【正文】 所產(chǎn)生的諧波過電壓和過電流對相關(guān)設(shè)備的危害性較大。它主要是由一些非線性負荷的接入引起的。電動機的輸出功率與系統(tǒng)頻率有關(guān)，系統(tǒng)頻率下降使電動機的輸出功率降低，從而影響所傳機械的出力，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率降低。 ?；居布娐钒妷弘娏鱾鞲衅?、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集及計算機；軟件編程以美國國家儀器公司的 Labview 為開發(fā)平臺。要保證電能質(zhì)量測量系統(tǒng)的精度首先就Opinos adugethry39。高精度的 A/D 轉(zhuǎn)換是虛擬儀器的一個重要環(huán)節(jié)， A/D 轉(zhuǎn)換的精度與運行的可靠性直接影響到電能質(zhì)量分析儀的測量結(jié)果。前面板是圖形用戶界面，用于完成參數(shù)輸入和輸出結(jié)果顯示。 Labview 的數(shù)據(jù)采集 DAQ 函數(shù)庫支持 NI 公司生產(chǎn)的各種插卡式和分布式數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品，包括 ISA、EISA、 PCI、 PCMCIA 等總線產(chǎn)品，提供符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 VISA、 GPIB、 VXI 和 RS232 驅(qū)動程序庫 [18]。 5. 網(wǎng)絡(luò)功能。電壓有 效值的 計算方法 主要有兩種 : 第一種方法如式（ ）所示。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()為了測量電壓偏差，需要進行電壓有效值的計算。三相電流不平衡度的測量程序框圖如圖 所示。這個 VI 主要可以實現(xiàn)監(jiān)測高次諧波的幅值、基波電壓頻率和總諧波畸變率。圖 所示即為電壓波動測量程序框圖。采用兩種三相正弦信號，一種為三相標(biāo)準(zhǔn)正弦信號，另一種為加入噪聲的三相正弦信號（加入噪聲的電壓幅值為 80V、電流的幅值為 4A）。 三相電壓電流信號為加入噪聲的正弦信號時運行界面如圖 所示。 Opinos adugethry39。三相電壓 信號為標(biāo)準(zhǔn)正弦信號時運行界面如圖 所示。 圖 電壓波動測量運行界面（標(biāo)準(zhǔn)正弦波） 從圖 的波形圖看出電壓基本沒有波動，三相波動值接近 0 沒有報警。在虛擬儀器系統(tǒng)中，軟件是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵， 使用者 可以通過修改軟件的方法，方便地改變系統(tǒng)的功能，增減系統(tǒng)的規(guī)模，大幅降低了生產(chǎn)成本，提高儀器性能 。 Opinos adugethry39。老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)， 同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。感謝我的家人對我大學(xué) 四 年學(xué)習(xí)的默默支持；感謝我的母校給了我在大學(xué) 四 年深造的機會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高；感謝老師和同學(xué)們 四 年來的關(guān)心和鼓勵。 在檢測系統(tǒng)的顯示面板上，采用同屏選擇顯示技術(shù)，實現(xiàn)了在有限的顯示屏上顯示盡可能多的信息，使其直觀易用，測試結(jié)果表明系統(tǒng)能夠完成對電能質(zhì)量參數(shù)的分析和處理，且具有較高的精度，完全滿足實際的要求。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() 6 總結(jié)與展望 本課題針對目前傳統(tǒng)儀器在電能質(zhì)量參數(shù)測量過程中存在的弊端，設(shè)計了基于虛擬儀器的穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量監(jiān)測與分析系統(tǒng)。 圖 電壓與頻率偏差測量運行界面（含噪聲正弦波） 從圖 的波形圖看出電壓偏差在 2%~10%之間，超過了電壓偏差的允許值時發(fā)生報警。 圖 三相不平衡度測量運行界面（標(biāo)準(zhǔn)正弦波） 從圖 的波形圖看出電壓、電流的的三相不平衡度很小遠低于不平衡度限定值 2%，電壓、電流三相不平衡度在允許的范圍內(nèi)沒有報警。 圖 三相頻譜測量運行界面 從圖 中三相頻譜圖觀察到三相的頻率都為 50HZ、幅值為 220V與信號源的特點吻合。 因為電能質(zhì)量測試中測量的數(shù)據(jù)及圖形比較多，為達到界面的友好、簡潔，本文所研究的測試系統(tǒng)采用 Tab 控件來分頁 顯示，共分六個子頁面：基本參 數(shù) 、三相頻譜、電網(wǎng)諧波、三相不平衡度、電壓頻率偏差、電壓波動。頻率偏差測量程序框圖如圖 。 先根據(jù)波形周期 和采樣周期計算一個波形周期的采樣點數(shù)；再結(jié)合采樣數(shù)組的長度，計算采樣數(shù)據(jù)內(nèi)有多少個波形周期；從數(shù)組中截取出每個波形周期的采樣點數(shù)，計算其有效值，并放入一個用于保存有效值數(shù)組；從有效值數(shù)組中 得 到最大值和最小值，而后計算電壓波動 。將信號的時域顯示通過離散傅里葉變換的方法轉(zhuǎn)換為頻域顯示。電壓偏差的測量程序框圖如圖 所示。