【正文】 .... 4 本論文的主要工作 .............................................. 4 第二章 電能質(zhì)量指標(biāo)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)算法 .............................. 5 基本參數(shù)的計(jì)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(dòng)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(jì) ................................................. 15 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)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(jì) (論文 ) 信號(hào)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(jì) ................................................. 20 軟件的總體設(shè)計(jì)方案概述 ....................................... 20 系統(tǒng)主用戶(hù)界面設(shè)計(jì) ........................................... 20 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊設(shè)計(jì) ............................................. 23 有效值測(cè)量模塊 ............................................... 25 電壓偏差模塊 ................................................ 26 頻率偏差模塊 ................................................ 27 諧波測(cè)量模塊 ................................................ 28 功率測(cè)量模塊 ................................................. 29 閃變測(cè)量模塊 ................................................. 30 第六章 系統(tǒng)測(cè)試 ..................................................... 33 軟件測(cè)試方法的介紹 ........................................... 33 伏安測(cè)量模塊 ................................................. 33 電壓偏差測(cè)量模塊 ............................................. 34 頻率偏差測(cè)量模塊 ............................................. 34 諧波分析測(cè)量模塊 ............................................. 35 功率測(cè)量模塊的測(cè)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(jì) (論文 ) 1 第一章 緒 論 世界能源的現(xiàn)狀 能源是人類(lèi)社會(huì) 發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，當(dāng)前絕大多數(shù)國(guó)家都是以石油煤炭等礦 物質(zhì)燃料為主要能源。太陽(yáng)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(jí) 利用，太陽(yáng)能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電技術(shù)受到世界各國(guó)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(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)一直在沿著增大單機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)白診斷功能，安全保護(hù)措施更加完善，并且實(shí)現(xiàn)了單機(jī)獨(dú)立控制、多機(jī)群控和遙控，完全可以無(wú)人值守。預(yù)計(jì)到 2020 年我國(guó)風(fēng)力發(fā)電將達(dá) 3000 萬(wàn)千瓦。 IEEE 技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)采用“ Power Quality”這一術(shù)語(yǔ)，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(yán)重的情況是整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)突然切出，引起系統(tǒng)的頻率瞬時(shí)降低。在電能輸送的過(guò)程中，電力系統(tǒng)受到各種因素的影響，到達(dá) 用戶(hù)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(shí)實(shí)測(cè)電壓與額定電壓之差，用以下公式 求出電壓偏差。地電壓運(yùn)行會(huì)使電網(wǎng)有功功率損耗和無(wú)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(biāo)之一的“三相電壓允許不平衡度 ” 是針對(duì)正常不平衡工況制定的。 電網(wǎng)諧波分析 近年來(lái)，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(fù)荷在電力電子系統(tǒng)中的使用越來(lái)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(chēng)為諧波污染。同時(shí)，由于上述負(fù)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(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。 在獲得瞬時(shí)閃變值 S(t)的基礎(chǔ)山上計(jì)算短時(shí)閃變值 。 （ 2） 虛擬儀器的測(cè)量功能是由軟件編寫(xiě)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。虛擬儀器將信號(hào)分析、顯示、存儲(chǔ)和其它 管理交由計(jì)算機(jī)來(lái)集中處理，充分利用了計(jì)算機(jī)強(qiáng)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(cè)試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)試、監(jiān)控和故障診斷等功能，以充分利用有效資源，提高測(cè)試效率。為了方便測(cè)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(wú)論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的后續(xù)分析工作也就變得毫無(wú)意義。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 46 電流 信號(hào) 調(diào)理電路 圖 47 電壓電流信號(hào)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(jìn)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(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，程序?qū)?jīng)傳感器、信號(hào)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(hào)采用合適的算法進(jìn)行運(yùn)算、分析得到檢測(cè)結(jié)果，并以波形、數(shù)據(jù)等形式顯示出來(lái)以便觀察。 報(bào)警，電壓偏差超出 7%～ 10%報(bào)警， 否則，表示正常 ，如圖 54所示 。 圖 57 系統(tǒng)用戶(hù)界面 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 模塊設(shè)計(jì) 采集信號(hào)經(jīng)過(guò)傳感器、信號(hào)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(lái)配置測(cè)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(huì)將數(shù)據(jù)傳遞至下一幀。 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(jì) (論文 ) 27 電壓偏差的程序框圖的設(shè) 計(jì)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(jì)根據(jù)公式（ 211）進(jìn)行，對(duì)于信號(hào)的頻率測(cè)量使用 LabVIEW提供的“ Extract Single Tone ”函數(shù)，如圖 516 所示； 檢測(cè)到的頻率為進(jìn)過(guò)調(diào)理后的信號(hào)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(gè)點(diǎn)，因此根據(jù) f= /N 計(jì)算系統(tǒng)的頻率。本設(shè)計(jì)中 連續(xù)采樣了 5 個(gè)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(biāo)志及端口 用離散的方法計(jì)算出瞬時(shí)閃變值后就可以進(jìn)一步計(jì)算短時(shí)間閃變值 ， 本設(shè)計(jì)中采用排序方法計(jì)算短時(shí)間閃變值，由于在一段時(shí)間內(nèi) (10min)各瞬時(shí)閃變值是相等 時(shí)間間隔上離散的 S(k)序列，如果其中不小于某個(gè)瞬時(shí)閃變值 p 的 所有項(xiàng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間占 整個(gè)時(shí)段的 N%，則其中不小于某個(gè)瞬時(shí)閃變值 p 的所有項(xiàng)的個(gè)數(shù)也應(yīng)該占該時(shí)段內(nèi)總瞬時(shí)閃變值個(gè)數(shù)的 N%，故 CPF 曲線上 %、 1%、 3%、 10%、 50%縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)閃變值 、 、 、 分別是該段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)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(duì)應(yīng)的概率大值代入式 (216)即可。 （ 4）模型測(cè)試 :即核算所有計(jì)算結(jié)果。 圖 62 電壓偏差測(cè)量模塊測(cè)試結(jié)果 頻率偏差測(cè)量模塊 圖 63是頻率偏差測(cè)量模塊的測(cè)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(shí)測(cè)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(shí)間的限制，開(kāi)發(fā)的電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還必須在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善 ： 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 38 (1)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雖然完成了對(duì)電壓、電流、諧波、頻率 和功率的測(cè)量，但僅 僅是單相的，以后可以把這部分整合進(jìn)來(lái)完成對(duì) 三相不 平衡的測(cè)量 。論文完成的主要工作有以下幾點(diǎn) : (l)分析了 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì) 電能質(zhì)量參數(shù) 的影響 ， 提出對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)的必要性； (2)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的指標(biāo)及測(cè)量方法進(jìn)行了仔細(xì)研究，找出了相應(yīng)的測(cè)量方法。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 圖 61 伏安測(cè)量模塊 測(cè)試結(jié)果 電壓偏差測(cè)量模塊