【正文】 ramming Language)，它采用的是數(shù)據(jù)流編程模式。頂層V1中間層V1底層V1底層V1底層V1底層V1中間層V1中間層V1圖31 LabVIEW層次調(diào)用結(jié)構(gòu) LabVIEW的應(yīng)用LabVIEW在包括航空、航天、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍的眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動(dòng)化，從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用LabVIEW的成果和開發(fā)產(chǎn)品。圖32 信號(hào)正常采樣和欠采樣 諧波分析理論 諧波定義國際上公認(rèn)的諧波含義為：諧波是一個(gè)周期性電器量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍。 （1）Haar小波,定義如下：（35） 這是一種最簡單的正交小波，即（36） … （2）Daubechies（dbN）小波系該小波是Daubechies從兩尺度方程系數(shù)出發(fā)設(shè)計(jì)出來的離散正交小波。 （8）Meyer函數(shù)Meyer小波函數(shù)和尺度函數(shù)都是在頻率域中進(jìn)行定義的，是具有緊支撐的正交小波。同時(shí)，信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)有多種信號(hào)調(diào)理模塊可以放大輸入信號(hào)。它具有模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出以及定時(shí)器等功能，能夠完成信號(hào)采集、A/D轉(zhuǎn)換、16通道單端模擬輸入(或8路差分輸入)，最大輸入范圍10～+10V,最小輸入范圍50～+50mV。由此設(shè)計(jì)出諧波分析儀的框圖程序如圖53所示和諧波分析儀前面板如圖54所示。其程序圖如圖53中所示?？梢钥闯隼碚撝蹬c測量值相差較小，由此證明了所設(shè)計(jì)的虛擬諧波分析儀的精度較高。如文本文件，二進(jìn)制文件，電子表格文件等。第6章 結(jié)論與展望 結(jié)論近年來，虛擬儀器技術(shù)在國際上發(fā)展非常迅速。感謝系上四年來教導(dǎo)和幫助我的每一位尊敬的領(lǐng)導(dǎo)和敬愛的老師。 （4）可以自己研制數(shù)據(jù)采集板，以降低成本，提高性能。同時(shí)在本程序設(shè)計(jì)中為了方便用戶操作，在程序中添加了一個(gè)For循環(huán)和時(shí)間延遲。一個(gè)周期采樣128個(gè)點(diǎn)，形成一個(gè)數(shù)組，用一個(gè)For循環(huán)實(shí)現(xiàn)對數(shù)組內(nèi)元素的相加。諧波頻率和THD在前面板中均有顯示如圖59所示。輸入完畢后點(diǎn)擊確定鍵。每個(gè)功能模塊設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)成子VI，既可以單獨(dú)運(yùn)行，又可以被其他程序調(diào)用。 (4)濾波功能 在傳感器獲得的測量信號(hào)中，往往含有許多與被測量無關(guān)的頻率成分，需要通過信號(hào)濾波電路濾掉。信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)通常包括一個(gè)或者多個(gè)堅(jiān)固的機(jī)箱，機(jī)箱中可以安裝各種不同的信號(hào)調(diào)理模塊以滿足系統(tǒng)對I/O的需求。從支撐長度的角度看，coifN具有和db3N及sym3N相同的支撐長度；從消失矩的數(shù)目來看，coifN具有和db2N及sym2N相同的消失矩?cái)?shù)目。 線性系統(tǒng)理論中的傅立葉變換是以在兩個(gè)方向上都無限伸展的正弦曲線波作為正交基函數(shù)的。 在實(shí)際工作中，信號(hào)的抽樣是通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A／D)來實(shí)現(xiàn)的。對于簡單的測試任務(wù)，可以由一個(gè)VI完成。所謂虛擬儀器，就是以計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，由用戶定義設(shè)計(jì)其功能，由測試軟件來實(shí)現(xiàn)其測試功能，用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。前人常用Kalman濾波的方法檢測時(shí)變的諧波，但該方法一般適用于跟蹤變化緩慢的信號(hào)。根據(jù)不同情況合理選擇諧波檢測方法，為諧波分析提供詳細(xì)、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和信號(hào)，是提高檢測效果、改善電能質(zhì)量的重要一步。為解決電力電子裝置和其他諧波源的諧波污染問題，對諧波的檢測就顯得尤為重要。 ，虛擬儀器完成諧波分析顯示。 8．