【正文】 功率測量模塊通過數(shù)值顯示控件顯示了單相電上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 36 壓電流數(shù)據(jù)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、視在功率、無功功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)測試的 主要目的就是能進一步驗證所設計的檢測系統(tǒng)是否能 實現(xiàn)預想的各項功能，包括伏安測量、電壓偏差測量、頻率偏差測量、諧波測量以及功率測量等功能，另外通過測試可以驗證和提高系統(tǒng)軟件的可靠性，因此系統(tǒng)測試時必不可少的步驟。 圖 518 Harmonica Distortion 標志及端口 對采集的數(shù)據(jù)進行諧波 分析時，可以直接將 DAQ Assistant 的數(shù)據(jù) 進過“動態(tài)數(shù)據(jù)轉數(shù)組”的函數(shù)接到諧波失真分析函數(shù)的信號輸入端。 添加至文件端子連接布爾型控件，默認為 False表示每次運行程序產生的新數(shù)據(jù)都會覆蓋原數(shù)據(jù)。 界面主要有以 下幾個板塊構成： 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 21 圖 52 界面功能模塊圖 功能 設置 模塊 功能設置模塊 ，包括數(shù)據(jù)讀取、結束 ， 如圖 53所示。 70A，它把原邊的電流以 1000： 1的比例變換到副邊，圖 44 為其使用圖。虛擬儀器的操控界面是一種虛擬面板，它可以模擬傳統(tǒng)儀器面板的風格設計，也可也根據(jù)用戶的實際需求自行設計。用戶操作這臺通用計算機就像操作一臺為自己專門設計的傳統(tǒng)電子儀器一樣。如對電動機會引起附加損耗，其次還會產生機械振動、噪聲和諧波過電壓。對于三相三線之電路，只含有正、負序分 量。 用電設備設計在額定電壓時性能最 好、效率最高，電壓偏離額定值時，其性能和效率都會降低，有的還會減少使用壽命。 （ 2） 結合風電場電能質量問題的特點， 以及相關標準，分析各種檢測算法，選取合適的算法。 風力發(fā)電中的電能質量基本問題 電能質量的概念 電能質量是指通過公用電網供給用戶端的交流電能的品質。如今，在歐洲已批量安裝了 兆瓦級組， 兆瓦、 兆瓦和 5 兆瓦級組也已經安裝運行。雖然 20 世紀 70 年代世界經歷了兩次石油危機，但世界石油消費量卻沒有絲毫減少的趨勢。隨著世界經濟規(guī)模的不斷增大，世界能源消費量持續(xù)增長。 在過去的 幾 年里，風力發(fā)電的年增長率幾乎高達 30%。理想狀態(tài)的公用電網應以恒定的頻率、正弦波形和標準電壓對用戶供電。 （ 3） 結合 NI 公司的信號調理箱、數(shù)據(jù)采集卡的相關硬件，以及 LabVIEW 為 軟件開發(fā)平臺 ，開發(fā)風力發(fā)電并網電能質量檢測系統(tǒng)。電壓偏差超過一定的值時，會引起設備的損壞。三相電壓的不平衡度通常以負序分量的均方根值與正序分量 均方根值的比值來表示： = 100% （ 212） 式中 —— 為三相電壓正序分量的 均方根值，將不平衡的三相 系統(tǒng)的電量按對稱分量法分解后其正序對稱系統(tǒng)中的分量。 《電能質量 公用電網諧波》（ GB/T 145491993）規(guī)定： （ 1） 諧波測量點為公共接入點，即用戶接入公共電網的連接處； （ 2） 電網諧波的相關指標，諧波含有量、總諧波畸變率等的計算方法和測量方法； （ 3） 不同等級的電網電壓水平下所允許的各次諧波 含有率、總諧波畸變率等相關指標。虛擬儀器的出現(xiàn)，使得測量儀器與計算機之間的界限逐漸模糊。測量結果也可以通過計算機顯示器以曲線、圖形數(shù)據(jù)或表格等形式方便靈活地顯示出來。 圖 43 電壓傳感器使用圖 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 17 圖 44 電流傳感器使用圖 信號調理電路 如圖 45 所示為電壓信號調理電路圖， 將電網單相電壓信號由 JPLN 口輸入，經電壓互感器原邊兩個 25K 的電阻輸入傳感器，然后電壓互感器將電流信號成比例轉換， 通過一個接地電阻就獲得了電壓信號；由于 在傳感器獲得的測量信號中，往往含有許多與被測量無關的頻率成分， 因此為了減少 高頻信號、傳輸線引進的干擾 ，接著信號通過一個 RC 低通濾波電路，已達到測量精度的目的；最后信號通過 用作電壓跟隨器的運放，電壓跟隨器由于 輸入阻抗高，而輸出阻抗低 ，所以起到了 緩沖、隔離、提高帶載能力的作用 。 