【正文】 進來完成對 三相不 平衡的測量 。 圖 65 功率測量模塊的測試結(jié)果上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 37 第七 章 結(jié)論與展望 結(jié) 論 虛擬儀器技術(shù)具有圖形化的編程語言、儀器硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、圖形化的用戶界面、接口通用性和開放性等特點，使用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計測控系統(tǒng)，可以縮短儀器開發(fā)周期，降低儀器成本，提高儀器性能。 圖 62 電壓偏差測量模塊測試結(jié)果 頻率偏差測量模塊 圖 63是頻率偏差測量模塊的測試結(jié)果，圖中數(shù)值控件 顯示了系統(tǒng)電壓頻率、電壓基波頻率、實測頻率以及頻率偏差；圖形控件是以波形圖的形式顯示頻率偏差的。 伏安測量模塊 圖 61 是伏安測量模塊的測試結(jié)果。 （ 4）模型測試 :即核算所有計算結(jié)果。 軟件測試方法的介紹 程序測試就是要在計算機上以各種可能的數(shù)據(jù)和操作條件對程序進行測試，找出存在問題并加以修改，使之符合設(shè)計要求。 圖 522 FFT Spectrum（ MagPhase） .vi 標(biāo)志及端口 用離散的方法計算出瞬時閃變值后就可以進一步計算短時間閃變值 ， 本設(shè)計中采用排序方法計算短時間閃變值，由于在一段時間內(nèi) (10min)各瞬時閃變值是相等 時間間隔上離散的 S(k)序列，如果其中不小于某個瞬時閃變值 p 的 所有項對應(yīng)的時間占 整個時段的 N%，則其中不小于某個瞬時閃變值 p 的所有項的個數(shù)也應(yīng)該占該時段內(nèi)總瞬時閃變值個數(shù)的 N%，故 CPF 曲線上 %、 1%、 3%、 10%、 50%縱坐標(biāo)對應(yīng)的瞬時閃變值 、 、 、 分別是該段時間內(nèi)瞬時閃變值序列中的 %、 99%、 97%、 90%、 50%概率大值，只要將 S(k)序列從大到小重新排列，找 出其對應(yīng)的概率大值代入式 (216)即可。 然后利用 LabVIEW 提供的 FFT Spectrum對 10 個周期電壓的有效值進行 FFT 變換，如圖 521 所示，得到的序列是所采樣電壓波動頻率成分，其大小為電壓波動的幅值。本設(shè)計中 連續(xù)采樣了 5 個周期，因此取 5 次的平均值作為有功功率，單相有功功率的程序框圖如圖 520 所示。根據(jù)諧波的定義，利用 Index Array 模塊的功能從 諧波電平 引腳輸出的數(shù)組選取 第二 個元素，即基波幅值， 然后將數(shù)組中的每 個元素 (各次諧波分量幅值 )與基波幅值相除，得到的就是各次諧波的含量。 圖 514 Averaged 圖標(biāo)及端口 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 27 電壓偏差的程序框圖的設(shè) 計如圖 515 所示： 圖 515 電壓偏差程序框圖 頻率偏差模塊 頻率偏差的程序設(shè)計根據(jù)公式（ 211）進行，對于信號的頻率測量使用 LabVIEW提供的“ Extract Single Tone ”函數(shù)，如圖 516 所示； 檢測到的頻率為進過調(diào)理后的信號的頻率值， 由于采樣頻率 設(shè)置為 1KHz，每周期的采樣 數(shù)為 20 個點，因此根據(jù) f= /N 計算系統(tǒng)的頻率。然后在下一幀，用“ Read From Spreadsheet ”函數(shù) 讀取上一幀中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，接著在下一幀將電壓和電流數(shù)據(jù)創(chuàng)建為一個新的二維數(shù)組，寫入“電壓電流數(shù)據(jù)庫” ，這樣就實現(xiàn)了實時的存儲數(shù)據(jù)的功能，并且方便后面功率程序的編寫。所有連接至幀的數(shù)據(jù)都可用，平鋪式順序結(jié)構(gòu)按照從左至右的順序執(zhí)行， 每幀執(zhí)行完 畢后會將數(shù)據(jù)傳遞至下一幀。設(shè)置為 Ture 時每次運行程序新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)將添加到原表格中去，而不刪除原表格數(shù)據(jù)。 圖 57 系統(tǒng)用戶界面 數(shù)據(jù) 存儲 模塊設(shè)計 采集信號經(jīng)過傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡后，在軟件這塊使用 DAQ Assistant Express VI 來配置測量任務(wù)及通道的圖形接口。波形顯示模板如圖 56 所示 。 報警，電壓偏差超出 7%～ 10%報警， 否則，表示正常 ，如圖 54所示 。 圖 53 功能顯示模塊 在程序運行前點擊“電壓電流數(shù)據(jù)庫”、“電流數(shù)據(jù) ” 和“電壓 數(shù)據(jù)” 的黃色文件夾就可以設(shè)置要讀取的數(shù)據(jù)庫 ，在程序運行時 點擊“停止”按鈕就可以停止正在運行的程序。 