【正文】 ts forward higher requirements rapidly developing and power network gradually carrying out mercial operation, power consumers’ demand bees the prior consideration of the power supply enterprise. Power quality is an essential concern by electrical utilities and customers. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice.In recent years, the development of puting technology, munication technology and measuring technique leads to virtual instrument technical progress. The LabVIEW of National Instruments pany, which is an advanced technology in the measurement field, possesses perfect software function, simple hardware configuration as well as high intelligence and it is a graphical programming language of the most plete, the greatest influence.This dissertation proposes a design of the power quality monitoring system based on LabVIEW technique. To begin with, the paper indicates the existent problems for the technology of power quality monitoring, including its actuality and development tendency, as well as the research content and significance. Secondly, the paper describes the national power quality standards, and summing up the calculation method which is about the power quality’s parameter. And then, the paper is focus on the V1 which was used and the concepts of the LabVIEW software. According to the national power quality standards, the power quality monitoring system has been designed by the LabVIEW2012 software. The system could analyze and display the parameter of the harmonic analysis, the deviation of supply voltage and the deviation of frequency, and pass the data to the access. In the end, the concluding part discusses the prospects of the system and summarizes the deficiencies in the actually operating. The possible improvement of the system is also discussed.Key words: LabVIEW power quality power parameters monitoring system目 錄第 1 章 緒論 1 引言 1 課題研究背景及意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 本設(shè)計(jì)主要工作 2第 2 章 電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法 4 概述 4 供電電壓允許偏差 4 電壓偏差的產(chǎn)生原因及危害 4 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 5 電力系統(tǒng)頻率偏差 6 頻率偏差的危害 6 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 6 公用電網(wǎng)諧波 7 電網(wǎng)諧波的危害 7 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 8 電壓波動(dòng)和閃變 9 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害 9 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 9 三相電壓允許不平衡度 11 三相不平衡產(chǎn)生的原因及危害 11 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法 12 本章小結(jié) 12第 3 章 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 13 虛擬儀器的介紹 13 LabVIEW軟件介紹 14 電能質(zhì)量檢測(cè)VI 15 數(shù)據(jù)通信VI 17 本章小結(jié) 18第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 19 數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì) 20 數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì) 22 電壓偏差測(cè)量模塊 22 頻率偏差模塊 24 電壓諧波分析模塊 25 三相不平衡度分析模塊 28 電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量模塊的設(shè)計(jì) 29 功率測(cè)量模塊 33 測(cè)量模塊整體VI 35 主控模塊設(shè)計(jì) 35 本章小結(jié) 37第 5 章 結(jié)論與展望 38 結(jié)論 38 展望 38參考文獻(xiàn) 40致謝 41附錄A 外文資料翻譯 42 英文原文 42 中文翻譯 50附錄B 數(shù)據(jù)分析模塊總框圖 56石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第 1 章 緒論 引言現(xiàn)代社會(huì)中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度成為一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一[1]。