提交開題報(bào)告一份三、設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)及要求1．分析電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波產(chǎn)生的原因和危害2. 目前國內(nèi)外對電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中諧波污染治理的方法3. 比較電力系統(tǒng)中諧波檢測和分析的方法,得出最佳解決方案4. 對電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的諧波建立數(shù)學(xué)模型5．完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，信號(hào)調(diào)理電路，保護(hù)電路，數(shù)據(jù)采集卡的選擇，確定各元件參數(shù)及型號(hào)6．用小波分析算法和頻譜分析算法完成諧波檢測7．用虛擬儀器完成諧波分析的軟件部分，包括登錄界面設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)；有效值測量設(shè)計(jì)；功率測量設(shè)計(jì)；諧波測試模塊（頻譜分析圖及數(shù)據(jù)，諧波總畸變率等）；數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)模塊四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)1．. 北京：中國電力出版社，2003：130 1051092． 冉啟文、：國防工業(yè)出版社，2003： 1133. 姜建國、樸曉光、趙長和、黃真、. 大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，2002年3月，第26卷第1期2002年3月4．畢會(huì)靜，電力系統(tǒng)諧波測量方法．電氣時(shí)代，2005，10：63—665．羅輝. 廣元 電力系統(tǒng)諧波檢測方案研究. 6. 吳競昌主編. 《供電系統(tǒng)諧波》中國電力出版社五、進(jìn)度計(jì)劃 13周 課題調(diào)研、收集、學(xué)習(xí)參考資料，查閱外文資料4周 整理參考資料, 制定畢業(yè)設(shè)計(jì)方案，作開題報(bào)告5周 對電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的諧波建立數(shù)學(xué)模型6－7周 完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)810周 完成小波分析算法和頻譜分析算法1112周 完成軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)13周 系統(tǒng)調(diào)試，給出分析結(jié)果14－15周 整理并撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，提交論文給指導(dǎo)老師16周 答辯教研組主任簽字時(shí)　間 　　 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告題　目電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)諧波測試儀設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)2009班級(jí)方08535專業(yè)自動(dòng)化 研究背景隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子變流裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)及家庭中的應(yīng)用日益廣泛，給人們帶來了極大的方便。②電氣設(shè)備調(diào)試、投運(yùn)時(shí)諧波檢測，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。它從根本上更新了儀器的概念，具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化，壽命縮短，一直損壞。 （1）頻域測量法此方法的基本原理是使用模擬濾波器將輸入信號(hào)的各次諧波分量分離出來，濾波器的輸出實(shí)際上是輸入信號(hào)和濾波器脈沖響應(yīng)的卷積，在頻域中它相當(dāng)于兩個(gè)頻率響應(yīng)的乘積，因此從濾波器得到的信號(hào)為頻譜。 通過對諧波分析儀研究現(xiàn)狀的分析可以得出傳統(tǒng)的諧波分析儀的成本高，裝置體積龐大，自動(dòng)化程度低，數(shù)據(jù)不集中，有的無法存入計(jì)算機(jī)，難以進(jìn)行相關(guān)分析，且大量的信號(hào)采集工作重復(fù)化的問題；并且其采集的數(shù)據(jù)不能夠代表各次諧波真正的幅值等。是一種所見即所得的編程方式，它有別于基于文本語言的線性結(jié)構(gòu)，不像C和basic等語言受眾多的語法規(guī)則所限制，簡單直觀，極大節(jié)省程序開發(fā)時(shí)間。 （1）LabVIEW應(yīng)用于測試與測量LabVIEW已成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動(dòng)程序庫，同時(shí)還支持通過Internet、ActiveX、DDE和SQL等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測試與測量任務(wù)變得簡單易行。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，我們也常稱之為高次諧波。一般簡寫為dbN，N是小波的階數(shù)。（39） 其中，為構(gòu)造Meyer小波的輔助函數(shù)，且有（310） 第4章諧波測試儀的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了虛擬儀器技術(shù)，該技術(shù)的核心是使用軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)測試儀中關(guān)于數(shù)據(jù)分析處理的硬件模塊。在臨近傳感器的信號(hào)調(diào)理機(jī)箱內(nèi)對低電壓信號(hào)進(jìn)行放大，然后把放大后的高電壓信號(hào)傳送到PC，從而最大限度地降低噪聲對讀數(shù)的影響。具有兩個(gè)輸出通道，輸出范圍10～+10V，分辨率12bits,單通道最高采樣頻率為200千次/秒，12位精度，三種信號(hào)輸入方式，通過卡內(nèi)置的12位精度的逐次逼近型AD轉(zhuǎn)換器，將轉(zhuǎn)換的結(jié)果送往卡上的FIFO存儲(chǔ)器，它可以保存2048次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上將分別對諧波信號(hào)的產(chǎn)生、諧波分析程序、頻譜和功率譜進(jìn)行相關(guān)分析。兩者的采樣頻率均為1000，采樣點(diǎn)為100。圖511 諧波幅度顯示前面板 頻譜分析圖512 諧波頻譜分析的前面板設(shè)計(jì)圖如圖512所示，為諧波信號(hào)的頻譜分析。本程序中選擇將各個(gè)參數(shù)值存儲(chǔ)到電子表格中所用模塊如圖517所示。這要?dú)w功于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)虛擬化儀器模式——虛擬儀器，特別適用于當(dāng)今越來越復(fù)雜的測試需求。正是由于他們對我精心的指導(dǎo)和教育，以及無微不至的關(guān)懷和幫助，才讓我在大學(xué)四年受益匪淺，掌握了較為全面的專業(yè)知識(shí)和獨(dú)立自主的生存能力，完善了我的綜合素質(zhì)。 （3）所開發(fā)的虛擬諧波測試儀還不具備遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，需進(jìn)一步研究利用網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)監(jiān)測。File path端口連接了一個(gè)文本路徑的輸入控件，通過在前面板中的輸入可以根據(jù)需要將各個(gè)數(shù)據(jù)保存到每個(gè)電子表格中。以電壓有效值為例進(jìn)行說明。各次諧波的頻率只需通過對基頻頻率進(jìn)行簡單的乘法運(yùn)算則可得到。首先當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，用戶首先根據(jù)自己用戶名和密碼輸入到前面板的登陸界面中，前面板如圖56所示。 （3）按照所測參數(shù)的具體測量方法設(shè)計(jì)每個(gè)功能模塊的框圖程序。ADC采集一個(gè)通道后，轉(zhuǎn)換到另一個(gè)通道并進(jìn)行采集，然后再轉(zhuǎn)換到下一個(gè)通道，如此往復(fù)。 信號(hào)調(diào)理器儀器信號(hào)調(diào)理是一種高性能、多通道的信號(hào)調(diào)理與開關(guān)平臺(tái)，適用于E系列插入式測量設(shè)備和其它相關(guān)測量設(shè)備的前端信號(hào)調(diào)節(jié)。 （4）Coiflet（coifN）小波系coiflet函數(shù)也是由Daubechies構(gòu)造的一個(gè)小波函數(shù)，它具有coifN（N=1，2，3，4，5）這一系列，coiflet具有比dbN更好的對稱性。以電壓量為例，若用FFT算法求出的第k(k=2,3……32)次諧波的實(shí)部和虛部分別是，則第k次諧波電壓的均方根值： (31)第K次諧波電壓的相角為: (32)可以利用某次諧波均方根值相對于基波均方根值的百分?jǐn)?shù)來反應(yīng)該次諧波的含量，第K次諧波的含量為: (33)總的諧波畸變率(THD)反映諧波總含量，可以通過下式求得: (34) 小波理論簡介小波變換是近年來在圖象處理中受到十分重視的新技術(shù)，面向圖象壓縮、特征檢測以及紋理分析的許多新方法，如多分辨率分析、時(shí)頻域分析、金字塔算法等，都最終歸于小波變換（wavelet transforms）的范疇中。