义为：Q=UIsin根据三角函数性质，将上式变换为：与有功功率的推导类似，可以得出t时刻平均无功功率及m点平滑后的平均无功功率计算表达式如下： 4-94）功率因数算法 4-104.3 程序设计 1.电压处理模块 电压有效值公式 4-11离散化，以一个周期内有限个采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的电压函数值，则 4-12式4-11中：为相邻两次采样的时间间隔；为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N为1个周期的采样点数。若相邻两采样的时间间隔相等，即为常数，考虑到N=(T/)+1，则有 4-13式4-12就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式2电流处理模块同电压计算方法一样，我们可以得到电流有效值的公式 4-143主程序模块主主程序首先对变量进行初始化，然后产生原始信量，通过原始信量计算瞬时功率测量和电压电流有效值和功率因数。程序流程图：变量初始化主程序入口原始信息量产生瞬时功率测量电流有效值计算功率因数计算延时恢复图4-1 主程序流程图1. 变量初始化12定义“变换时间长度Tlong =0.02”，“每周波采样点数SampNum = 48”“每秒采样点数SampPoint = 50*SampNum”“横轴长度t = (1/SampPoint):(1/SampPoint):Tlong”“总计算点数Point = SampPoint*Tlong”和“电压超前电流角度angle = -30”。注意：显示长度不能超过变换长度.Y变量初始化入口变换时间长度设置每周波采样点数设置每秒采样点数设置横轴长度设置总计算点数设置电压超前电流角度显示时间长度显示长度是否超过变换长度显示点数结束N图4-2 采样流程图部分程序如下： grid on Tlong =0.02; SampNum = 48; SampPoint = 50*SampNum; t = (1/SampPoint):(1/SampPoint):Tlong; Point = SampPoint*Tlong; angle = -30; Disp_Tlong = 0.1; if Disp_Tlong = Tlong Disp_Tlong =Tlong; EndDisp_Num = Disp_Tlong*50*SampNum; 2. 原始信量产生，相电压相电流的计算产生原始电压和电流计算电压电流入口绘制原始三相电压曲线绘制原始三相电流曲线计算相电压电流点是否滞后N/4无功电流有功电流YN结 束结 束图4-3 相电压相电流的计算流程图为实现MATLAB仿真我们需要对三相电源进行假设，首先对电压源设定其大小频率和相位等信息13设定UA = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t ); UB = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t -2*pi/3); UC = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t +2*pi/3)，显然我们设定的是一个正常工作下的三相电压，与之对应的电流：IA = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t+angle*pi/180); IB = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t -2*pi/3 +angle*pi/180); IC = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t +2*pi/3 +angle*pi/180); 这些都是我们设定的，是理想状态下的，在现实中会存在一定的偏差。在对原始信量设定后我们先求计算相电压 （UAB=UA-UB；UCB=UC-UB） 。 通过原始三相电压信号曲线和原始三相电流曲线计算三相电压和三相电流，应注意的是形成滞后N/4点的电流,为计算无功。用Disp函数输入，用UAB=UA-UB; UCB=UC-UB计算相电压。相电压相电流的计算程序如下： UA = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t ); UB = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t -2*pi/3); UC = 57.74*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t +2*pi/3); IA = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t +angle*pi/180); IB = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t -2*pi/3 +angle*pi/180); IC = 5*sqrt(2)*sin(50*2*pi*t +2*pi/3 +angle*pi/180); figure(1) subplot(2,1,1); plot(t(1:Disp_Num),UA(1:Disp_Num),y,t(1:Disp_Num),UB(1:Disp_Num),g,t(1:Disp_Num),UC(1:Disp_Num),r); title(原始三相电压信号曲线); xlabel(秒(S); ylabel(U); subplot(2,1,2);% plot(t(1:Disp_Num),IA(1:Disp_Num),y,t(1:Disp_Num),IB(1:Disp_Num),g,t(1:Disp_Num),IC(1:Disp_Num),r); title(原始三相电流信号曲线); xlabel(秒(S); ylabel(I); UAB=UA-UB; UCB=UC-UB; 检测电路检测负载电流中所含的谐波电流ih和无功电流iq，并以其作为补偿器的参考信号，使有源补偿器输出ipihiq用于补偿负载中的基波无功电流和高次谐波电流，则仅提供基波有功电流is。有源补偿器提供的ih和iq均为无功电流 figure(2) for i=1:Point if ( i = ( Point-SampNum/4) ) IA3(i) = IA(i+SampNum/4); IB3(i) = IB(i+SampNum/4); IC3(i) = IC(i+SampNum/4); else IA3(i) = IA(i+SampNum/4-Point); IB3(i) = IB(i+SampNum/4-Point); IC3(i) = IC(i+SampNum/4-Point); endend3. 