四、 研究方案(1) 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境利用LabVIEW平臺(tái)算法豐富、擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)組成高性能的軟件系統(tǒng)。利用測(cè)控領(lǐng)域中最先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)研制一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性都起著重要的作用。教研室主任簽字時(shí) 間年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題 目基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)班級(jí)專(zhuān)業(yè)電氣工程及自動(dòng)化一、 研究背景從20世紀(jì)80年代以來(lái)，伴隨著高技術(shù)的新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展以及它們對(duì)電能質(zhì)量不斷提出的更高要求，電能質(zhì)量問(wèn)題得到了普遍的關(guān)注和深入的討論。近年來(lái)，有許多基于虛擬儀器的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線的監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)地把監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋至中央控制室，本系統(tǒng)也是基于這一技術(shù)完成的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首先闡述了電力系統(tǒng)中常用的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，以及本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容及意義。參照IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，我國(guó)相繼頒布了有關(guān)電能質(zhì)量的五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)即供電電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相不平衡度以及頻率偏差等，要求各級(jí)供電部門(mén)和用戶按照該標(biāo)準(zhǔn)供電。42 第 2 章 電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法 概述(1) 電能質(zhì)量的概念電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶端的交流電能的品質(zhì)。 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》中規(guī)定了供電電壓偏差的相關(guān)計(jì)算方法及限制[6]。根據(jù)沖擊負(fù)荷性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。(28) 電壓波動(dòng)和閃變 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害(1) 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生電壓波動(dòng)是由于部分負(fù)荷在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)沖擊性功率變化，造成實(shí)際電壓在短時(shí)間里較大幅度波動(dòng)，并且連續(xù)偏離額定電壓，所以也稱(chēng)為快速電壓變動(dòng)[11]。注3：參照GB/T 1562007，本標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓UN等級(jí)按以下劃分：低壓(LV) UN ≤ 1kV中壓(MV) 1kV UN ≤ 35kV高壓(HV) 35kV UN ≤220kV對(duì)于220kV以上超高壓(EHV)系統(tǒng)的電壓波動(dòng)限值可參照高壓(HV)系統(tǒng)執(zhí)行。對(duì)日波動(dòng)不平衡負(fù)荷，取1min方均根值。應(yīng)用軟件不像傳統(tǒng)儀器的硬件那樣存在元器件老化的問(wèn)題，大大節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。前面板創(chuàng)建完畢后，便可使用圖形化的函數(shù)添加源代碼來(lái)控制前面板上的對(duì)象。本節(jié)介紹電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及到的關(guān)于參量分析相關(guān)控件的使用功能，使我們對(duì)設(shè)計(jì)中使用的控件有了進(jìn)一步的了解。(3) 諧波失真分析VI為了測(cè)量電壓諧波，使用了LabVIEW中用于測(cè)量諧波的諧波失真分析VI，如圖33所示。圖35 寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))(3) 打開(kāi)TCP連接(函數(shù))打開(kāi)TCP連接(函數(shù))如圖36所示。圖44 發(fā)送TCP數(shù)據(jù)讀取TCP數(shù)據(jù)的程序框圖如圖45所示。FFT的輸出都是雙邊的，它同時(shí)顯示了正負(fù)頻率的信息，通過(guò)只使用一半FFT輸出采樣點(diǎn)轉(zhuǎn)換成單邊FFT[11]。同時(shí)，以數(shù)據(jù)的形式顯示了電壓總諧波畸變率和基波電壓的頻率，如圖416所示。閃變波形可展成為一系列不同幅值、頻率和相角的調(diào)幅波的疊加。(45)式中：a1=，a2=，a3 =，a4=，b0=，b1=，b2=，b3=，b4=。具體程序框圖如圖424所示。