【正文】 圖 62是電壓偏差測量模塊的測量結果，圖中的數值顯示控件反映了系統(tǒng)的電壓、實測電壓以及點偏差度。 （ 2）窮舉測試 :即程序運行的各個要求都應該測試。然后利用公式（ 511）上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 31 計算瞬時閃變值。 圖 519 諧波分析程序框圖 功率測量模塊 為了方便功率測量模塊的設計，前面 先分別采集電流電壓數據存儲在“電流數據”和“電壓數據”的 excel 表格中，然后利用 LabVIEW 的“ Build ”函數將“電壓數據”和“電流數據”合成一個新的表格為“電壓電流數據庫 .xls” 。 利用公式（ 24）、（ 25）通過一系列的運算完成有效值計算的程序設計，圖 51513 即為有電壓和電流 有 效值計算的程序。 圖 58 Write To Spreadsheet 圖標及端口 圖 59 Read From Spreadsheet 圖標及端口 如圖 510 所示，數據存儲采用了 平鋪式順序結構和定時循環(huán)結構。鑒于此種情況，在設計主界面時我使用了 LabVIEW 自帶的選項卡控件，將不同種類的數據指標放置在不同的選項卡 中，這樣不僅 使界面顯得美觀，而且也方便用戶對數據的檢測，讓用忽悠一目了然的感覺。呈紅色時，表示越限。圖 48 為 DAQ Assistant配置端口及采樣頻率界面，這里采用了連續(xù)采樣方式，采樣頻率設為 1KHz，即每周期采樣 20 個點。 圖 47 為電壓電流信號調理電路板，其中電壓和電流傳感器為177。 圖 42 系統(tǒng)硬件構成 傳感器 模擬信號在進入數據采集卡之前應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。虛擬儀器通常具有標準化的總線或通信接口，具有與其他設備互聯(lián)的能力。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 14 圖 31 虛擬儀器的系統(tǒng)構成 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比有如下特點： （ 1）“軟件就是儀器”，用戶可以自定義測量功能。“虛擬”二字主要包含一下兩個方面的含義： （ 1） 虛擬儀器的面板是虛擬的。 (2)對數列 U(N)進行傅里葉分 解，求出其離散的頻譜數列 (k)，各頻率幅值的 2 倍對應著該頻率正弦電壓均方根值曲線波動的峰峰值，即電壓波動 值，該值除以在該頻率上產生 一個單位瞬時閃變值所需的電壓波動值后平方，獲得該頻率下的瞬時閃變值。隨著工業(yè)的發(fā)展，這類負荷的功率越來越大，是電網電壓很容易產生波動和閃變，嚴重影響了電網的電能質量。 在國際電工 標 準中（ IEC 5552， 1982）、國際大電網會議（ CIGRE）的文獻中對諧波也有了明確的定義：諧波分量為周期量的傅里葉級數中大于 1 的 n 次分量； IEEE 標準中的定 義為：諧波為一周期波或量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數倍。 如果將式中的電壓符號換成電流符號，就可以求出電流的三相不平衡度。 電力系統(tǒng)頻率是指單位時間內電信號周期性運動的次數，所謂頻率偏差是 指電力系統(tǒng)頻率的實際值和標稱值（工頻）之差，其表達式為： △ f=f (211) 式中 f—— 實際 供電頻率， Hz —— 供電網額定頻率， Hz 《電能質量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差》（ GB/T 159451995）規(guī)定： (1)電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為 ，當系統(tǒng)容量較小是偏差值可以放寬到； (2)用戶沖擊負荷引起的系統(tǒng)頻率變動一般不得超過 ，根據負荷的性質和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當變動限制，但應保證近區(qū)電力網 發(fā)電機組和用戶的安全穩(wěn)定運行以及正常供電； (3)用于頻率偏差指標評定的測量須用具有統(tǒng)計功能的數字是自動記錄儀表其絕對誤差不大于 ； 三相電壓允許不平衡度 在理想的三相交流電力系統(tǒng)中，三相 相量大小相等、頻率相同且按互差 2 /3 時，稱三相平衡系統(tǒng)，否則稱三相 不平衡系統(tǒng)。 （ 3） 對電網經濟運行的影響 輸電線路和變壓器在輸送相同功率的條件下，其電流的大小和運行的電壓成反比。 基 本參數的計算 電力系統(tǒng)基本電氣量主要包括 :電流有效值、電壓有效值、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數。而電能質量指標是電能質量各個方面的具體描述，不同的指標有不同的定義和規(guī)定。 風速的變化對風電機組引起的電壓波動和閃變具有直接的影響，風速的變化和風機的塔影效應都會導致風機出力的波動，而其波動正好處在能夠產生電壓閃變的頻率范圍之內 (低于 25Hz)，因此，風機在正常運行時也會給電網帶來閃變問題；電壓波動和閃變是風力發(fā)電 對電網電能質量的主要負面影響之一。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機、變壓器和線路等設備非線性或不對稱，負荷性質多變，加之調控手段不完善及運行操作、外來干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產生了電網運行、電力設備和供用電環(huán)節(jié)中的各種問題，也就產生了電能質量的概念。 而“十一五”上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 3 期間我國也實施了《可再生能源法》，風 力發(fā) 電建設的步伐也明顯加快， 2020 一年間新增裝機容量中國已是第一名 ， 比第二名的美國多出兩倍多 ，這也意味著中國已經成為風電大國了。 近 20 年來，德國、美國、丹麥、中國等國家投入了大量的人力、物力 和財力研究可以商業(yè)運營的風力機，取得突破性的進展。上世紀 80 年代 55 千瓦風力機的出現(xiàn)是現(xiàn)代風力發(fā)電機工業(yè) 和 技術 上的一個突破。在30 多年內能源消費總量翻了一番，年均增長率為 %左右。但由于風資源的不確定性和風電機組本身的運行特性使風電機組的輸出電量是波動的，當風電機組并網運行時，會影響電網的電能質量，如電壓偏差、電壓波動和閃變、諧波等 ，嚴重時會對弱電網的安全穩(wěn)定性造成危害，因此風力發(fā)電場對接入電網的影響不容忽視。 自 19 世紀 70 年代的產業(yè)革命以來，化石燃料的消費量急劇增長。 據統(tǒng)計， 2020 年風電占歐盟整個電力消費的 %，而根據歐盟制定的 2020 年能源行動計劃，風電占整個歐盟電力消費的比例達到 14%，因此，未來 10 年歐洲風力發(fā)電的發(fā)展仍將獲得政策上的保障。到 2020 年年前后，主流機型已經達 到了 兆瓦以上?，F(xiàn)代風力機技術可以說是現(xiàn)代高科技的完善組合，主要零部件都是國際上最具有實力的企業(yè)生產的，設計壽命可達 20 年，基本上不需維修，只要定期維護就可以了。 隨著未來風力發(fā)電裝機容量的不斷增加，風力發(fā)電對接入電網的影響和電力諧波不容忽視，而且不穩(wěn)定的風速，所造成的電壓、頻率波動和電力諧波會對接入電網品質造成直接的影響，嚴重時會對弱電網的安全穩(wěn)定性造成危害。我國一般采用“電能質量”這一術語。 無論何種類型的風電 機組，發(fā)電機本身產生的諧波是不可忽略的，諧波電流的來源是風電機組中的電力電子元件，諧波干擾的程度取決于變流裝置以及濾波系統(tǒng)的結構狀況，以及和機組的輸出功率有關，即與風速的大小相關 。隨著 非線性負荷 、沖擊性負荷的容量和數量的不斷增大，電網受到嚴重的干擾，電能不斷的惡化。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 7 電壓偏差（ %） = x100% （ 210） 引起電壓偏差的因素有無功功率不足、無功補償過量、傳輸距離過長、電力負荷 過重和過輕等，其中無功功率不足和線路的電壓損耗是造成電壓偏差的主要原因。 在國家標準《電能質量供電電壓允許偏差》（ GB/T 123252020）中規(guī)定：供電電壓允許偏差 （ 1） 35KV 及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的 10%； （ 2） 10KV 及以下三相供電電壓允許偏差為額定電壓的 177。 