【正文】 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案目 錄工程概況 11電能質(zhì)量參數(shù) 1 ……1 2 2 3 32電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 3 電壓允許偏差 4 公用電網(wǎng)諧波 4 電壓波動和閃變 4 三相電壓不平衡 5 電網(wǎng)頻率 5 暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓 53諧波危害及治理 5 諧波的定義 5 諧波源 6 用于諧波分析的DFT和FFT算法 7 124 LABVIEW虛擬儀器技術(shù) 14 概述 14 LabVIEW的特點 15 LabVIEW各部分功能 16 LABVIEW參數(shù)的監(jiān)測技術(shù) 16 頻率跟蹤技術(shù) 175電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案 18 硬件部分 18 軟件部分 19 206結(jié)論 21致謝 22參考文獻 23 工程概況電能質(zhì)量與國民經(jīng)濟的各個部門和人民日常生活有著密切的關(guān)系和重要意義。電能作為一種商品, 具有它本身的特殊性, 電能的生產(chǎn)和消費必須同時進行, 且電能的生產(chǎn)、傳輸和使用設(shè)備必須緊密地連接在同一電網(wǎng)上。因此, 作為電力部門的產(chǎn)品質(zhì)量——電能的質(zhì)量, 不僅與電力部門有關(guān), 而且與成千上萬的電力用戶有關(guān)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 電能質(zhì)量監(jiān)控的新技術(shù)使電能質(zhì)量監(jiān)測的意義賦予了新的內(nèi)容。通過全部時間內(nèi)連續(xù)的跟蹤監(jiān)控, 建立起表征電能質(zhì)量的, 真正有用的數(shù)據(jù)庫, 在供配電系統(tǒng)和用電設(shè)備運行失效之前, 捕獲到其早期的故障信息, 以便在毀滅性打擊之前, 提醒人們對供、用電設(shè)備的運行狀態(tài)進行調(diào)整和預(yù)防檢修。電能的質(zhì)量, 通常以供電電壓的頻率、偏移、波動、閃變、間斷、塌陷、尖峰、諧波畸變、三相不平衡度和高頻干擾等項指標(biāo)來表征。電能的質(zhì)量, 不僅取決于發(fā)電、輸電和供電系統(tǒng)本身, 現(xiàn)代工業(yè)化的迅速發(fā)展, 接入公用電網(wǎng)的半導(dǎo)體換流器和非線性負(fù)荷, 也會明顯地干擾或降低配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。要保證公用電網(wǎng)中電能的質(zhì)量，必須由電力生產(chǎn)部門和接入電網(wǎng)中的廣大電力用戶來共同努力。進入20世紀(jì)90年代以來、隨著半導(dǎo)體、計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，一批高新技術(shù)企業(yè)應(yīng)運而生，；而電力市場的發(fā)展，使供電企業(yè)進一步認(rèn)識到：保證電能質(zhì)量是用戶的需要也是自身的需要。在這樣的背景下，因電能質(zhì)量不良而使用戶設(shè)備停機或出次品的情況。仍應(yīng)看作電能質(zhì)量不合格。當(dāng)然，電能質(zhì)量不良有多種情況，用戶對電能質(zhì)量的敏感程度也各不相同。一船來說，供電企業(yè)可對不同的電能質(zhì)量劃分等級、分別定價、用戶可以自由選擇。但由于我國目前還未能實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。因此，進一步改善電能質(zhì)量的工作基本上要求在用戶側(cè)解決。隨著各種用電設(shè)備對電能質(zhì)量敏感度的變化，電能質(zhì)量的范圍進一步擴大。分類更細(xì)要求更高。在新的電力市場環(huán)境下，電能質(zhì)量已成為電能這種商品的消費特性，很大程度上體現(xiàn)了供電部門服務(wù)品質(zhì)。所以有關(guān)部門正在加大對電能質(zhì)量的監(jiān)管和治理。為了保障供用電雙方的合法權(quán)益, 保證電網(wǎng)的安全運行, 維護電氣安全使用環(huán)境, 必須加強電能質(zhì)量的監(jiān)控管理。隨著電力電子與信息技術(shù)在社會各個領(lǐng)域的滲透應(yīng)用，一些新型電力負(fù)荷對電能質(zhì)量的要求不斷提高，電能質(zhì)量已成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的課題。