即按一定格式記錄采樣和量化后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^圖形編程的方法，建立一系列的VI，來完成用戶指定的測試任務(wù)。電壓互感器電流互感器labview平臺(tái)信號(hào)調(diào)理數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)處理模塊圖21系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)框圖第3章 虛擬儀器概述和諧波分析理論方法 虛擬儀器概念虛擬儀器概念最先由美國國家儀器公司(National Instruments Corporation，簡稱NI)在20世紀(jì)80年代年提出。由于電力系統(tǒng)中的負(fù)載大多是動(dòng)態(tài)的，特別是大型的工業(yè)負(fù)載如軋鋼機(jī)、電弧爐的啟停使得電網(wǎng)電壓和電流的波形是時(shí)變的。目前，電力系統(tǒng)諧波檢測主要是通過諧波電流的測量來實(shí)現(xiàn)，它主要有以下幾種方法：(1)采用模擬帶通或帶阻濾波器檢測(2)基于瞬時(shí)無功功率的諧波檢(3)基于傅立葉變傅立葉變換的方法(4)自適應(yīng)諧波電流檢測法(5)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的諧波檢測(6)基于小波變換的諧波檢測綜上所述，帶通濾波是早期模擬式諧波檢測裝置的基本原理；瞬時(shí)無功功率理論可用于諧波的瞬時(shí)檢測和無功補(bǔ)償?shù)戎C波治理領(lǐng)域；傅立葉變換是目前諧波檢測中應(yīng)用最多、應(yīng)用最廣泛的基本理論依據(jù)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論和小波分析方法應(yīng)用于諧波測量是目前正在致力研究的新方法和新理論，它可以提高諧波測量的實(shí)時(shí)性和精度。近些年來公用電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，諧波危害的嚴(yán)重性才引起人們的關(guān)注。 研究方案. 。7．提供有關(guān)課題的英文資料原文和譯文各一套。③諧波故障或異常原因的測量。它的出現(xiàn)代表著儀器發(fā)展的最新的潮流和方向。 （3）容易使電網(wǎng)與用于補(bǔ)償電網(wǎng)無功功率的并聯(lián)電容器發(fā)生局部并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成過壓或過電流，使電容器絕緣老化，甚至引起嚴(yán)重事故。（2）時(shí)域測量法此方法基本原理是對信號(hào)進(jìn)行離散化處理后變成數(shù)量序列，由離散傅立葉變換（DFT）或快速傅立葉（FFT）計(jì)算各次諧波的幅值及相位等參數(shù)。所以針對以上問題，本文選擇以LabVIEW開發(fā)平臺(tái)來設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬諧波分析儀，采用LabVIEW所自帶的圖形化編程功能和函數(shù)模塊對諧波進(jìn)行相關(guān)分析，使其能夠?qū)χC波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、功率譜分析及頻譜分析圖及數(shù)據(jù)，諧波總畸變率等。在LabVIEW中執(zhí)行程序的順序是由模塊之間的數(shù)據(jù)流決定的，而不是傳統(tǒng)文本語言的按命令行次序連續(xù)執(zhí)行的方式。 （2）LabVIEW應(yīng)用于過程控制和工業(yè)自動(dòng)化LabVIEW強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)、圖形顯示功能和便捷的快速程序設(shè)計(jì)，為過程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了優(yōu)秀的解決方案。在國際電工標(biāo)準(zhǔn)中(IEC5552，1982)、國際大電網(wǎng)會(huì)議(CIGI冱)的文獻(xiàn)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(jí)數(shù)中大于1的n次分量；IEEE標(biāo)準(zhǔn)中的定義為：諧波為一周期波形量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍以上定義明確了有關(guān)諧波性質(zhì)的下列幾個(gè)問題： （1）諧波次數(shù)n必須是一個(gè)正整數(shù)。小波和尺度函數(shù)吁中的支撐區(qū)為2N1。這并不是說明系統(tǒng)不需硬件支持，軟件畢竟要建立在硬件基礎(chǔ)之上。 (2)隔離功能 隔離功能是為了安全的目的把傳感器的信號(hào)和計(jì)算機(jī)相隔離。這種結(jié)構(gòu)可以大大降低計(jì)算機(jī)對硬件的訪問次數(shù)，可以在多次采樣結(jié)束后再將所有轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)一次性讀走，提高軟件執(zhí)行的速度，