【正文】 第 21 頁量等優(yōu)點(diǎn)。 〔19〕 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁原始電壓信號(hào)原始電流信號(hào)傳感器信號(hào)調(diào)理（多路電氣量隔離、放大、濾波、線性化變換）信號(hào)采集卡裝有虛擬儀器軟件的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理分 析數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)存儲(chǔ)報(bào)表打印結(jié)果顯示圖 41 總體結(jié)構(gòu)圖傳感器 信號(hào)調(diào)理電路 數(shù)據(jù)采集卡 計(jì)算機(jī)圖 42 硬件結(jié)構(gòu)圖1. 傳感器 模擬信號(hào)在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡之前應(yīng)先通過傳感器變換成符合采集卡量程要求的電壓、電流信號(hào)。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 基于虛擬儀器的電能質(zhì)量參數(shù)分析系統(tǒng)同樣必須具備傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)的三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和結(jié)果顯示模塊。儀器驅(qū) 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁動(dòng)程序是提高虛擬儀器程序運(yùn)行效率的關(guān)鍵。LabVIEW 軟件有三種類型的濾波器，IIR 濾波器、FIR 濾波器以及非線性響應(yīng)濾波器?？梢哉f，正是因?yàn)椴捎昧诉@些由軟件實(shí)現(xiàn)的功能模塊，替代了原來必須用硬件完成的數(shù)字信號(hào)處理分析功能，才出現(xiàn)了“軟件就是儀器”的概念，開發(fā)出的儀器才被稱為虛擬儀器。 和傳統(tǒng)程序一樣，在編制虛擬儀器程序時(shí)，需要不斷對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試分析， 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁LabVIEW 程序調(diào)試功能十分強(qiáng)大易用，可以靈活設(shè)定程序斷點(diǎn)，進(jìn)行帶數(shù)據(jù)探針的單步運(yùn)行，加亮執(zhí)行程序進(jìn)行數(shù)據(jù)流追蹤判斷。在 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境中，后臺(tái)流程圖與前面板控制顯示對(duì)象對(duì)應(yīng)，開發(fā)人員的任務(wù)是通過連接不同功能的函數(shù)模塊使數(shù)據(jù)流從輸入對(duì)象經(jīng)過處理傳送到輸出對(duì)象。控制端口圖標(biāo)的邊框?yàn)榇謱?shí)線，端口右側(cè)有一個(gè)享有的箭頭，表示輸出數(shù)據(jù)，指示端口的圖標(biāo)的邊框?yàn)榧?xì)實(shí)線，端口左側(cè)有一個(gè)向左的箭頭，表示輸入數(shù)據(jù)。6)LabVIEW 提供對(duì) TCP/IP, UDP 等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持，可以實(shí)現(xiàn)儀器測(cè)量網(wǎng)絡(luò)化。 3) LabVIEW 支持的數(shù)據(jù)類型于其他高級(jí)語言(如 C 語言)相同，包括:數(shù)值型，文本型，布爾型，串和簇(相當(dāng)于 C 語言中的結(jié)構(gòu))，同時(shí)它和 C 語言一樣支持順序、循環(huán)、選擇等結(jié)構(gòu)，具有自動(dòng)報(bào)錯(cuò)和處理功能。 LabVIEW 的特點(diǎn) 與其它編程語言相比，LabVIEW 具有以下特點(diǎn): 1） LabVIEW 采用了可視化編程技術(shù)，在前面板上提供了工業(yè)領(lǐng)域多種顯示和控制對(duì)象，如開關(guān)、旋鈕、LED 指示燈、儀表、圖形等。 [1] 在 LabVIEW 中，一個(gè)虛擬儀器(VI)程序由兩部分組成:前面板(Front Panel)和流程圖(Block Diagram)。如 NI 公司的LabVIEW，HP 公司的 HPVEE 等。1992 年 UIE 又作出詳細(xì)的論述，其框圖如圖 21所示。目前常用的電壓波動(dòng)檢測(cè)方法主要有三種:平方解調(diào)檢波法、整流檢波法、有效值檢波法。 電壓波動(dòng)與閃變的限值標(biāo)準(zhǔn)（GB 12326—2022）電壓變動(dòng) d 的限值和變動(dòng)頻度 r 有關(guān)：當(dāng) 時(shí)，對(duì)于低壓（LV）和10??hr中壓（MV） ，d=%～4%；對(duì)于高壓（HV） ，d=1%～3%；對(duì)于隨機(jī)不規(guī)則的變動(dòng)，d=2%（LV，MV）和 d=%（HV） 。通常多以一次電壓變動(dòng)值與標(biāo)稱電壓的比值的百分?jǐn)?shù)來表示電壓變動(dòng)的相對(duì)百分值 d，即 (210)%101021 ??????NNUU電壓波動(dòng)是指一系列電壓波動(dòng)或工頻電壓包絡(luò)線的周期變化。因此，對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的研究顯得越來越重要。