51 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 圖 在系統(tǒng)主界面可以選擇觀看不同的指標(biāo)進行檢測，程序?qū)?jīng)傳感器、信號調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)化為程序所需要的數(shù)據(jù)形式的電壓、電流信號采用合適的算法進行運算、分析得到檢測結(jié)果，并以波形、數(shù)據(jù)等形式顯示出來以便觀察。 5 V， 具有每通道 250 kS/s 的采樣速率、 2 個 24 位計數(shù)器 /定時器和 8 條數(shù)字 I/O 線，適合各種應(yīng)用，其中包括：高速、連續(xù)的數(shù)據(jù)記錄 ； 瞬態(tài)和彈道學(xué)測量 ； 雷達、聲納、超聲 ； 高能物理學(xué) ； 中頻數(shù)字化 。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 18 圖 46 電流 信號 調(diào)理電路 圖 47 電壓電流信號調(diào)理電路 數(shù)據(jù)采集卡介紹 數(shù)據(jù)采集卡選用的是 NI 公司的 PXI6143 S 系列 數(shù)據(jù)采集卡進行 數(shù)據(jù)采集。 圖 43 電壓傳感器使用圖 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 圖 44 電流傳感器使用圖 信號調(diào)理電路 如圖 45 所示為電壓信號調(diào)理電路圖， 將電網(wǎng)單相電壓信號由 JPLN 口輸入，經(jīng)電壓互感器原邊兩個 25K 的電阻輸入傳感器，然后電壓互感器將電流信號成比例轉(zhuǎn)換， 通過一個接地電阻就獲得了電壓信號；由于 在傳感器獲得的測量信號中，往往含有許多與被測量無關(guān)的頻率成分， 因此為了減少 高頻信號、傳輸線引進的干擾 ，接著信號通過一個 RC 低通濾波電路，已達到測量精度的目的；最后信號通過 用作電壓跟隨器的運放，電壓跟隨器由于 輸入阻抗高，而輸出阻抗低 ，所以起到了 緩沖、隔離、提高帶載能力的作用 。為了方便測量，在這一環(huán)節(jié)中，傳感器的選擇是至關(guān)重要的，如果選取的傳感器 精度不夠，線性度不好，無論是信號轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都無法實現(xiàn)，相應(yīng)的后續(xù)分析工作也就變得毫無意義。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示 : 圖 41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 16 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 雖然采用虛擬儀器技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件是核心，但硬件也是必需的，軟件畢竟 要建立在硬件基礎(chǔ)之上 。這是一種新型的基于 Web 技術(shù)的虛擬儀器，它使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，可實現(xiàn)遠程測試、監(jiān)控和故障診斷等功能，以充分利用有效資源，提高測試效率。測量結(jié)果也可以通過計算機顯示器以曲線、圖形數(shù)據(jù)或表格等形式方便靈活地顯示出來。虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲和其它 管理交由計算機來集中處理，充分利用了計算機強大的數(shù)據(jù)處理、傳輸和發(fā) 布功能。外圍硬件設(shè)備可以分為 GPIB、 VXI、 PXI、 DAQ 四種標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。 （ 2） 虛擬儀器的測量功能是由軟件編寫來實現(xiàn)的。虛擬儀器的出現(xiàn)，使得測量儀器與計算機之間的界限逐漸模糊。 在獲得瞬時閃變值 S(t)的基礎(chǔ)山上計算短時閃變值 。 而電力系統(tǒng)中的電壓閃變則是指由 于電網(wǎng)電壓波動引起人對所用照明設(shè)備忽明忽暗的一種感覺 ， 通常是以白熾燈的工況作為判斷依據(jù)，將電壓閃變可 以分為周期性和非周期性兩種，前者主要是由于周期電壓波動引起的，后者會與隨機性電壓波動有關(guān)。 電壓波動是指 一系列 電壓 波動或工頻電壓 包絡(luò)線的 周期 變化。 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》（ GB/T 145491993）規(guī)定： （ 1） 諧波測量點為公共接入點，即用戶接入公共電網(wǎng)的連接處； （ 2） 電網(wǎng)諧波的相關(guān)指標(biāo)，諧波含有量、總諧波畸變率等的計算方法和測量方法； （ 3） 不同等級的電網(wǎng)電壓水平下所允許的各次諧波 含有率、總諧波畸變率等相關(guān)指標(biāo)。同時，由于上述負荷的存在 ，使得電力系統(tǒng)中的供電電壓即便是正弦波形，其電流波形也將偏離正弦波形而發(fā)生畸變。