當(dāng)今威脅電力質(zhì)量的主要干擾除了諧波、電壓波動外，更多為人們所關(guān)注的將是電壓暫降和短時斷電、電壓閃變等動態(tài)電能質(zhì)量問題；我們應(yīng)因地制宜，對癥下藥，在深入調(diào)研、現(xiàn)場實測、試驗研究的基礎(chǔ)上，運用FACS和電力新技術(shù)對電能質(zhì)量進行系統(tǒng)化地綜合補償，這將是今后解決電能質(zhì)量問題的最根本途徑。隨著科技的進步，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，諸如半導(dǎo)體整流器、晶閘管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置、煉鋼電弧爐、電氣化鐵路和家用電器等負(fù)荷迅速發(fā)展，由于其非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使電網(wǎng)的電壓波形發(fā)生畸變引起電壓波動和閃變以及三相不平衡，甚至引起系統(tǒng)頻率波動等，對供電電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的干擾或“污染”。電網(wǎng)中正面對越來越多的電能質(zhì)量問題，這使得電能質(zhì)量的研究十分緊迫。另一方面，電能質(zhì)量正逐步受到供電企業(yè)和電力用戶的共同關(guān)注。因此，本次設(shè)計旨在明確影響電能質(zhì)量的主要因素、諧波的基本概念及分析方法；詳細(xì)介紹和分析諧波的危害及處理諧波的方法；了解LABVIEW虛擬儀器技術(shù)，掌握提高電能質(zhì)量的措施；確定電能質(zhì)量在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)總體設(shè)計方案、完成電能質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。1電能質(zhì)量參數(shù) 電能質(zhì)量包括四個方面的相關(guān)術(shù)語和概念：電壓質(zhì)量(Voltage quality)即用實際電壓與額定電壓間的偏差(偏差含電壓幅值，波形和相位的偏差)，反映供電企業(yè)向用戶供給的電力是否合格；電流質(zhì)量(Current quality)即對用戶取用電流提出恒定頻率、正弦波形要求，并使電流波形與供電電壓同相位，以保證系統(tǒng)以高功率因數(shù)運行，這個定義有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，并降低網(wǎng)損；供電質(zhì)量(quality of supply)包含技術(shù)含義和非技術(shù)含義兩個方面：技術(shù)含義有電壓質(zhì)量和供電可靠性；非技術(shù)含義是指服務(wù)質(zhì)量(quality of service)包括供電企業(yè)對用戶投訴的反應(yīng)速度和電力價格等；用電質(zhì)量(quality of consumption)包括電流質(zhì)量和非技術(shù)含義，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費等，它反映供用雙方相互作用與影響用電方的責(zé)任和義務(wù)?！　?一般地，電能質(zhì)量的定義：導(dǎo)致用戶設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差。這個定義簡單明晰，概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果。隨著基于計算機系統(tǒng)的控制設(shè)備與電子裝置的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，即變頻裝置、電弧爐煉鋼、電氣化鐵道等非線性、沖擊性負(fù)荷造成對電能質(zhì)量的污染與破壞，而電能作為商品，人們會對電能質(zhì)量提出更高的要求，電能質(zhì)量已逐漸成為全社會共同關(guān)注的問題，有關(guān)電能質(zhì)量的問題已經(jīng)成為電工領(lǐng)域的前沿性課題，有必要對其相關(guān)指標(biāo)與改善措施作討論和分析。在電能輸送過程中，電力系統(tǒng)將受到各種因素的影響，到達(dá)用戶的電能波形往往發(fā)生畸變。隨著不對稱負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷的容量和數(shù)量的不斷增大，電網(wǎng)受到嚴(yán)重干擾，電能質(zhì)量不斷惡化。