【正文】 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波測試儀設(shè)計(jì) The design of electrified railway traction power supply system harmonic tester 2012 屆 電氣工程 系專 業(yè) 自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 劉寧寧 完成日期 2012年 5月 15日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單學(xué)生姓名學(xué)號(hào)2009班級(jí)08535專業(yè)自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波測試儀設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名劉寧寧指導(dǎo)教師職稱講師評(píng) 定 成 績指導(dǎo)教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題　目電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波測試儀設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)2009班級(jí)方08535專業(yè)自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名劉寧寧導(dǎo)師職稱講師一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)采用110Kv獨(dú)立雙電源供電，電力機(jī)車在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量電力諧波，對(duì)電網(wǎng)危害極大，分析系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因及危害，以及諧波污染防治的有效措施，得出最佳解決方案。重點(diǎn)分析小波分析算法和頻譜分析算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)電鐵諧波實(shí)時(shí)檢測，最終在虛擬儀器的平臺(tái)上顯示諧波檢測結(jié)果，完成電鐵諧波測試儀的設(shè)計(jì)。二、基本要求 1．分析電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因和危害2．目前國內(nèi)外對(duì)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波污染治理的方法3．比較電力系統(tǒng)中諧波檢測和分析的方法,得出最佳解決方案4．用小波分析算法和頻譜分析算法完成諧波檢測5．用虛擬儀器完成諧波分析顯示6．設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份，要求條目清楚、計(jì)算正確、文本整潔。7．提供有關(guān)課題的英文資料原文和譯文各一套。 8．提交開題報(bào)告一份三、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)及要求1．分析電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因和危害2. 目前國內(nèi)外對(duì)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波污染治理的方法3. 比較電力系統(tǒng)中諧波檢測和分析的方法,得出最佳解決方案4. 對(duì)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的諧波建立數(shù)學(xué)模型5．完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，信號(hào)調(diào)理電路，保護(hù)電路，數(shù)據(jù)采集卡的選擇，確定各元件參數(shù)及型號(hào)6．用小波分析算法和頻譜分析算法完成諧波檢測7．用虛擬儀器完成諧波分析的軟件部分，包括登錄界面設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)；有效值測量設(shè)計(jì)；功率測量設(shè)計(jì)；諧波測試模塊（頻譜分析圖及數(shù)據(jù)，諧波總畸變率等）；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1．. 北京：中國電力出版社，2003：130 1051092． 冉啟文、：國防工業(yè)出版社，2003： 1133. 姜建國、樸曉光、趙長和、黃真、. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002年3月，第26卷第1期2002年3月4．畢會(huì)靜，電力系統(tǒng)諧波測量方法．電氣時(shí)代，2005，10：63—665．羅輝. 廣元 電力系統(tǒng)諧波檢測方案研究. 6. 吳競昌主編. 《供電系統(tǒng)諧波》中國電力出版社五、進(jìn)度計(jì)劃 13周 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資料，查閱外文資料4周 整理參考資料, 制定畢業(yè)設(shè)計(jì)方案，作開題報(bào)告5周 對(duì)電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的諧波建立數(shù)學(xué)模型6－7周 完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)810周 完成小波分析算法和頻譜分析算法1112周 完成軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)13周 系統(tǒng)調(diào)試，給出分析結(jié)果14－15周 整理并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交論文給指導(dǎo)老師16周 答辯教研組主任簽字時(shí)　間 　　 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題　目電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波測試儀設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)2009班級(jí)方08535專業(yè)自動(dòng)化 研究背景隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子變流裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，給人們帶來了極大的方便。但與此同時(shí)電力電子裝置帶來諧波問題對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，尤其是電氣化鐵路的貫通,使電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量的高次諧波,造成電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，給周圍電氣環(huán)境帶來極大影響，對(duì)電力設(shè)備危害尤其嚴(yán)重。因此，對(duì)電力系統(tǒng)諧波問題研究已被人們逐漸重視。在諧波存在的情況下如何測量功率和諧波電流等有關(guān)電氣量就顯得非常重要。諧波問題包括畸變波形的分析方法、諧波源分析、諧波的影響及危害、電網(wǎng)諧波潮流計(jì)算、諧波檢測、有諧波時(shí)各種電流量的測量方法及手段、諧波補(bǔ)償和抑制、諧波限制標(biāo)準(zhǔn)等問題圖。諧波檢測是諧波問題的一個(gè)重要組成部分，也是研究和分析諧波問題的主要依據(jù)和出發(fā)點(diǎn)。諧波檢測的主要作用有:①鑒定實(shí)際電力系統(tǒng)及諧波源的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，包括對(duì)所有諧波源設(shè)備投運(yùn)時(shí)的檢測。②電氣設(shè)備調(diào)試、投運(yùn)時(shí)諧波檢測，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。③諧波故障或異常原因的測量。④諧波 專題測試，如諧波阻抗、諧波潮流、諧波諧振和放大等。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 諧波檢測是諧波問題中的一個(gè)重要分支，準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流、電壓，對(duì)抑制諧波有著重要的指導(dǎo)作用，是進(jìn)行繼電保護(hù)、判斷故障點(diǎn)和故障類型等工作的重要前提。