【正文】 器。 (2)應(yīng)用程序主要用來對(duì)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理擁護(hù)就是通過編制應(yīng)用程序來定義虛擬儀器的功能。 驅(qū)動(dòng)層軟件大致有兩種，一種是模塊生產(chǎn)廠家提供的現(xiàn)成的硬件驅(qū)動(dòng)程序，通過它用戶可以方便的調(diào)用硬件，而不用對(duì)低層的內(nèi)存、中斷等進(jìn)行操作，用戶只需要調(diào)用函數(shù)就可以控制硬件。 應(yīng)用軟件是用戶實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集各項(xiàng)內(nèi)容的主要手段。 通常在編制虛擬儀器的軟件時(shí)可采用兩種編程方法：一種是傳統(tǒng)的編程方法，如 VC++， VB 等編寫虛擬儀器的軟件 ；另一種是采用現(xiàn)在流行的圖形化編程方法，如采用 NI 公司 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）或 HP公司的 VEE等編程。它結(jié)合簡(jiǎn)單易用的圖形開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的 G 編程語言 , 并利用其容易與 C/C + + 和匯編語言接口的特點(diǎn) , 可迅速開發(fā)出有關(guān)數(shù)據(jù)采集分析及顯示的方案。具體編程步驟如下： （ 1）創(chuàng)建前面板：前面板就是 LabVIEW 中應(yīng)用程序的人機(jī)界面。從 LabVIEW 的 Function 菜單中選擇對(duì)象（圖標(biāo)）、塊和下一塊間用線來連接，來傳遞數(shù)據(jù)。 (4)模塊化和層次化 LabVIEW 的 VI 設(shè)計(jì)成為模塊化，所以任何 VI 可以自己運(yùn)行或作為其他 VI 的一部分，你甚至可以為你自己的 VI 創(chuàng)建圖標(biāo)，作為你自己的 VI 和 sub VI 的層次圖（ hierarchy）。你可以使用 LabVIEW 的 VXI 開發(fā)系統(tǒng)來容易的為你的儀器編程，這種開發(fā)系統(tǒng)包括 VISA(Virtual Instrument Software Architecture). (2)數(shù)據(jù)采集和分析 DAQ 的 VI庫包含所有 NI插入式和過程 DAQ 產(chǎn)品的采集和輸出數(shù)據(jù)的函數(shù)。 綜上所述， LabVIEW是一個(gè)高效的圖形化程序設(shè)計(jì)環(huán)境，它結(jié)合了簡(jiǎn)單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強(qiáng)大的 G編程語言。 用 LabVIEW 編寫的程序稱為虛擬儀器 VI（ Virtual Instruments），因?yàn)樗慕缑婧凸δ芘c真實(shí)儀器十分相像。框圖是一種解決編程問題 的圖形化方法，實(shí)際上是 VI 的程序代碼。當(dāng)一個(gè) VI 作為子程序時(shí)，稱作 SubVI。下面簡(jiǎn)單地介紹一下電能質(zhì)量某些指標(biāo)的監(jiān)測(cè)和分析方法。閃變是人對(duì)照度波動(dòng)的主觀視感 ,表現(xiàn)于燈 — 眼 — 腦 , 即人眼對(duì)白熾燈閃變的反映 ,而這種感覺又和人的大腦有關(guān) , 因此在分析閃變時(shí)需要建立一個(gè)能夠模擬燈 — 眼 — 腦環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 , 然后對(duì)得到的波形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。諧波分析的方法很多 ,在理論和實(shí)現(xiàn)上都比較成熟的是采用快速傅立葉變換 (FFT) , LabVIEW提供了諧波分析軟件包，以供直接進(jìn)行快速頻譜分析。數(shù)據(jù)采集使用了 AIWave formScan1vi ,它能夠以指定的采樣率從指定的通道 (單通道 ) 采集指定點(diǎn)數(shù)的數(shù)據(jù)。由于三次及以上的高次諧波易引起多于兩個(gè)的過零點(diǎn)，因此將濾波器的截止頻率定為 125Hz ，以濾除可能產(chǎn)生多余零點(diǎn)的諧波、擾動(dòng)、噪聲等高頻分量。 非線性負(fù)荷除了產(chǎn)生基頻整次諧波外，還可能產(chǎn)生低于基頻的次諧波，或高于基波的非整數(shù)倍諧波。在軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)，信號(hào)被采樣離散化而用一數(shù)組 表示 , 假如條件 1:前一序號(hào) (如為 k) 所對(duì)應(yīng)的采樣值與后一序號(hào) ( k + 1) 所對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積小于等于零；條件 2:后一序號(hào) ( k + 1) 所對(duì)應(yīng)的采樣值與序號(hào) ( k + 2) 所對(duì)應(yīng)的采樣值的乘積大于等于零。 5 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 如圖 51所示，虛擬儀器具有同傳統(tǒng)電子儀器一樣的三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析處理模塊和顯示結(jié)果模塊。因此，基于 LABVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計(jì)算機(jī)。 硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計(jì)算機(jī)。如果按照固定的基波頻率為 50Hz 來 確定采樣率 , 就必然產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng) , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個(gè)周波的頻率變化卻很小 傳感器的作用就是把各種類型的信號(hào)變換成電信號(hào)并實(shí)現(xiàn)有效的隔離。 DAQ 板的作用是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終通過先入先出 (FIFO)存儲(chǔ)器把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線上。數(shù)據(jù)采集卡直接插入計(jì)算機(jī)的 PCI 總線擴(kuò)展槽中，數(shù)據(jù)傳輸速度快，控制方式靈活，能適應(yīng)不同的測(cè)試需求。該電路要求對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整的同時(shí)，不改變信號(hào)的頻率性質(zhì)，對(duì)外要呈現(xiàn)出高達(dá) 1MΩ 的輸入阻抗，以保證不對(duì)產(chǎn)生輸入信號(hào)的外電路造成影響。 。該電路可由運(yùn)放組 成的跟隨器來完成，它將高阻的輸入信號(hào)變?yōu)榈妥栎敵觯瑥亩ヲ?qū)動(dòng)具有低輸入阻抗的放大電路。它主要由信號(hào)調(diào)整電路、阻抗變換電路、電壓控制放大電路和觸發(fā)電路組成。傳感器輸出標(biāo)稱值為 ,可用運(yùn)算放大器擴(kuò)大傳感器的輸出標(biāo)稱值。 5V ~ 177。 整套系統(tǒng)的核心在于軟件部分，計(jì)算機(jī)為軟件的運(yùn)行提供了硬件支持，軟件所需的數(shù)據(jù)是通過 PC 總線上獲得的。隔離和變換的任務(wù)由傳感器完成， A/D變換則由數(shù)據(jù)采集卡完成。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 16 圖 51 虛擬儀器功能模塊顯示 本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原始 信號(hào)是高壓變頻器的直流側(cè)電壓和電流。頻率計(jì)算主要是通過過零點(diǎn)時(shí)刻之差以及實(shí)際采樣時(shí)間間隔，計(jì)算出周期和頻率的大小。要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類負(fù)荷的電流不是正弦波，且引起電壓波形畸變。 對(duì)計(jì) 算周期進(jìn)行 N(如 128)等分 ,就得到本次測(cè)試的采樣間隔。如果按照固定的基波頻率為 50Hz 來確定采樣率 , 就必然產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng) , 由于系統(tǒng)的慣性 , 相鄰幾個(gè)周波的頻率變化卻很小。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 15 （ 3）三相不平衡度 對(duì)電力三相不平衡度的分析可以通過對(duì)稱分量法進(jìn)行 , 在分解出正序和負(fù)序分量之后 , 三相不平衡度就可以求出。