【正文】 程序如圖53所示和諧波分析儀前面板如圖54所示。列出每個功能模塊需要顯示的內(nèi)容，根據(jù)所要顯示的內(nèi)容設(shè)計各個功能模塊的前面板。它具有模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出以及定時器等功能，能夠完成信號采集、A/D轉(zhuǎn)換、16通道單端模擬輸入(或8路差分輸入)，最大輸入范圍10～+10V,最小輸入范圍50～+50mV。模擬信號的信號調(diào)理硬件常對緩慢變化的信號使用多路復(fù)用方式。同時，信號調(diào)理系統(tǒng)有多種信號調(diào)理模塊可以放大輸入信號。具有精度高、線性好、頻帶寬、響應(yīng)快、過載能力強和不損失測量電路能量等優(yōu)點。 （8）Meyer函數(shù)Meyer小波函數(shù)和尺度函數(shù)都是在頻率域中進行定義的，是具有緊支撐的正交小波。：Nr=1 Nd=1，3，5Nr=2 Nd=2，4，6，8Nr=3 Nd=1，3，5，7，9Nr=4 Nd=4Nr=5 Nd=5Nr=6 Nd=8其中，r表示重構(gòu)，d表示分解。 （1）Haar小波,定義如下：（35） 這是一種最簡單的正交小波，即（36） … （2）Daubechies（dbN）小波系該小波是Daubechies從兩尺度方程系數(shù)出發(fā)設(shè)計出來的離散正交小波。具體的計算方法如下:首先采用64點FFT算法，計算出基波和各次諧波的實部和虛部，進而求得其幅值和相位，幅值求出后，就可以求出各次諧波的含有量和諧波總含量。圖32 信號正常采樣和欠采樣 諧波分析理論 諧波定義國際上公認的諧波含義為：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。即在幅度軸上對信號數(shù)字化 （3）編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制數(shù)字表示。頂層V1中間層V1底層V1底層V1底層V1底層V1中間層V1中間層V1圖31 LabVIEW層次調(diào)用結(jié)構(gòu) LabVIEW的應(yīng)用LabVIEW在包括航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，從大學(xué)實驗室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用LabVIEW的成果和開發(fā)產(chǎn)品。 LabVIEW程序設(shè)計原理LabVlEW的基本程序單位是虛擬儀器(Virtual Instruments或者VI)。 虛擬儀器開發(fā)語言LabVIEW簡介LabVIEW是實驗室虛擬儀器工程工作平臺(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的縮寫，是美國國家儀器公司(National Instruments)在1986年推出的一種革命性的圖形編程語言一G語言(Graphical Programming Language)，它采用的是數(shù)據(jù)流編程模式。系統(tǒng)總體設(shè)計方案框圖如圖21所示。這樣就實現(xiàn)了對諧波的各項指標(biāo)參數(shù)的測量分析。小波變換在時域和頻域同時具有良好的局部性，特別適合于突變信號和不平穩(wěn)信號的分析。目前，諧波測量按實現(xiàn)方法區(qū)分為頻域測量法和時域測量法兩大類。 國內(nèi)外研究狀況諧波檢測是諧波問題中的一個重要分支，準(zhǔn)確、實時檢測出電網(wǎng)中瞬態(tài)變化的畸變電流、電壓，對抑制諧波有著重要的指導(dǎo)作用，是進行繼電保護、判斷故障點和故障類型等工作的重要前提。 （2）諧波電流在輸電線路上的壓降會使用戶端的電壓波形產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，影響電氣設(shè)備的正常工作。公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流是電網(wǎng)環(huán)境最嚴(yán)重的一種污染，諧波已成為影響電能質(zhì)量的公害。其實質(zhì)是以通用計算機為硬件平臺，由用戶設(shè)計定義其測試功能，由軟件實現(xiàn)其測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。隨著各種先進技術(shù)和理論的應(yīng)用，特別是計算機在諧波檢測中的具體使用，諧波檢測的實時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。諧波檢測的主要作用有:①鑒定實際電力系統(tǒng)及諧波源的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，包括對所有諧波源設(shè)備投運時的檢測。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)計計算說明書一份，要求條目清楚、計算正確、文本整潔。但與此同時電力電子裝置帶來諧波問題對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行構(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，對電力設(shè)備危害尤其嚴(yán)重。④諧波 專題測試，如諧波阻抗、諧波潮流、諧波諧振和放大等。 