在研究不對稱的三相電力系統(tǒng)時廣泛使用對稱分量法，通常以電壓或電流負序分量上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 9 與正序分量均方根值的百分比來表示三相不平衡度。諧波污染將影響電能的質量，對電力系統(tǒng)的安全、經濟運行造成極大的影響。 諧波對電網的危害，當系統(tǒng)含有高次諧波時，用于無 功補償的并聯(lián)電容器組投入運行時，會產生放大原有諧波的現(xiàn)象，當系統(tǒng)的諧波感抗與電容器的諧波容抗相等時，就會 發(fā)生諧振；此時，系統(tǒng)的線損與高次諧波的含有率的平方成正比，諧波對網絡線損有很大的危害。 電壓波動值為電壓均方根值 兩個極值 與 的差值，通常用額定 電壓 的百分數表示其相對百分值 d，即 d= 100%= 100% (213) 電壓波動通常會引起許多電工設備不能正常工作，如 電視畫面質量、電子儀器工作失常、 白熾燈閃爍等等。 對瞬時閃變值 S(t)進行十分鐘的統(tǒng)計，生成累計概率函數（ CPF） ,然后利用 5個固定值計算短時時間閃變值 ： = (216) 式中 5個固定值 、 、 、 、 分別代表 CPF 曲線上縱坐標為 %、 1%、 3%、10%、 50%所對應的橫坐標值。 虛擬儀器的構成 從構成要素上講，虛擬儀器由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大部分組成，如圖 31 所示。 （ 3）靈活性和擴展性強，性價比高，便于組成復雜的測試系統(tǒng)。上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 15 第四章 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)總體設計結構 本論文研究了基于虛擬儀器技術的 風力發(fā)電并網 電能質量監(jiān)測系統(tǒng)，所謂的虛擬儀器，就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)，它不但具有傳統(tǒng)儀器、儀表的全部功能，同時還可以充分地利用計算機強大的信息處理能力、存儲容量和網絡功能，實現(xiàn)電能質量參數監(jiān)測中的數據讀取、存儲、分析以及與數 據庫連接等，此外虛擬儀器具有功能豐富的面板，使得測量結果更加直觀清晰。 本設計中用的是 基于霍爾原理的 LV25P 電壓互感器和 LA55P 電流互感器，電壓傳感器的測量范圍為 10500V，它把原邊 的電流以 1 ： 的比例變換為副邊的電流，在通過一個接地電阻即可獲取電壓值 ，圖 43為其使用圖 。 該 系列的 多功能數據采集 (DAQ)模塊結合了最新的低價位 PC 技術，可為高通道數的數據采集上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 19 及控制系統(tǒng)提供同步采樣。 系統(tǒng)主用戶界面設計 用戶界面的設計，即前面板的設計。 圖 54 報警顯示模塊 數據顯示模塊 該模塊實現(xiàn)了對檢測結果的顯示，包括電壓有效值（ V）、 電壓直流分量（ V） 、 電流有效值（ A） 、 電流直流分量（ A） 、 P（ W）、 S(W)、 Q(W)、功率因數等的顯示，如圖 55所示 。 這里使用的是 PXI6143 模擬輸入的 ai0 和 ai1 口來分別采集電流與電壓信號，采樣頻率設置為 1KHz，電網頻率為50Hz，因此每周期采樣數位 20。 定時循環(huán)結構是在普通的 While 循環(huán)的基礎上添加了定時功能，可以根據外界輸入的定時器來周期性地進入循環(huán)體執(zhí)行程序。因此頻率偏差的程序框圖和前面板如圖 517 所示。 視在功率的計算比較簡單，利用前面已經計算的電壓和電流的有效值相乘，所得到的值就是視在功率。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 32 瞬時閃變值采集的周期數 為 10,則 計算一個瞬時閃變值需 ,然后采集十分鐘 對所有值按從大到小排列索引出序號分別為 0、 12 的 S(k)為 %、 99%、 97%、90%、 50%的概率大值，帶入公式（ 216） ,短時間閃變值 的計算程序框圖如圖 523 所示。