當(dāng)采樣頻率低于 2 倍的奈奎斯特頻率( )時(shí)，原信號(hào)中高于 的頻譜分量將會(huì)在低于 頻譜中再現(xiàn)，csf2?2/cf /cf即會(huì)出現(xiàn)頻譜混疊，會(huì)使頻譜分析出現(xiàn)誤差。提高電能質(zhì)量，防止諧波的危害，限制電力系統(tǒng)的諧波，就是要把上述指標(biāo)限制在國標(biāo)規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。(1)諧波含有率(Harmonic Ratio HR): k 次諧波分量的有效值(或幅值)與基波分量的有效值(或幅值)的比值。傅里葉變換作為經(jīng)典的信號(hào)分析方法己經(jīng)比較成熟。非正弦波形的電流在供電系統(tǒng)中傳輸時(shí)將迫使沿途電壓下降，其電壓波形也將受其影響而產(chǎn)生不同程度的畸變。雖然實(shí)際上很難完全做到，因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)負(fù)荷是變動(dòng)的，而負(fù)荷的變動(dòng)會(huì)影響系統(tǒng)中諧波含量，但在實(shí)際分析中只要被分析的現(xiàn)象或情況持續(xù)一段適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，就可以應(yīng)用傅里葉變換。例如，我國的電力系統(tǒng)額定頻率為 50Hz，則其基波為 50Hz，二次諧波為 100Hz，三次諧波為 150Hz。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，常常也稱之為高次諧波。 含有零序分量的的三相系統(tǒng)對(duì)于含有零序分量的三相系統(tǒng)中，應(yīng)用對(duì)稱分量法，分別先利用(24)式求出正序分量和負(fù)序分量，然后利用(23)式求出不平衡度。事故性的不平衡是由于三相系統(tǒng)中某一相或兩相出現(xiàn)故障所致，這種不平衡工況是系統(tǒng)運(yùn)行不允許的，一般由繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置動(dòng)作切除故障元件后在短期內(nèi)使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。2)用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過 Hz，根據(jù)沖擊負(fù)荷的性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件也可以適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。但是，由于電力系統(tǒng)負(fù)荷不斷變動(dòng)，電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負(fù)荷變化又有一定的慣性，致使系統(tǒng)頻率總是一直處于變動(dòng)的動(dòng)態(tài)之中，不可避免地偏離標(biāo)稱值，即產(chǎn)生頻率偏差。 電壓偏差標(biāo)準(zhǔn)（GB 123251990） 允許限制: 1）35kV 及以上為正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過 10%；2）10kV 及以下三相供電為177。(2)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的危害 交流輸電有個(gè)同步運(yùn)行穩(wěn)定問題，輸電線的輸送功率受穩(wěn)定極限的限制，特別是小擾動(dòng)下的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限與電網(wǎng)運(yùn)行電壓有很大的關(guān)系，電壓越低，功率極限越低，越容易發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 電壓偏差產(chǎn)生的原因和對(duì)電力系統(tǒng)的危害電力系統(tǒng)中的負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)組的出力隨時(shí)發(fā)生變化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)隨著運(yùn)行方式的改變而改變，系統(tǒng)故障等因素都將引起電力系統(tǒng)功率的不平衡。當(dāng)其電壓輸入端子出現(xiàn)電壓偏差時(shí)，其運(yùn)行參數(shù)和壽命將會(huì)受到影響，影響程度視偏差的大小、持續(xù)的時(shí)間和設(shè)備狀況而異。而電能質(zhì)量指標(biāo)的控制又需要相當(dāng)?shù)耐度?電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)、有功功率和無功功率的平衡、各種調(diào)頻、調(diào)壓、濾波和無功補(bǔ)償裝置的使用以及調(diào)度和運(yùn)行技術(shù)的管理等)。(5)利用仿真的方法對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行了試驗(yàn)，并給出了試驗(yàn)結(jié)果。(2)詳細(xì)闡述了電能質(zhì)量指標(biāo)的定義并對(duì)電能質(zhì)量參數(shù)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入的研究。