圖 53 功能顯示模塊 在程序運行前點擊“電壓電流數(shù)據(jù)庫”、“電流數(shù)據(jù) ” 和“電壓 數(shù)據(jù)” 的黃色文件夾就可以設置要讀取的數(shù)據(jù)庫 ，在程序運行時 點擊“停止”按鈕就可以停止正在運行的程序。設置為 Ture 時每次運行程序新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)將添加到原表格中去，而不刪除原表格數(shù)據(jù)。根據(jù)諧波的定義，利用 Index Array 模塊的功能從 諧波電平 引腳輸出的數(shù)組選取 第二 個元素，即基波幅值， 然后將數(shù)組中的每 個元素 (各次諧波分量幅值 )與基波幅值相除，得到的就是各次諧波的含量。 軟件測試方法的介紹 程序測試就是要在計算機上以各種可能的數(shù)據(jù)和操作條件對程序進行測試，找出存在問題并加以修改，使之符合設計要求。 圖 65 功率測量模塊的測試結果上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 37 第七 章 結論與展望 結 論 虛擬儀器技術具有圖形化的編程語言、儀器硬件和軟件的標準化、圖形化的用戶界面、接口通用性和開放性等特點，使用虛擬儀器技術設計測控系統(tǒng)，可以縮短儀器開發(fā)周期，降低儀器成本，提高儀器性能。 圖 64 諧波分析模塊測試結果 功率測量模塊的測試 圖 65是功率測量模塊的測試結果。 523 短時閃變計算框 圖上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 33 第六章 系統(tǒng)測試 一個軟件 平臺系統(tǒng)開發(fā)過程的最后一個重要環(huán)節(jié)就是對軟件的測試。 圖 516 Extract Single Tone 圖標及端口 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 28 圖 517 頻率偏差程序框圖 諧波測量模塊 諧波測量模塊中，本文主要檢測 的是電流信號的 各次諧波的含有量、諧波的失真度（ THD） 、基波電流的頻率、基波電流分量、電流直流分量，檢測可以使用諧波分析的功能函數(shù) “ Harmonica Distortion ” 來實現(xiàn)，功能函數(shù)具體說明如圖 518 所示 。 為了方便后面各模塊計算的需要，我們需要先將經 DAQ 采集的數(shù)據(jù)進行存儲，這里使 用了 LabVIEW 提供的“ Write To Spreadsheet ”函數(shù)，如圖 58 所示，將采集上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 24 來的數(shù)組轉換為文本字符串形式保存。設計的原則是友好、簡單、可靠。 電流傳感器 的原邊測量范圍是177。 （ 4）良好的人機界面 。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 13 第三章 虛擬儀器技術 概述 虛擬儀器的概念 所謂虛擬儀器（ Virtual Instrument, VI），是指以通用計算機為系統(tǒng)控制器，由軟件來實現(xiàn)人機交互和大部分儀器功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。 諧波對用戶低壓電器的損害：諧波電流的流入導致整個設備過熱，升高了設備的溫度 ，將提了絕緣壽命。 以三相電壓為例 ，當三相電源電壓畸變不對稱時，對于三相四線制電路，電壓中除含有諧波分量外，還含有正序、負序、零序分量。 供電電壓偏差過大造成的危害主要有： （ 1） 對用電設備的危害 。 本論文的主要工作 根據(jù)我國風力發(fā)電的發(fā)展情況， 以及風電場存在的電能質量問題，本論文主要做以下幾個方面的工作： （ 1） 介紹風電場并網產生電能質量問題的原因，分析 風電 場的特點。因而對風力發(fā)電的檢測研究就顯得更為迫切。 1997 年兆瓦級機組占到當年世界新增風電裝機容量的比例是 %， 2020 年站到了 %， 2020 年站到了 %。初期主要是以煤炭為主，進入 20 世紀以后，特別是第二次世界大戰(zhàn)以來，石油和天然氣的生產與消費持續(xù)上升，石油 于 20 世紀 60 年代首次超過煤炭， 第一次 躍居能源的主導地位。