另外,電能質(zhì)量不僅取決于發(fā)電、輸電和供電系統(tǒng)本身，接入公用電網(wǎng)的半導(dǎo)體換流器和非線性負(fù)荷也將對電網(wǎng)產(chǎn)生明顯的干擾，降低了配電網(wǎng)中的電能質(zhì)量。電能質(zhì)量的惡化將會給電力系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來嚴(yán)重危害。諧波問題是電能質(zhì)量中的一個重要問題。一直以來 ,電能質(zhì)量研究也主要集中在與諧波相關(guān)的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量研究上。在電力系統(tǒng)、電力電子、電動機、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應(yīng)用的工業(yè)部門中，都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術(shù)課題。以前,由于受各種條件的限制，對電壓驟降和驟升、暫態(tài)擾動等各種暫態(tài)電能質(zhì)量研究較少。暫態(tài)信號具有突變、非平穩(wěn)、持續(xù)時間短等特性，只了解它們在時域或頻域中的全局特性是不夠的。暫態(tài)信號中的奇異點和不規(guī)則突變通常與系統(tǒng)的電氣參數(shù)有著重要的聯(lián)系。奇異點檢測的目的就是對故障進行定位，抓住故障特征，進而采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo或控制措施。因此，暫態(tài)電能質(zhì)量分析已成為研究熱點。電能質(zhì)量具有以下幾個特點：(1)動態(tài)性。電能從發(fā)電生產(chǎn)到用戶消耗是一個整體，其流動始終處于動態(tài)平衡中，并且隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的改變而不斷變換。(2)相關(guān)性。電能不易大量存儲,其生產(chǎn)、輸送、分配和轉(zhuǎn)換過程直至消耗幾乎是同時進行的。當(dāng)系統(tǒng)處在各種運行狀態(tài)時，電能質(zhì)量一旦不達(dá)標(biāo)，相關(guān)的設(shè)備就會受到不同程度的影響。(3)傳播性。電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，為電能提供了最好的傳輸途徑。電能傳播速度快，電氣污染波及面大，會大大降低相連系統(tǒng)的電能質(zhì)量。(4)潛在性。電能質(zhì)量擾動復(fù)雜多變，事故誘發(fā)條件復(fù)雜，其質(zhì)量的下降造成對系統(tǒng)用電設(shè)備的損害有時并不立即顯現(xiàn)，為安全運行留下了隱患。(5)復(fù)雜性。電能質(zhì)量的多個指標(biāo)作用于同一個系統(tǒng)時，綜合給出電能質(zhì)量的評判標(biāo)準(zhǔn)是非常困難的。目前尚沒有一個準(zhǔn)確和普遍認(rèn)可的定量評估計算方法。(6)整體性。保證電能質(zhì)量要靠多方努力。要求電力供應(yīng)方、電力使用方、設(shè)備制造商等共同協(xié)作，制定統(tǒng)一和可操作的合適質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或單獨的供電質(zhì)量協(xié)議，或者按電力用戶對電能質(zhì)量的不同要求實行分級控制和管理。電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)、 從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：(1) 低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：諧波、間諧波、電壓波動、電壓與電流不平衡，電壓暫降與短時斷電 ，電網(wǎng)頻率變化，低頻感應(yīng)電壓，交流網(wǎng)絡(luò)中的直流； 　　(2) 低頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場； 　　(3) 高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象：感應(yīng)連續(xù)波電壓與電流，單向瞬態(tài)、振蕩瞬態(tài)； 　　(4) 高頻輻射現(xiàn)象：磁場、電場、電磁場(連續(xù)波、瞬態(tài))； 　　(5) 靜電放電現(xiàn)象?！? 對于以上電力系統(tǒng)中的電磁現(xiàn)象，穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可以利用幅值、頻率、頻譜、調(diào)制、缺口深度和面積來描述，非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象可利用上升率、幅值、相位移、持續(xù)時間、頻譜、頻率、發(fā)生率、能量強度等描述?！　