由于小波函數(shù)本身衰減很快，也屬一種暫態(tài)波形，將其用于電能質(zhì)量分析領(lǐng)域，尤其是暫態(tài)過程分析領(lǐng)域?qū)⒕哂?FFT, STFT 所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。目前經(jīng)過改進(jìn)的快速傅里葉變換((FFT)和短時(shí)傅里葉變換(STET)己經(jīng)成為電能質(zhì)量分析的基礎(chǔ)。由于分析數(shù)據(jù)必須以足夠高的采用速率進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)，而且長(zhǎng)期在線進(jìn)行，所以存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)非常的大。此外，在模仿開關(guān)的開合過程時(shí)，還會(huì)引起數(shù)值振蕩。目前較通用的時(shí)域仿真程序主要有 EMTP, EMTDC, NETOMAC 等系統(tǒng)暫態(tài)仿真程序和 SPICE, PSPICE, SABER 等電力電子仿真程序兩大類。近年來，基于數(shù)字技術(shù)的的各種分析方法己經(jīng)在以下的電能質(zhì)量領(lǐng)域中得到廣泛地應(yīng)用：分析諧波在網(wǎng)絡(luò)中的傳播、分析各種擾動(dòng)源引起的波形畸變、開發(fā)各種電能質(zhì)量控制裝置等。鑒于以上原因，本課題在研究新型的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)裝置時(shí)采用了先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)思想，通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源和儀器硬件有機(jī)地結(jié)合起來，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，使得開發(fā)的基于虛擬儀器技術(shù)的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有功能靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于克服目前電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的局限性、采取措施提高供電質(zhì)量都具有重要的意義。 2)生產(chǎn)調(diào)試率低下問題。只有對(duì)電能質(zhì)量的各種參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，才能夠正確評(píng)估電能質(zhì)量的好壞，及時(shí)地找出引起電能質(zhì)量惡化的原因，從而提出電能質(zhì)量問題整改的方案，為有關(guān)部門采取有效措施隔離或降低電能質(zhì)量惡化的危害提供決策支持。以上這些現(xiàn)象都屬于電能質(zhì)量方面的問題，它們對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行極為不利，嚴(yán)重地威脅電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至還會(huì)對(duì)電能質(zhì)量要求較高的電力用戶造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在電力發(fā)展的初期，電力供應(yīng)比較緊張，人們把關(guān)注的焦點(diǎn)放在電力供應(yīng)的量上，對(duì)電能質(zhì)量的關(guān)注程度不多。近年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及測(cè)試測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)了虛擬儀器(Virtual Instrument，簡(jiǎn)稱 VI )技術(shù)的不斷發(fā)展。 LabVIEW目 錄摘要第一章 緒論 1 引言 1 本課題提出的背景和研究意義 1 電能質(zhì)量參數(shù)分析方法 2 國內(nèi)外衡量電能質(zhì)量的指標(biāo) 2 電能質(zhì)量參數(shù)的分析方法 3 論文的研究思路和 主要內(nèi)容 4第二章 電能質(zhì)量指標(biāo)綜述 5 供電電壓允許偏差 5 概念 5 電壓偏差產(chǎn)生的原因和對(duì)電力系統(tǒng)的危害 5 電壓偏差標(biāo)準(zhǔn) 6 電力系統(tǒng)的頻率偏差 6 三相電壓不平衡度 6 含有零序分量的的三相系統(tǒng) 7 沒有零序分量的三相系統(tǒng) 7 三相電壓不平衡度的限值 8 電網(wǎng)諧波分析 8 諧波的含義和性質(zhì) 8 諧波產(chǎn)生的原因和影響 8 諧波限值標(biāo)準(zhǔn) 9 諧波畸變的指標(biāo) 9 諧波測(cè)量中的采樣問題 10 電壓波動(dòng)和閃變 10 電壓波動(dòng)和閃變的定義 10 電壓波動(dòng)與閃變的限值標(biāo)準(zhǔn) 11 電壓波動(dòng)和閃變的 IEC 測(cè)量 11 本章小結(jié) 13第三章 虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái) LABVIEW 14 LABVIEW 簡(jiǎn)介 14 LABVIEW 的特點(diǎn) 14 LABVIEW 中的常用數(shù)據(jù)類型 15 采用 LABVIEW 編制虛擬儀器程序的步驟 16 采用 LABVIEW 