【正文】 .... 4 本論文的主要工作 .............................................. 4 第二章 電能質(zhì)量指標的國家標準及相關(guān)算法 .............................. 5 基本參數(shù)的計算 ................................................ 5 供電電壓允許偏差 .............................................. 6 電力系統(tǒng)頻率允許偏差 .......................................... 7 三相電壓允許不平衡度 .......................................... 8 電網(wǎng)諧波分析 .................................................. 9 諧波的含義 ............................................. 10 諧波產(chǎn)生的原因和影響 ................................... 10 電壓波動和閃變 ............................................... 11 第三章 虛擬儀器技術(shù)概述 ............................................. 13 虛擬儀器的概念 ............................................... 13 虛擬儀器的 構(gòu)成 ............................................... 13 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較 ....................................... 14 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................. 15 系統(tǒng)總體設(shè)計結(jié)構(gòu) ............................................. 15 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 ............................................... 16 傳感器 ....................................................... 16 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 信號調(diào)理電路 ................................................. 17 數(shù)據(jù)采集卡介紹 ............................................... 18 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................................. 20 軟件的總體設(shè)計方案概述 ....................................... 20 系統(tǒng)主用戶界面設(shè)計 ........................................... 20 數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計 ............................................. 23 有效值測量模塊 ............................................... 25 電壓偏差模塊 ................................................ 26 頻率偏差模塊 ................................................ 27 諧波測量模塊 ................................................ 28 功率測量模塊 ................................................. 29 閃變測量模塊 ................................................. 30 第六章 系統(tǒng)測試 ..................................................... 33 軟件測試方法的介紹 ........................................... 33 伏安測量模塊 ................................................. 33 電壓偏差測量模塊 ............................................. 34 頻率偏差測量模塊 ............................................. 34 諧波分析測量模塊 ............................................. 35 功率測量模塊的測試 ........................................... 35 第七章 結(jié)論與展望 ................................................... 37 結(jié) 論 ....................................................... 37 展 望 ....................................................... 37 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 1 第一章 緒 論 世界能源的現(xiàn)狀 能源是人類社會 發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，當(dāng)前絕大多數(shù)國家都是以石油煤炭等礦 物質(zhì)燃料為主要能源。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。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。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。預(yù)計到 2020 年我國風(fēng)力發(fā)電將達 3000 萬千瓦。 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”。最嚴重的情況是整個風(fēng)電場突然切出，引起系統(tǒng)的頻率瞬時降低。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。 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。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。作為電能質(zhì)量指標之一的“三相電壓允許不平衡度 ” 是針對正常不平衡工況制定的。 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。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。 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。 在獲得瞬時閃變值 S(t)的基礎(chǔ)山上計算短時閃變值 。 （ 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。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。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。 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。 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。 報警，電壓偏差超出 7%～ 10%報警， 否則，表示正常 ，如圖 54所示 。 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。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。 圖 514 Averaged 圖標及端口 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。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。 圖 522 FFT Spectrum（ MagPhase） .vi 標志及端口 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。 （ 4）模型測試 :即核算所有計算結(jié)果。 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。 展 望 由于條件和時間的限制，開發(fā)的電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)還必須在以下幾個方面進行完善 ： 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 38 (1)本系統(tǒng)實現(xiàn)了雖然完成了對電壓、電流、諧波、頻率 和功率的測量，但僅 僅是單相的，以后可以把這部分整合進來完成對 三相不 平衡的測量 。論文完成的主要工作有以下幾點 : (l)分析了 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對 電能質(zhì)量參數(shù) 的影響 ， 提出對電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測的必要性； (2)對電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的指標及測量方法進行了仔細研究，找出了相應(yīng)的測量方法。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 34 圖 61 伏安測量模塊 測試結(jié)果 電壓偏差測量模塊