”Ｕ想娔苜|(zhì)量既是電力企業(yè)的責(zé)任，供電企業(yè)應(yīng)保證供給用戶的供電質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)；同時也是用戶應(yīng)盡的義務(wù)，即用戶用電不得危害供電；安全用電；對各種電能質(zhì)量問題應(yīng)采取有效的措施加以抑制?！　‰娔苜|(zhì)量指標(biāo)國內(nèi)外大多取95%概率值作為衡量依據(jù)，并需指明監(jiān)測點，這些指標(biāo)特點也對用電設(shè)備性能提出了相應(yīng)的要求。即電氣設(shè)備不僅應(yīng)能在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值之內(nèi)正常運行，而且應(yīng)具備承受短時超標(biāo)運行的能力。電能質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的供電安全和供電質(zhì)量，從技術(shù)上講，影響電能質(zhì)量的因素主要包括三個方面：(1)自然現(xiàn)象的因素，如雷擊、風(fēng)暴、雨雪等對電能質(zhì)量的影響，使電網(wǎng)發(fā)生事故，造成供電可靠性降低。(2)電力設(shè)備及裝置的自動保護及正常運行的因素，如大型電力設(shè)備的啟動和停運、自動開關(guān)的跳閘及重合等對電能質(zhì)量的影響，使額定電壓暫時降低、產(chǎn)生波動與閃變等。(3)電力用戶的非線性負(fù)荷、沖擊性負(fù)荷等大量投運的因素，如煉鋼電弧爐、電氣化機車運行等對電能質(zhì)量的影響，使公用電網(wǎng)產(chǎn)生大量的諧波干擾、產(chǎn)生電壓擾動、產(chǎn)生電壓波動與閃變等。 電能質(zhì)量低下的危害有以下一些表現(xiàn): (1)諧波由諧波源(非線性設(shè)備和負(fù)荷) 注入系統(tǒng), 會損壞系統(tǒng)設(shè)備(如電容器、電纜、電動機、電壓互感器等), 威脅系統(tǒng)的安全運行(如繼電保護及自動裝置誤動), 增加系統(tǒng)的功率損耗(如線損), 增大測量儀表的誤差(如電能表), 干擾通信等。(2)三相不平衡會使發(fā)電機工作不正常, 增加變壓器的附加損耗造成其局部過熱, 繼電保護及自動我國正在積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn), 特別是IEC 制定的EMC 標(biāo)準(zhǔn)。我國現(xiàn)行的關(guān)于電能質(zhì)量方面的國家標(biāo)準(zhǔn)有五個, 其中電能質(zhì)量電壓允許裝置誤動, 變流器產(chǎn)生非特征諧波, 增加中性線電流產(chǎn)生電噪聲干擾, 增加輸電線損耗, 干擾通信等。(3)電壓偏差超標(biāo)會使用電設(shè)備的損耗增加、壽命縮短、工作不正常, 會破壞電力系統(tǒng)同步運行的穩(wěn)定性、電壓的穩(wěn)定性以及電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。 (4)電壓的波動和閃變主要由波動性負(fù)荷(如電弧爐) 引起, 其超標(biāo)會危害與其連接在公共供電點的其他用戶的設(shè)備, 如使照明燈閃爍、電機轉(zhuǎn)速不均勻和計算機及電子設(shè)備工作不正常等。(5)電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行時, 全系統(tǒng)有相同的頻率。在允許的頻率偏差范圍內(nèi), 主要是引起設(shè)備的效率問題。 當(dāng)偏差超過范圍, 則會危及設(shè)備的安全, 嚴(yán)重時甚至造成系統(tǒng)瓦解崩潰。(6)暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓以及電壓跌落和短時供電中斷的問題, 一般由系統(tǒng)或用戶內(nèi)部的短路故障引起, 會直接影響甚至中斷用戶正常的用電, 造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。2電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)　　綜合新頒布的電磁兼容國家標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)達(dá)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，中低壓電能質(zhì)