目前，電力系統(tǒng)諧波檢測主要是通過諧波電流的測量來實(shí)現(xiàn)，它主要有以下幾種方法： (1)采用模擬帶通或帶阻濾波器檢測 (2)基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢 (3)基于傅立葉變傅立葉變換的方法 (4)自適應(yīng)諧波電流檢測法 (5)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測 (6)基于小波變換的諧波檢測 綜上所述，帶通濾波是早期模擬式諧波檢測裝置的基本原理；瞬時(shí)無功功率理論可用于諧波的瞬時(shí)檢測和無功補(bǔ)償?shù)戎C波治理領(lǐng)域；傅立葉變換是目前諧波檢測中應(yīng)用最多、應(yīng)用最廣泛的基本理論依據(jù)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和小波分析方法應(yīng)用于諧波測量是目前正在致力研究的新方法和新理論，它可以提高諧波測量的實(shí)時(shí)性和精度。 根據(jù)不同情況合理選擇諧波檢測方法，為諧波分析提供詳細(xì)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和信號(hào)，是提高檢測效果、改善電能質(zhì)量的重要一步。國內(nèi)外對(duì)這方面的研究都比較重視，在線諧波檢測的理論和應(yīng)用正在不斷發(fā)展。隨著各種先進(jìn)技術(shù)和理論的應(yīng)用，特別是計(jì)算機(jī)在諧波檢測中的具體使用，諧波檢測的實(shí)時(shí)性和精度要求一旦解決，相信電網(wǎng)諧波檢測技術(shù)將逐漸得到發(fā)展和完善。 研究方案. 。 ，虛擬儀器完成諧波分析顯示。 預(yù)期結(jié)果用小波分析算法和頻譜分析算法完成諧波檢測并且用虛擬儀器完成諧波分析的軟件部分，包括登錄界面設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)；有效值測量設(shè)計(jì)；功率測量設(shè)計(jì)；諧波測試模塊（頻譜分析圖及數(shù)據(jù)，諧波總畸變率等）；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊。 指導(dǎo)教師簽字時(shí)　間 年　　月　　日摘 要隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子變流裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，給人們帶來了極大的方便。但與此同時(shí)電力電子裝置帶來諧波問題對(duì)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，尤其是電氣化鐵路的貫通,使電網(wǎng)中產(chǎn)生了大量的高次諧波,造成電能質(zhì)量嚴(yán)重惡化，給周圍電氣環(huán)境帶來極大影響，對(duì)電力設(shè)備危害尤其嚴(yán)重。因此，對(duì)電力系統(tǒng)諧波問題研究已被人們逐漸重視。 虛擬儀器(Vimlal Instrument，簡稱VI)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與電子儀器相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的儀器設(shè)備。其實(shí)質(zhì)是以通用計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，由用戶設(shè)計(jì)定義其測試功能，由軟件實(shí)現(xiàn)其測試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它從根本上更新了儀器的概念，具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢。它的出現(xiàn)代表著儀器發(fā)展的最新的潮流和方向。本論文主要內(nèi)容是虛擬諧波測試儀的設(shè)計(jì)。論文首先論述了國內(nèi)外諧波研究的現(xiàn)狀以及諧波檢測技術(shù)的發(fā)展，說明研制諧波檢測裝置的必要性，其次對(duì)虛擬諧波分析儀所依據(jù)的虛擬儀器的概念、虛擬儀器軟硬件系統(tǒng)做了簡要介紹。為更好的應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)完成諧波測試儀的開發(fā)。最終使用通用計(jì)算機(jī)、開發(fā)軟件LabVIEW，成功的研究開發(fā)出虛擬諧波測試儀。關(guān)鍵詞：虛擬儀器 數(shù)據(jù)采集 諧波分析Abstract With the rapid development of power electronics technology, the increasingly widespread application of a variety of power electronic converters installed in electric power systems, industrial and household, has brought great convenience to the at the same time power electronic devices to bring the harmonic problems pose a potential threat to power system security, stability, economic operation, especiallythrough the electrified railway, a large number of highorder harmonic in the grid, resultingin a serious deterioration in power quality, a tremendous impact to the surroundingelectrical environment is particularly serious for electrical equipment hazards. Therefore,power system harmonics has been increasing emphasis. Virtual instrument (Vimlal Instrument, referred to as VI), puter technology andelectronic equipment is a bination of new equipment. Its essence is a general purpose puter as the hardware platform, the test function is defined by the userdesign to test the function of a puter instrumentation system , it updated the concept of the instrument, with the inparable advantages of traditional instruments. It represents the latest trends and direction of theinstrument development. The main content of this paper is the design of the virtualharmonic tester. The paper first discusses the current situation and development of theharmonic detection technique of harmonic studies at home and abroad, the need for the development of the harmonic detection device, followed by the concept of virtual instrument based on the virtual harmonic analyzer, virtual instrumentation software and hardware systems to do a brief introduction. Better application of virtual instrument technology to plete the harmonic development of the tester. Enduse generalpurpose puters, development software, the LabVIEW successful research and development of a virtual harmonic tester.Keywords: virtual instrument data acquisition harmonic analysisI目 錄第1章　緒　論 1　研究背景 1 1　國內(nèi)外研究狀況 2　研究內(nèi)容及方法 2第2章 諧波測試儀總體方案設(shè)計(jì) 4第3章 虛擬儀器概述和諧波分析理論方法 5 5 虛擬儀器開發(fā)語言LabVIEW簡介 5 LabVIEW程序設(shè)計(jì)原理 5 LabVIEW的應(yīng)用 6 7 8 8 8 9 10 11 11第4章 諧波測試儀的硬件設(shè)計(jì) 14 14 信號(hào)調(diào)理器 15 16第5章 諧波測試儀的軟件設(shè)計(jì) 17 17 18 21 22 23 各次諧波的時(shí)域分