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析處理 17 LABVIEW 的儀器驅(qū)動(dòng) 17第四章 基于虛擬儀器的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)的工作原理 18 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 18 系統(tǒng)的硬件部分 18 系統(tǒng)的軟件部分 21 系統(tǒng)的功能模塊 21 各電能質(zhì)量參數(shù)的數(shù)字化實(shí)現(xiàn) 22 基本參數(shù)的數(shù)字化測(cè)量 23 頻率追蹤測(cè)量 24 三相不平衡度的測(cè)量 24 相位測(cè)量 24 諧波分析 25 本章小結(jié) 25第五章 電能質(zhì)量分析系統(tǒng)各功能模塊的軟件實(shí)現(xiàn) 26 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路 26 電能質(zhì)量參數(shù)分析系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn) 27 登錄界面 27 主界面 28 伏安測(cè)量 31 功率測(cè)量模塊 32 不平衡度及相角模塊 34 諧波分析模塊 35 本章小結(jié) 39第六章 系統(tǒng)軟件測(cè)試 40 軟件測(cè)試方法的介紹 40 系統(tǒng)軟件的測(cè)試過程 40結(jié)論和展望 41參考文獻(xiàn) 42英文原文 43中文譯文 54致謝 61 中國礦業(yè)大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁第一章 緒論 引言現(xiàn)代社會(huì)中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度通常作為一個(gè)國家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一。虛擬儀器。接著確定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)論述了利用 LabVIEW 開發(fā)本系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊。以虛擬儀器技術(shù)為平臺(tái)建立的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能單一、升級(jí)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)。本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)題目： 基于 LabVIEW 的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)院 應(yīng) 用技 術(shù) 學(xué)院 專業(yè) 年 級(jí) 電 氣工程及其自 動(dòng) 化 學(xué)生姓名 任 務(wù) 下 達(dá) 日 期 ： 2022 年 3 月 20 日畢業(yè)設(shè)計(jì)日期： 2022 年 3 月 20 日 至 2022 年 6 月 10 日畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：基于 LabVIEW 的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)專題題目：畢業(yè)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容和要求：現(xiàn)今社會(huì)對(duì)電能質(zhì)量要求日益提高，而電網(wǎng)電能污染卻日趨嚴(yán)重，考慮到傳統(tǒng)電能質(zhì)量分析系統(tǒng)存在很多缺陷，本設(shè)計(jì)研究了采用虛擬儀器思想的電能質(zhì)量分析系統(tǒng)，具體內(nèi)容和要求如下：，確立研究思路。虛擬儀器具有豐富的軟件功能、簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)、高度的智能化等特點(diǎn)。然后將電壓偏差、頻率偏差、電網(wǎng)諧波及三相不平衡作為主要的研究對(duì)象，對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了研究和離散化處理。電能質(zhì)量分析系統(tǒng)。 Virtual Instrument。傳統(tǒng)的電能參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以硬件為核心，功能單一，已經(jīng)逐漸無法滿足日益復(fù)雜的、實(shí)時(shí)性、多參數(shù)測(cè)試要求。 本課題提出的背景和研究意義 對(duì)供電質(zhì)量及可靠性的要求日益提高是和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與科學(xué)技術(shù)進(jìn)步相聯(lián)系的。由于在供電系統(tǒng)中應(yīng)用了大量的變頻器、整流設(shè)備、電弧爐等非線性負(fù)載，使得電網(wǎng)中的諧波污染情況日趨嚴(yán)重，諧波含量不斷增加；由于個(gè)別超高壓輸電線路不循環(huán)換位和電力機(jī)車等大容量非對(duì)稱負(fù)載的接入，局部電網(wǎng)的不對(duì)稱度非常嚴(yán)重；由于大容量軋鋼機(jī)等沖擊性負(fù)載的接入，部分電網(wǎng)的暫態(tài)干擾較大，電