本系統(tǒng)采用的是平方檢測(cè)法 , 即電網(wǎng)電壓經(jīng)過平方后 , 再通過 0105～35Hz的帶通濾波器濾去直流分量和工頻及以上的頻率分量 ,便可檢測(cè)出調(diào)幅波即電壓波動(dòng)分量。當(dāng)某指標(biāo)超過國標(biāo)則報(bào)警 , 并保留最近超標(biāo)的原始數(shù)據(jù)。 （ 3） VI 模塊化特性。前面板可以包含旋鈕、刻度盤、開關(guān)、圖表和其他界面工具，允許用戶通過鍵盤或鼠標(biāo)獲取數(shù)據(jù)并顯示結(jié)果?，F(xiàn)今數(shù)以百計(jì)的工程師，科學(xué)家以及技術(shù)人員在使用 LabVIEW來構(gòu)建測(cè)量與自動(dòng)化系統(tǒng) . LabVIEW各部分功能 LabVIEW 提供了一些信號(hào)處理節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)位于功能模板→ Signal Processing 子模板中。因?yàn)閮r(jià)格低，它大大降低了每通道的費(fèi)用。 (1)儀器控制 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 14 LabVIEW 中的 GPIB,VXI和串口 VI庫使用 NI工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序軟件來對(duì)儀器系統(tǒng)進(jìn)行全面的控制。 (3)數(shù)據(jù)流編程 LabVIEW使用獲得的數(shù)據(jù)流編程方法，從而使你從基于廣西語言的徒工結(jié)構(gòu)編程中解脫出來。當(dāng) VI 完成后，你可以全用前面板來控制系統(tǒng)，當(dāng)VI運(yùn)行時(shí)，通過選擇開關(guān)，移動(dòng)滾動(dòng)條、放大和縮小圖像，或從鍵盤輸入數(shù)值。 LabVIEW的特點(diǎn) VI 在 LabVIEW中，一個(gè) VI 即是一個(gè)應(yīng)用程序，其表現(xiàn)形式就是一個(gè)由代表各種控制 、顯示等功能或?qū)ο蟮膱D標(biāo)或圖形模塊及其間的連接線組成的圖。本設(shè)計(jì)就是選擇 LABVIEW編程方法實(shí)現(xiàn)的虛擬儀器。目前比較普遍使用的開 發(fā)平臺(tái)有： Visual C++ , Visual Basic ,Delphi , Power Builder 等等，它們都可以作為應(yīng)用軟件的開發(fā)環(huán)境，而 HPVEE , DT VEE , LabVIEW , BridgeVIEW 等則是更高級(jí)的、可視的軟件開發(fā)平臺(tái)，特別適用于數(shù)據(jù)采集和控制方面的應(yīng)用。另外一種驅(qū)動(dòng)軟件是用戶自制的面向低層的驅(qū)動(dòng)軟件，它往往是用戶在自制的硬件模塊基礎(chǔ)之上編寫的程序，因此這種程序通常不具備通用性。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 13 軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，沒有軟件，也就無從談起虛擬儀器了。虛擬儀器的軟件可以分為幾個(gè)層次，其中包括儀器驅(qū)動(dòng)程序，應(yīng)用程序和軟面板程序。所謂虛擬儀器技術(shù)，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要來定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器功能。 LabVIEW 是真正的編譯器，用戶可以創(chuàng)建獨(dú)立的可執(zhí) 行文件，能夠脫離開發(fā)環(huán)境而單獨(dú)運(yùn)行。 綜上所述，對(duì)于電力行業(yè)的諧波治理方法有以下四種基本方法： (1)采用 Y0/Δ 、 Y0/Y、 Y/Δ 接線組別的變壓器，隔離三、九次諧波 ； (2)采用 L、 C串聯(lián)無源濾波器，對(duì)五、七次諧波進(jìn)行治理 ； (3)采用 L、 C并聯(lián)無源濾波器，對(duì)三次諧波電流進(jìn)行阻塞 ； (4)加強(qiáng)電網(wǎng)建設(shè)，擴(kuò)大電網(wǎng)容量，增加旋轉(zhuǎn)備用容量。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 12 在電力系統(tǒng)中，供電電壓波型是中心對(duì)稱的，因此基本上不含有偶次諧波，主要存在奇次諧波，而三、九次諧波可以通過 Y0/Δ 、 Y0/Y、 Y/Δ 接線組別進(jìn)行隔離。