瞬时功率测量-三表法利用公式计算平均有功功率和平均无功功率， ; P,Q为平均有功功率和平均无功功率，用以下程序计算平均有功和无功功率：Pi=UA.*IA+UB.*IB+UC.*IC; Qi=UA.*IA3+UB.*IB3+UC.*IC3; P=0; Q=0; for i=1:length(t) P = P + Pi(i); Q = Q + Qi(i); end P= P/length(t);%平均有功功率Q= Q/length(t); 平均无功功率之后用二表法绘制瞬时有功功率和瞬时无功功率的曲线瞬时功率测量入口取用相电流和相电压值计算平均有功功率计算平均无功功率绘制瞬时有功功率曲线绘制瞬时无功功率曲线结 束图4-4 瞬时功率流程图Pi=UA.*IA+UB.*IB+UC.*IC; Qi=UA.*IA3+UB.*IB3+UC.*IC3; P=0; Q=0; for i=1:length(t) P = P + Pi(i); Q = Q + Qi(i); end P= P/length(t); Q= Q/length(t); subplot(2,1,1); plot(t(1:Disp_Num),Pi(1:Disp_Num),r); title(二表法瞬时有功功率曲线); xlabel(秒(S); ylabel(W); subplot(2,1,2); plot(t(1:Disp_Num),Qi(1:Disp_Num),k); title(二表法瞬时无功功率曲线); xlabel(秒(S); ylabel(Var);电压电流有效值计算前面已经测量出相电压和相电流，需要输出相电压和相电流的有效值,利用公式计算得出有效值。U= sqrt(Am_UA/length(t)；I= sqrt(Am_IA/length(t)由“U2U_A = UA.*UA;U2U_B = UB.*UB;U2U_C = UC.*UC;I2I_A = IA.*IA； I2I_B = IB.*IBI2I_C = IC.*IC;U2U_AB = UAB.*UAB；U2U_CB = UCB.*UCB;Am_UA = 0;Am_UB = 0;Am_UC = 0; Am_IA = 0; Am_IB = 0; Am_IC = 0; Am_UAB = 0;Am_UCB = 0”;和“Am_UA = Am_UA + U2U_A(i); Am_UB = Am_UB + U2U_B(i); Am_UC = Am_UC + U2U_C(i); Am_IA = Am_IA + I2I_A(i); Am_IB = Am_IB + I2I_B(i);Am_IC = Am_IC + I2I_C(i); Am_UAB = Am_UAB + U2U_AB(i); Am_UCB = Am_UCB + U2U_CB(i)“;可得相电流相电压和线电流的有效值计算出电压和电流的有效值U= sqrt(Am_UA/length(t)；I= sqrt(Am_IA/length(t)电压电流有效值计算入口取用相电压和相电流值计算相电压有效值计算相电流有效值结 束图4-5有效值计算流程图程序如下：U2U_A = UA.*UA; U2U_B = UB.*UB; U2U_C = UC.*UC; I2I_A = IA.*IA; I2I_B = IB.*IB; I2I_C = IC.*IC; U2U_AB = UAB.*UAB; U2U_CB = UCB.*UCB; Am_UA = 0; Am_UB = 0; Am_UC = 0; Am_IA = 0; Am_IB = 0; Am_IC = 0; Am_UAB = 0; Am_UCB = 0; for i=1:length(t) Am_UA = Am_UA + U2U_A(i); Am_UB = Am_UB + U2U_B(i); Am_UC = Am_UC + U2U_C(i); Am_IA = Am_IA + I2I_A(i); Am_IB = Am_IB + I2I_B(i); Am_IC = Am_IC + I2I_C(i); Am_UAB = Am_UAB + U2U_AB(i); Am_UCB = Am_UCB + U2U_CB(i); end UAM= sqrt(Am_UA/length(t) UBM= sqrt(Am_UB/length(t) UCM= sqrt(Am_UC/length(t) IAM= sqrt(Am_IA/length(t) IBM= sqrt(Am_IB/length(t) ICM= sqrt(Am_IC/length(t) UABM= sqrt(Am_UAB/length(t) UCBM= sqrt(Am_UCB/length(t) 功率因数计算用有功功率和无功功率值计算视在功率：VA = sqrt(P.*P+Q.*Q)和功率因数A： cosA=cos arctan(Q/P)。取用瞬时有功功率和无功功率视在功率和功率因数计算入口计算视在功率计算功率因数结 束图4-6 视在功率和功率因数流程图程序如下： VA = sqrt(P.*P+Q.*Q) PHASE = atan(Q/P) THE = PHASE*180/pi COSPHASE =cos(PHASE) 运行程序结果：图4-7图4-8 结 论本文首先根据当前在电参数测量领域中存在的问题，提出了研究一种具有高精度并具可扩展性的电参数测量系统的必要性。在简要介绍了国内外电参数测量系统发展现状的基础上，分析了现在市场上的电参数测量系统中所采用的常用技术。本论文的工作主要包括：1)提出了测量系统设计方案：系统分为数据采集模块和系统主控模块，并采用MATLAB软件对各个模块的功能进行了划分，并给出了功能结构框图。2)完成了数据采集模块的设计和编写采集处理软件。软件上，详细介绍了采集模块中的核心程序：数据采集子程序和数据传送子程序，同时也介绍了程序中使用到的电参量测量算法。因为后面所使用到的测试程序只能通过对电参数计数来进行误差计算，所以相应设计了软件测量点参数的程序。在软件设计过程中，采用了模块化、结构化的设计思想，使得各功能模块易于扩展。3)并编写了相应的主控软件。针对系统主控模块需要的功能，定制生成了适合主控模块功能的嵌入式操作系统，搭建了系统主控模块的软件开发平台。对主控软件的三个子模块：参数测量、波形显示和数据管理也进行了详细的功能介绍。4)完成对测量系统的测试和数据分析。介绍了使用到的测试设备，并通过分析测试得到的数据，得出了测量系统达到预期的准确度等级的结论。但是本测量系统暂时只实现了对基本电参量的测量和显示管理，在以后可以在此基础上开发更多的测量和其他附加功能，例如可以添加谐波分量测量，接线错误判别等，也可以设计测量误差校正程序，利用测量系统高速的运算能力可以对测试时的误差进行软件补偿，以提高信号测量的准确度。可在测量系统中扩展无线和有线网络功能，用于发布数据到PC机或者移动设备上，方便用户随时查