第 5 章 結(jié)論與展望 結(jié)論此次設(shè)計(jì)基于LabVIEW平臺(tái)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用NI公司的LabVIEW2012軟件編程實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓參數(shù)的傳輸及監(jiān)測(cè)，具有測(cè)量精度高，抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)，滿足電力系統(tǒng)測(cè)試要求，主要是完成了以下幾項(xiàng)內(nèi)容：(1) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電能參數(shù)進(jìn)行傳輸，便于系統(tǒng)測(cè)量點(diǎn)和分析地點(diǎn)的異地操作；(2) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓偏差的測(cè)量分析，并通過(guò)前面板實(shí)時(shí)顯示電壓波形、電壓偏差和超限報(bào)警；(3) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓頻率偏差的測(cè)量分析，并通過(guò)前面板實(shí)時(shí)顯示頻率、頻率偏差和超限報(bào)警；(4) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓諧波的分析，并通過(guò)前面板顯示各次諧波的波形圖、諧波畸變率和超限報(bào)警；(5) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓三相不平衡度的分析，并通過(guò)前面板顯示不平衡度值和超限報(bào)警；(6) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的分析，并通過(guò)前面板顯示電壓波動(dòng)值、閃變值和超限報(bào)警；(7) 在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互的友好界面，方便人員對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和分析模塊的分步操作，并且操作簡(jiǎn)單，顯示清晰。在此，我向燕老師表達(dá)一個(gè)學(xué)生對(duì)老師的最崇高的敬意。在我們迷茫的時(shí)候?yàn)槲覀冎v解，指點(diǎn)迷津；在我們無(wú)計(jì)可施的時(shí)候，為我們提供一些相關(guān)資料，讓我們可以找到著手處。主控模塊設(shè)計(jì)前面板如圖429所示。圖421 電壓波動(dòng)和閃變程序框圖圖422 電壓波動(dòng)和閃變前面板 功率測(cè)量模塊功率測(cè)量模塊為該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的附加模塊，對(duì)所測(cè)電能進(jìn)行功率和電量的測(cè)量計(jì)算，同時(shí)，顯示出功率因數(shù)和相位差。這里就用雙線性變換法將式(43)從S域變換到Z域。由于基波頻率與低通濾波器的截止頻率接近，并不能完全濾除基波分量，需增加能檢測(cè)出幅值最大信號(hào)(即剩余的基波分量)的頻率、幅值和相角的補(bǔ)償環(huán)節(jié)，采用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生反向補(bǔ)償信號(hào)，抵消掉基波分量，剩余信號(hào)就是調(diào)幅波信號(hào)，再采用補(bǔ)償?shù)惴纯傻玫剿矔r(shí)閃變視感度S(t)。圖414 電壓諧波分析流程圖其中索引數(shù)組得到的各次諧波通過(guò)創(chuàng)建波形控件，Y取各次諧波組成的數(shù)組，dt取1，從而得到各次諧波的波形，并用波形圖表顯示。圖413 頻率偏差測(cè)量模塊前面板頻率偏差以數(shù)據(jù)方式顯示了模擬電壓的瞬時(shí)頻率偏差，通過(guò)波形圖可以查看歷史數(shù)據(jù)．根據(jù)程序設(shè)定。其中數(shù)據(jù)分析模塊包括電壓偏差測(cè)量、頻率偏差測(cè)量、供電電壓波動(dòng)和閃變測(cè)量、諧波測(cè)量、三相電壓不平衡度測(cè)量和功率測(cè)量六部分。這會(huì)消耗大量的套接字資源。圖32 提取單頻信息VI在time signals in輸入一個(gè)時(shí)域波形信號(hào)，可以檢測(cè)出該信號(hào)的頻率、幅值等信息。出現(xiàn)斷線的原因有很多，如試圖連接數(shù)據(jù)類(lèi)型不兼容的兩個(gè)對(duì)象是就會(huì)產(chǎn)生斷線。前面板由輸入控件和顯示控件組成，這些控件是VI的輸入輸出端口。虛擬儀器正好可以滿足這些要求[16]。 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》的規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過(guò)2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》，任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶在電力系統(tǒng)公共連續(xù)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓變動(dòng)，其限值和電壓變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)有關(guān)?？傊?，諧波對(duì)各種電力設(shè)備、通信設(shè)備以及線路都會(huì)產(chǎn)生有害的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞和電力系統(tǒng)事故。(23)式中?f 是頻率偏差，f 為實(shí)際頻率，fN則為標(biāo)稱(chēng)頻率，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50Hz。對(duì)于配電網(wǎng)最廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓低于額定電壓時(shí),轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)速下降，一方面導(dǎo)致工廠生產(chǎn)出次品、廢品；另一方面造成電流變大，電機(jī)溫升增加，線圈發(fā)熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞的后果。近年來(lái)，有許多基于虛擬儀器的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線的監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)地把監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋至中央控制室，本系統(tǒng)也是基于這一技術(shù)完成的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這大大