根據(jù)統(tǒng)計， 1973年世界一次能源消費量僅為 億噸油當量，而 2020 年已達到 億噸油當量。 2020 年風力發(fā)電的年增長率高達 40%， 2020 年也高達 32%， 在 2020 年的一項世界各國新裝機容量的統(tǒng)計中，中國緊隨美國和西班牙排在第三，但是總裝機容量排在第五。同時，在三相交流系統(tǒng)中，各 相電壓和電流的幅值應大小相等、相位對稱且互差 120176。上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 5 第二章 電能質量指標 的 國家標準 及相關算法 近年來，隨著電力工業(yè)的飛速發(fā)展和管理體制的轉變，特別是電力市場體制的實行 ，電能作為一種特殊商品正逐漸走向市場，既然是商品 ， 當然就要考慮商品的質量，即要滿足一定的質量指標。 （ 2） 對電網穩(wěn)定運行的危害 交流輸電有個同步運行穩(wěn)定問題，輸電線的輸送功率受穩(wěn)定極限的限制，特別是小擾動下的靜態(tài) 穩(wěn)定功率極限與電網運行電壓有很大的關系，電壓越低，功率極限越低，越容易發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象。 —— 為三相電壓負序分量的均方根值，將不平衡的三相系統(tǒng)的電量按對稱分量法分解后其負序對稱系統(tǒng)中的分量。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 11 電壓波動和閃變 電力系統(tǒng)的電壓波動和閃變主要是 由沖擊性 (快速變動 )功率的負荷引起的 ,例如煉鋼電弧爐、軋鋼機、電弧焊機等，這類負荷的特點是在生產過程中有功功率和無功功率隨機地或周期性大幅變動。 虛擬儀器通過 I/O 接口設備完成信號的調理、采集與測量，利用 個人計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析、處理，由個人計算機顯示 器模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式輸出檢測結果，從而完成各種測量任務。 （ 5）與其他設備的互聯(lián)能力強。 圖 45 電壓信號調理 電路 如圖 46 所示為電流信號調理電路， 本設計在電流傳感器的原邊將線繞了 4 圈，在通上電流之后電流傳感器將原邊電流按比例輸出，通過一個接地電產生電壓信號，然后通過一低通濾波電路和電壓跟隨器將信號輸出。 報警顯示模塊 該模板實現(xiàn)了電壓偏差、頻率偏差的報警顯示。利用“ Read From Spreadsheet ”函數(shù)，如圖 59 所示，通過設定讀取路徑可以方便的實現(xiàn) 存儲數(shù)據(jù)的讀取。將包含各次諧波含量的數(shù)組與表示它們對應次數(shù)的數(shù)組利用 Bundle函數(shù)組合后輸出到 XY 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 29 Graph 控件中即可顯示其諧波含量的柱狀圖，具體的諧波分析 程序 框圖如圖 519 所示 。 一般的測試方法有 : （ 1）數(shù)據(jù)測試 :即用大量的實際數(shù)據(jù)進行測試，觀測結果對不對。本文所研究的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)，也因此具有一定的實際意義。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 35 圖 63 是頻率偏差測量模塊 諧波分析測量模塊 圖 64是諧波分析模塊測試結果，數(shù)值顯示控件反映了電流諧波畸變率（ THD）、電流直流分量和基波分量；數(shù)值輸入控件控制的是諧波柱狀圖所需要顯示的 諧波次數(shù)， 數(shù)組顯示控件則顯示的是各次 諧波 的幅值及其諧波含有率。 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(shù) 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。因此頻率偏差的程序框圖和前面板如圖 517 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(shù)位 20。