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；數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計；有效值測量設(shè)計；功率測量設(shè)計；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)的存儲模塊。本論文主要內(nèi)容是虛擬諧波測試儀的設(shè)計。 課題研究的目的意義隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，對地球環(huán)境的污染和破壞也空前加劇。據(jù)統(tǒng)計，由于諧波問題引起的電容故障占電容總故障的71％一83％。國內(nèi)外對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。按照信號分析原理劃分，諧波測量又可分為FFT、KalMan濾波以及近些年興起的小波分析法。而小波變換諧波檢測方法的突出優(yōu)點是可以實時的跟蹤諧波的變化，具有實時性。第2章 諧波測試儀總體方案設(shè)計本諧波測試儀的主體設(shè)計是基于美國國家儀器公司(National Instruments Corporation，簡稱NI)生產(chǎn)的labview虛擬儀器軟件。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺專用測量儀器一樣。簡言之，LabVIEW功能強大、靈活方便。對于一項復(fù)雜的測試任務(wù)，則可按照模塊設(shè)計的概念，把測試任務(wù)分解為一系列的任務(wù)，每一項的任務(wù)還可以分解為多項小任務(wù)，直至把一項復(fù)雜的測試任務(wù)變成一系列的子任務(wù)。 （3）LabVIEW應(yīng)用于實驗室研究與自動化LabVIEW為科學(xué)家和工程師提供了功能強大的高級數(shù)學(xué)分析庫，包括統(tǒng)計、估計、回歸分析、線性代數(shù)、信號生成算法、時域和頻域算法等眾多科學(xué)領(lǐng)域，可滿足各種計算和分析需要。通過A／D，將連續(xù)信號x(t)變成數(shù)字信號x(t)。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。對于瞬態(tài)信號或高度局部化的信號（例如邊緣），由于這些成分并不類似于任何一個傅立葉基函數(shù)，它們的變換系數(shù)（頻譜）不是緊湊的，頻譜上呈現(xiàn)出一幅相當(dāng)混亂的構(gòu)成。的消失矩為N。 （5）SymletsA（symN）小波系Symlets函數(shù)系是由Daubechies提出的近似對稱的小波函數(shù)，它是對db函數(shù)的一種改進。在本論文所研究的基于虛擬儀器技術(shù)的諧波測試儀中，基本的硬件部分包括：傳感器、信號調(diào)理器、信號采集卡、計算機系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)如圖41所示。儀器信號調(diào)理模塊可以在系統(tǒng)中各種傳感器與信號間建立一個接口，借助高性能、低噪音的信號調(diào)理功能，來提高測試質(zhì)量與可靠性，這些信號調(diào)理功能包括：信號放大、隔離、多路復(fù)用、濾波、傳感器激勵、同步采樣與保持。被監(jiān)測的系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬態(tài)的高壓，如果不使用隔離，這種高壓會對計算機造成損害。濾波電路的功能在于濾除信號中的冗余部分，如高頻信號、傳輸線引進的干擾等，減少由于傳感器內(nèi)阻或傳輸線阻抗等因素帶來的測量誤差，達到提高測量精度的目的。圖42 PCI6024E型數(shù)據(jù)采集卡第5章 諧波測試儀的軟件設(shè)計功能強大的軟件是虛擬儀器的核心。這樣既便于獨立模塊的調(diào)試工作，又方便了整個系統(tǒng)在后續(xù)中的修改和完善，使系統(tǒng)具有更強的移植和升級能力。諧波分析儀前面板如圖54所示。當(dāng)點擊確定鍵之后程序會判斷用戶名是否存在，若存在則執(zhí)行下一個真條件結(jié)構(gòu)框中的程序，若輸入錯誤則執(zhí)行假條件框中的程序，即提示信息“用戶名不存在”當(dāng)用戶名輸入正確時程序開始執(zhí)行下一部分即判斷密碼是否正確。其中正弦信號（諧波）發(fā)生器中可以添加噪聲其幅值可以在前面板中根據(jù)需要輸入。圖59 諧波頻率顯示前面板 諧波小波分析用matlab中simulink仿真一諧波信號，此信號為方波信號與正弦信號疊加而成。然后信號通過通過FFT Power ，然后顯示出頻譜分析結(jié)果。For循環(huán)內(nèi)用一個公式節(jié)點實現(xiàn)電壓的平方（也可以用函數(shù)里面的平方子VI實現(xiàn)此功能）。默認設(shè)置為%3f，小數(shù)點后保留3位有效數(shù)字。For循環(huán)的次數(shù)為10，程序在執(zhí)行完10次以后自動跳出循環(huán)而停止執(zhí)行。對于虛擬諧波測試儀的設(shè)計，本文作者在初期準(zhǔn)備階段，認真閱讀和參考了大量有關(guān)虛擬儀器技術(shù)、信號處理、數(shù)據(jù)采集、軟件算法、LabVIEW等相關(guān)書籍及文獻資料。參考文獻[1] . 北京：中國電力出版社，2003：130 105109[2] 冉啟文、：國防工業(yè)出版社，2003： 113[3] 姜建國、樸曉光、趙長和、黃真、. 大慶石油學(xué)院學(xué)報，2002年3月，第26卷第1期2002年3月[4]畢會靜，電力系統(tǒng)諧波測量方法．電氣時代，2005，10：63—66[5]羅輝. 廣元 電力系統(tǒng)諧波檢測方案研究. 