這里電壓有效值測量采用離散求和的方法 計算 ，電流有效值測量也采用離散求和的方法 計算 ，這里用數(shù)組大小模塊（ Array Size. vi）測量數(shù)組大小 (Array Maxamp。 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 將采集數(shù)據(jù)進行電能質(zhì)量指標(biāo)測量 [1922]，實現(xiàn)的功能主要包括：實時計算三相電壓（電流） 有效值 與 幅值，三相電壓偏差，頻率偏差， 三相電壓（電流）的諧波總畸變率、幅值和含有率，三相電壓（電流）不平衡度、正序分量、負序分量、零序分量以及電壓 波動，三相頻譜 。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()算、數(shù)據(jù)分析處理的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，還包括概率與統(tǒng)計 、信號處理 等高級分析函數(shù)。 Labview 特點簡要介紹 : 1. 圖形化的儀器編程環(huán)境。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，是一個功能強大且靈活的軟件?；魻杺鞲衅髟谑褂弥械淖⒁馐马棧? ，應(yīng)先接通副邊電源，再接通原邊電流或電壓。本課題研究的是基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)，因此系統(tǒng)硬件設(shè)備主要是由計算機和數(shù)據(jù)采集卡組成，但是多數(shù)被測信號由于能量、噪音等原因不能直接送入數(shù)據(jù)卡進行采集，所以需要在數(shù)據(jù)采集之前設(shè)置一個信號調(diào)理裝置，通過該電路原信號轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集卡可接受的信號，然后再進行數(shù)據(jù)采集 。 ，根據(jù)沖擊負載性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件可適當(dāng)變動限制。系統(tǒng)頻率降低，電動機輸 出功率將以與頻率成三次方的比例減少，則它們所供應(yīng)的水量和風(fēng)量就會迅速減少，從而影響鍋爐和發(fā)電機的正常運行。 Nre fff ??? () 式中， f? 、 ref 、 Nf 分別表示頻率偏差、實測頻率、額定頻率。由于電氣測量裝置都是按 50Hz 的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波設(shè)計的，當(dāng)供電電壓或負荷電流中有諧波成分時，會影響感應(yīng)式電能表的正常工作。 (2) 總諧波畸變率 (THD)：諧波總量有效值與基波分量的有效值之比。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB() ，使感應(yīng)電動機的最大轉(zhuǎn)矩和輸出功率下降，還可能引起電動機振動。 測量原理及系統(tǒng)總體設(shè)計 11 三相四線制系統(tǒng) [13] 對于含有零序分量的三相四線制系統(tǒng)，應(yīng)用對稱分量法，由式 (24)求出正序分量和負序分量，然后利用 (22)式求出系統(tǒng)不平衡 度。 國家標(biāo)準(zhǔn) GB123252020《供電電壓允許偏差》中規(guī)定： 電壓允許偏差是在正常運行條件下應(yīng)保持電網(wǎng)各點電壓在額定的水平上。 %100(%) ????NNr V VVV () 式中， V? 、 rV 、 NV 分別表示電壓偏差、實測電壓、額定電壓，其中，實測電壓和額定電壓都為有效值 , 電壓偏差對電力系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)在以下兩個方面： 1. 對用電設(shè)備的危害。 測量原理及系統(tǒng)總體設(shè)計 9 這類現(xiàn)象包括電壓幅值變化、頻率變化、電壓與電流相位變化、信號干擾等。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位對稱且互差 120176。當(dāng)然一些精度更高的測試儀器也會應(yīng)運而生，但是其高成本的特點成為人們必須考慮的問題，如何才能在低成本的前提下實現(xiàn)電能測量的高精度測量已經(jīng)成為電能質(zhì)量研究人員面對的難題，而虛擬儀器技術(shù)的及時出現(xiàn)，很好地解決了這個難題，將先進的虛擬儀器技術(shù)思想融入到電能參數(shù)檢測裝置中，把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，在硬件平臺不變的情況下，通過其軟件功能模塊的增減可以實現(xiàn)多個參數(shù)的測量，同時，可以利用軟件開發(fā) 平臺調(diào)用數(shù)據(jù)庫節(jié)點的功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時存儲，從而使得所開發(fā)的電能參數(shù)檢測系統(tǒng)具有功能靈活、操作方便等優(yōu)點，這對于克服目前電能質(zhì)量參數(shù)檢測系統(tǒng)的局限性、采取措施提高供電質(zhì)量都具有重要的意義。 儀器由用戶自己定義。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要 方向。