目前，在電力行業(yè)中，它多用于 35kV和 110kV變電所的 10kV母線上，兩組濾波器中的電容器容量大于變 電所無功補(bǔ)償容量，串聯(lián)電感后，諧振在五、七次諧波頻率中，使無源濾波器一物二用，具體計(jì)算公式如下： 圖 36無源濾波器 接線圖 當(dāng)無源濾波器中， L、 C串聯(lián)諧振在 n次諧波頻率時(shí)， lc XfnlfncX ??? ?? 22 1 電容器和電感在工頻時(shí)的參數(shù)： Xc＝ n2XL得，當(dāng) n＝ 5時(shí)， Xc＝ 52XL＝ 25XL Uc＝ ， Qc＝ 當(dāng) n＝ 7時(shí)， Xc＝ 72XL＝ 49XL， Uc＝ ， Qc＝ 一般在電容器無串聯(lián)電感時(shí)，電網(wǎng)額定電壓為 10kV，變壓所母線電壓在 ，電容器額定電壓多選用 11kV/ 。目前由于功率電子元件容量做不大、電壓做不高，而且成本很高，因此在現(xiàn)階段不可能大量推廣應(yīng)用。 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 11 (3)安裝濾波器。如何把這些非線性用電設(shè)備產(chǎn)生的諧波不影響或少影響其他幾級(jí)電網(wǎng)，這也是諧波治理的一個(gè)基本方法。 (1)減少非線性用電設(shè)備與電源間的電氣距離。與直接計(jì)算的 DFT要做的 2N 次復(fù)數(shù)乘法和 N（ N1）次復(fù)數(shù)加法相比較， N越大，算法與直接 DFT算法差距越大。蝶形運(yùn)算如圖 34 所示，由一次復(fù)乘和兩次復(fù)加 (減 )組成。再考慮到 KNW 的對(duì)稱性： 22NNk kKN N N NW W W W? ? ? ? （ 36） 這樣，把 (44)， (45)和 (46)式代入到 (42)式，就可以將 x(k) 的表達(dá)為前后兩部分 ( ) ( 0 ,1, , 1)2NX k k ?? 前半部分 12( ) ( ) ( ) ( 0 , 1 , 1 )2KN NX k X k W X k k? ? ? ? ( )( , , 1)2NX k k N?? 后半部分 12( ) ( ) ( ) ( 0 , 1 , 1 )2KN NX k X k W X k k? ? ? ? 其中 11221 1 1002211222 2 10022( ) ( ) ( 2 )( ) ( ) ( 2 1 )NNrk rkNNrrNNrk rkNNrrX k x r W x r WX k x r W x r W??????????? ? ????? （ 37） 這樣，只要求出到 (2N 1)區(qū)間的所有 1()xk和 2()xk值，即可求出 0到 (N1)區(qū)間內(nèi)的所有 X(k)值，這就大大節(jié)省了運(yùn)算。 設(shè) x(n)的序列長度為 2LN? (L為整數(shù) )。對(duì)實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的信號(hào)處理來說，對(duì)計(jì)算速度的要求實(shí)在是太高了，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)。它的基本思想就是利用 NW 的周期性和對(duì)稱性，使長序列的 DFT分解為更小點(diǎn)數(shù)的 DFT，從而大大減少了運(yùn)算工作量。 用于諧波分析的 DFT和 FFT算法 對(duì)電力系統(tǒng)諧波的分析方法通常采用頻域分析法，即將畸變波形分解成傅立葉級(jí)數(shù)，從而在頻域中計(jì)算出包含在畸變波形中的高次諧波分量幅值和相角。 圖 33設(shè)備示意圖 雖然這類設(shè)備單臺(tái)容量比上述兩類設(shè)備容量要小，但它的分布面廣，數(shù)量多，是目前推廣使用的技術(shù)手段，因此它的諧波污染應(yīng)引起足夠關(guān)注。 圖 32局部低壓電網(wǎng)的電壓和電流變化 波形 塔里木大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì) 6 ② 交流整流直流用電設(shè) 備的諧波產(chǎn)生的原因是由于整流設(shè)備有一個(gè)閥電壓，在小于閥電壓時(shí)，電流為零 (如圖 32所示 )。 圖 31弧電流與弧電壓的非線性 波形 此外，弧電流的波形還有一定的非對(duì)稱性。 （ 2） 交流整流的直流用電設(shè)備：如電力機(jī)車、電解、電鍍等。同樣在變壓器的電源側(cè)電壓超過額定電壓 10%以上時(shí)，也會(huì)使二次側(cè)電壓的三次諧波明顯增加。目前我國應(yīng)用的發(fā)電機(jī)有兩大類：隱極機(jī)和凸極機(jī)。要治理諧波改善供電品質(zhì)，需要了解諧波類型。非線性負(fù)荷吸收電流和外加端電壓為非線性關(guān)系，這類