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Proceeding of the Ninth Internation Conference on Harmonics and Quality of Power, Orlando , Florida ,USA ,2000致 謝衷心感謝我的指導(dǎo)老師劉寧寧老師。在大學(xué)四年中，是他們在我失落時為我鼓氣，在我成功時為我喝彩，感謝他們與我一起度過了四年豐富多彩的大學(xué)生活。在此，再次深深地感謝為我的論文制作而付出心血的劉寧寧老師。本設(shè)計由于經(jīng)費問題，采用了非LabVIEW兼容的數(shù)據(jù)采集板，在數(shù)據(jù)采集方面費時頗多，因此影響了虛擬儀器面板的設(shè)計。 技術(shù)指標(biāo)（1）監(jiān)測的諧波次數(shù)：可監(jiān)測到1—50次諧波；（2）依據(jù)快速傅里葉算法的LabVIEW中的圖形化編程功能和函數(shù)模塊對諧波進行測量分析；（3）測量精度：當(dāng)諧波次數(shù)時，%，當(dāng)諧波次數(shù)時，%。Append to file？：指定是否添加到現(xiàn)有文件或替換現(xiàn)有文件，輸入為真表示添加至新文件，為假表示替換原文件數(shù)據(jù)。圖516 電壓有效值的測量 數(shù)據(jù)存儲模塊數(shù)據(jù)存儲模塊是將測量到的各項參數(shù)值存儲到各種文件中。從圖513和圖514可以看出程序僅將諧波信號通過從動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到數(shù)組數(shù)據(jù)的vi和功率譜vi就可以得出諧波的功率譜。將設(shè)計的虛擬諧波分析儀測得的實驗值與理論值進行比較。其中顯示的最高次諧波次數(shù)可以在前面板輸入控件中進行調(diào)節(jié)。圖55 諧波分析儀登陸界面程序框圖圖56 諧波分析儀登陸界面 諧波信號的產(chǎn)生信號生成由兩個信號發(fā)生器組合而成其中一個為正弦信號發(fā)生器，另一個為正弦信號（諧波）發(fā)生器。圖54 諧波分析儀前面板 登陸界面的設(shè)計 登陸界面的設(shè)計采用了labview中的條件執(zhí)行結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)類似于文本編程語言中的switch語句或if else結(jié)構(gòu)或case結(jié)構(gòu)。并對需要保存的數(shù)據(jù)寫入到電子表格中進行保存。 （2）設(shè)計每個功能模塊的前面板，前面板根據(jù)具體所要顯示的內(nèi)容來設(shè)計。本論文以NI公司的PCI6024E數(shù)據(jù)采集卡做一下參考。 (3)多路復(fù)用功能 多路復(fù)用是使用單個測量設(shè)備來測量多個信號的常用技術(shù)。為了得到最高的分辨率，要對信號放大以使調(diào)理后信號的最大電壓范圍和模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）的最大輸入范圍相等。 在本系統(tǒng)中，傳感器采用的是基于霍爾原理的閉環(huán)補償電壓互感器和電流互感器vsm025a型互感器。墨西哥帽函數(shù)在時間域與頻率域都有很好的局部化，并且滿足由于它的尺度函數(shù)不存在，所以不具有正交性。通常的用法是采用一個函數(shù)進行分解，用另外一個小波函數(shù)進行重構(gòu)?；谒鼈兊淖儞Q就是小波變換。 諧波分析方法諧波分析通常是先將信號的各次諧波(電壓或電流)的幅值和相角求出，然后由相應(yīng)的公式可以方便的求出總諧波畸變率THD、諧波含量等值。信號的采樣定理是連結(jié)離散信號和連續(xù)信號的橋梁，是進行離散信號處理與離散系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。 （2）量化量化是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，即把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的、有一定間隔的離散值?？梢姡琇abVIEW中每一個VI相當(dāng)于常規(guī)程序中的一個子程序。從而最終增強了LabVIEW的整體功能。虛擬儀器技術(shù)已被越來越多的科學(xué)工作者所認同，它在許多方面已經(jīng)突破傳統(tǒng)儀器的概念，儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化?？傮w來說，基于虛擬儀器思想所建立的諧波測試儀由兩大部分組成：硬件部分和軟件部分。另外，如果考慮時間因素，還可計算出各次諧波的有功功率、無功功率。（2）被分析的波形必須是穩(wěn)態(tài)的、隨時間周期性變化。由于電力系統(tǒng)諧波具有很強的隨機性，工程上大多是以實際測量結(jié)果作為處理問題的依據(jù)。因此，諧波研究對于減輕直至消除這些危害，對于供電和用電設(shè)備的節(jié)能，乃至于對整個社會能源利用率的提高，都具有極其重要的意義。另外降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的3次諧波電流流過中性線會導(dǎo)致中線過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。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 techno