但是由于國內(nèi)在電能質(zhì)量研究上相對較晚，目前電能質(zhì)量測量儀器均屬以硬件為主體的傳統(tǒng)儀器，又由于電能質(zhì)量所涉及的指標(biāo)眾多，并且部分指標(biāo)在 IEC、 IEEE 以及國標(biāo)上沒有相關(guān)的具體實現(xiàn)方法 的介紹，因此電能質(zhì)量問題研究的深度Opinos adugethry39。在IEC61000 標(biāo) 準(zhǔn) 系 列 中， 制定 了 專門 的電 能質(zhì) 量 標(biāo)準(zhǔn) ，主 要 有 IEC61000430 電能質(zhì)量測量方法、 IEC6100047 供電系統(tǒng)及其連接設(shè)備的諧波與間諧波測量與儀器通用指南、 IEC61000415 閃變儀功能與設(shè)計規(guī)范。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()的正常進行，已成為國內(nèi)外電工領(lǐng)域迫切需要解決的重要課題之一 [6]。這種電能質(zhì)量的下降會給電力系統(tǒng)和用電設(shè)備帶來嚴(yán)重的危害。 該測試系統(tǒng)具有擴展性和復(fù)用性強的特點，可以顯著提高電能質(zhì)量測試的自動化程度。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()摘要 傳統(tǒng)的電能質(zhì)量參數(shù)測量系統(tǒng)以硬件為核心，功能單一、成本高，已經(jīng)無法滿足日益復(fù)雜的、多參數(shù)的測試要求。論文首先簡要地介紹了虛擬儀器的概念及構(gòu)成，針對電能質(zhì)量檢測的研究現(xiàn)狀，論述了將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于電能質(zhì)量檢測的必要性，介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()language are introduced, discussed total software structure, the measurement of power quality parameters of each module are detailed instructions on implementation, and performs analysis of power quality parameters measurement results. This testing system has many characteristics, such as good expansibility, strong reusability, and it can dramatically improve the automation of power quality testing. For this reason, it will be a trend that using Virtual Instrument to studying, designing and testing in test area of power system. At last, the shortage and some aspects needed improving of the system are given. The outlook of future research is put forward, too. Key words： Virtual instrument, Laboratory virtual instrument engineering workbench, Power quality， Voltage fluctuation, threephase unbalance, harmonic 緒論 目錄 ...................................................... 1 研究背景和研究意義 .................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展 .................................. 2 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) .................................... 2 電能質(zhì)量研究現(xiàn)狀及發(fā)展 .......................... 3 虛擬儀器概述 .......................................... 4 虛擬儀器技術(shù)用于電能質(zhì)量測試的必要性 .................. 6 本文的主要工作 ........................................ 6 2 測量原理及系統(tǒng)的總體設(shè)計 ............................... 8 電能質(zhì)量基本概念 ...................................... 8 電能質(zhì)量分類 .......................................... 8 電能質(zhì)量參數(shù)測量原理 .................................. 9 電壓偏差 ......................................... 9 三相不平衡度 ................................... 10 諧波 ............................................ 12 電壓波動 ...