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 10 諧波的含義 國際上公認(rèn)的諧波含義為：諧波是一個周期性電器量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。 電網(wǎng)諧波分析 近年來，隨著電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，半導(dǎo)體器件等其他非線性負荷在電力電子系統(tǒng)中的使用越來越多，這就不可避免地使相關(guān)的電流和電壓波形產(chǎn)生較大程度的畸變，通常稱為諧波污染。三相電壓的不平衡度通常以負序分量的均方根值與正序分量 均方根值的比值來表示： = 100% （ 212） 式中 —— 為三相電壓正序分量的 均方根值，將不平衡的三相 系統(tǒng)的電量按對稱分量法分解后其正序?qū)ΨQ系統(tǒng)中的分量。作為電能質(zhì)量指標(biāo)之一的“三相電壓允許不平衡度 ” 是針對正常不平衡工況制定的。但是，由 于電力系統(tǒng)負荷不斷變動，電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 8 荷 變化 又有一定的慣性，只是系統(tǒng)頻率總是一直處于變動的動態(tài)之中，不可避免地偏離標(biāo)稱值，即產(chǎn)生頻率偏差。地電壓運行會使電網(wǎng)有功功率損耗和無功功率損耗大大增加，增大 了供電的成本。電壓偏差超過一定的值時，會引起設(shè)備的損壞。 通常指電壓變化率小于 1%秒時實測電壓與額定電壓之差，用以下公式 求出電壓偏差。因此，對于電能質(zhì)量的評價必須有一系列的指標(biāo)予以衡量，而且針對這些衡量所產(chǎn)生的指標(biāo)，必須制定相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)加以約束。在電能輸送的過程中，電力系統(tǒng)受到各種因素的影響，到達 用戶的電能波形往往發(fā)生畸變。 （ 3） 結(jié)合 NI 公司的信號調(diào)理箱、數(shù)據(jù)采集卡的相關(guān)硬件，以及 LabVIEW 為 軟件開發(fā)平臺 ，開發(fā)風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)。最嚴(yán)重的情況是整個風(fēng)電場突然切出，引起系統(tǒng)的頻率瞬時降低。 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對電能質(zhì)量的影響 風(fēng)資源的不確定性和風(fēng)電機組本身的運行特性使風(fēng)電機組的輸出功率是波動的，可能影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波等。 IEEE 技術(shù)協(xié)調(diào)委員會采用“ Power Quality”這一術(shù)語，并且給出了相應(yīng)的技 術(shù)定義：“合格電能質(zhì)量的概念，是指敏感 設(shè)備提供的電力和設(shè)施的接地 系統(tǒng)是均適合于該設(shè)備正常工作的”。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對用戶供電。預(yù)計到 2020 年我國風(fēng)力發(fā)電將達 3000 萬千瓦。風(fēng)能資源豐富的沿海及其島嶼，其可開發(fā)量約為 10 億 KW，主要分布在遼寧、河北、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西和海南等省、市、區(qū)。由于采用計算機技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)機白診斷功能，安全保護措施更加完善，并且實現(xiàn)了單機獨立控制、多機群控和遙控，完全可以無人值守。 在過去的 幾 年里，風(fēng)力發(fā)電的年增長率幾乎高達 30%。為了降低風(fēng)力發(fā)電的成本，提高風(fēng)力發(fā)電市場的競爭力，風(fēng)力發(fā)電機組的技術(shù)一直在沿著增大單機容量、減輕單位千瓦重量、提高轉(zhuǎn)換效率的方向發(fā)展。 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 國外風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展 19 世紀(jì)末，美國人首次安裝了被現(xiàn)代人認(rèn) 為是第一臺自動運行且用于發(fā)電的風(fēng)電機 ，之后丹麥人首次建立用于發(fā)電的風(fēng)電場。太陽能和風(fēng)能被看作是最 具有代 表性 的新能源和可再生能源 ，作為這兩種能源的高級 利用，太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國的高度重視。隨著世界經(jīng)濟規(guī)模的不斷增大，世界能源消費量持續(xù)增長。 關(guān)鍵詞 : 電能質(zhì)量 ， 風(fēng)力發(fā)電 ， LabVIEW Abstract Facing with increasingly serious energy situation, chemical fuels are depleted, the global ener