【文章內(nèi)容簡介】 變動，電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 8 荷 變化 又有一定的慣性，只是系統(tǒng)頻率總是一直處于變動的動態(tài)之中，不可避免地偏離標稱值，即產(chǎn)生頻率偏差。因此，必須劃出頻率允許的偏差范圍確保系統(tǒng)運行的可靠性和經(jīng)濟性。 電力系統(tǒng)頻率是指單位時間內(nèi)電信號周期性運動的次數(shù)，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(wǎng)額定頻率， Hz 《電能質(zhì)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(jù)負荷的性質(zhì)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(wǎng) 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(shù)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)。實際上電力系統(tǒng)并不是完全平衡的，引起這種不平衡的因素有 事故性和正常性兩大類：事故性的不平衡是由于三相系統(tǒng)中某一相或兩相 出現(xiàn)故障所致，這種不平衡工況是系統(tǒng)運行不允許的，一般由繼電保護、自動裝置動作切除故障元件后在短期內(nèi)使系統(tǒng)恢復正常運行的，正常性的不平衡則是由于系統(tǒng)三相元件或負荷不對稱所致。作為電能質(zhì)量指標之一的“三相電壓允許不平衡度 ” 是針對正常不平衡工況制定的。 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。 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。對于三相三線之電路，只含有正、負序分 量。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?qū)ΨQ系統(tǒng)中的分量。 —— 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?qū)ΨQ系統(tǒng)中的分量。 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。 《電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度》（ GB/T 155431995）標準規(guī)定： (1)電力系統(tǒng)公共連接點正常電壓不平衡度允許 值一般為 2%，短時不得超過 4%； (2)接于公共借點的每個用戶引起該點正常電壓不平衡度允許值一般為 %，根據(jù)連接點的負荷狀況臨近發(fā)電機繼電保護和自動裝置安全運行要求可作適當變動但必須滿足第 1 條的規(guī)定。 電網(wǎng)諧波分析 近年來，隨著電力電子技術的廣泛應用，半導體器件等其他非線性負荷在電力電子系統(tǒng)中的使用越來越多，這就不可避免地使相關的電流和電壓波形產(chǎn)生較大程度的畸變，通常稱為諧波污染。諧波污染將影響電能的質(zhì)量，對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟運行造成極大的影響。電力系統(tǒng)的諧波對各種電器設備 ，如繼電保護、自動裝 置、計算機、測量和計量儀器以及通信系統(tǒng)均有不利的影響。所以對電網(wǎng)中諧波含量進行準確的測量，確切掌握電網(wǎng)中諧波的實際狀況，對于防止諧波危害、維護電網(wǎng)的安全運行時十分必要的。 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 10 諧波的含義 國際上公認的諧波含義為：諧波是一個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。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，常常稱為高次諧波。 在國際電工 標 準中（ IEC 5552， 1982）、國際大電網(wǎng)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(shù)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(shù)倍。 諧波產(chǎn)生的原因和影響 諧波產(chǎn)生的根本原因是非線性負載如高壓輸電系統(tǒng)、變頻器、可控整流器、電弧爐、電動機車等的應用，造成電網(wǎng)中的諧波污染、三相電壓的不對稱以及電壓波動和閃變?nèi)遮厙乐?。同時，由于上述負荷的存在 ，使得電力系統(tǒng)中的供電電壓即便是正弦波形，其電流波形也將偏離正弦波形而發(fā)生畸變。 諧波對電網(wǎng)的危害，當系統(tǒng)含有高次諧波時，用于無 功補償?shù)牟⒙?lián)電容器組投入運行時，會產(chǎn)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(wǎng)絡線損有很大的危害。 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。如對電動機會引起附加損耗，其次還會產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。 《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)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(wǎng)的連接處； （ 2） 電網(wǎng)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(wǎng)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。 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(chǎn)過程中有功功率和無功功率隨機地或周期性大幅變動。隨著工業(yè)的發(fā)展，這類負荷的功率越來越大，是電網(wǎng)電壓很容易產(chǎn)生波動和閃變，嚴重影響了電網(wǎng)的電能質(zhì)量。因此，對電壓波動和閃變的研究就顯得越來越重要。 電壓波動是指 一系列 電壓 波動或工頻電壓 包絡線的 周期 變化。 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(shù)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(zhì)量、電子儀器工作失常、 白熾燈閃爍等等。因為一般的用電設備對電壓的敏感程度遠低于白熾燈，所以，選擇人們對白熾燈照度的主觀觀感，即“閃變”，最為電壓波動危害程度的評價指標。 閃變通常是指光的忽明忽暗的閃爍 。 而電力系統(tǒng)中的電壓閃變則是指由 于電網(wǎng)電壓波動引起人對所用照明設備忽明忽暗的一種感覺 ， 通常是以白熾燈的工況作為判斷依據(jù)，將電壓閃變可 以分為周期性和非周期性兩種，前者主要是由于周期電壓波動引起的，后者會與隨機性電壓波動有關。 本論文中對閃變主要是進行短時閃變值 的測量， 本設計中采用了中國電力科學研究院的林海雪老師所提出的全新的閃變測量方法，瞬時閃變值 S(t)的計算過程如下 : (l)對頻率追蹤的電壓信號采樣值 u(n)計算其半個周期或一個周期的均方根值，得到一段時間 均方根值數(shù)列 U(N)。 (2)對數(shù)列 U(N)進行傅里葉分 解，求出其離散的頻譜數(shù)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(chǎn)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。 =FFT(U(N)) (214) 上海海事大學本科生畢業(yè)設計 (論文 ) 12 S(t)= (215) 式中 頻譜上個頻率對應的單位瞬時閃變值的電壓波動值。 在獲得瞬時閃變值 S(t)的基礎山上計算短時閃變值 。 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(shù)（ 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。 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)。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。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。 虛擬儀器通過 I/O 接口設備完成信號的調(diào)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(jié)果，從而完成各種測量任務?！疤摂M”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。虛擬儀器面板上的各種“控件”與傳統(tǒng)儀器面板上的“器件”所完成的功能是相同的。 （ 2） 虛擬儀器的測量功能是由軟件編寫來實現(xiàn)的。 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。 虛擬儀器的硬件系統(tǒng)通常包括通用計算機和外圍設備。其中，通用計算機可以是 筆記本電腦，臺式機或工作站等。外圍硬件設備可以分為 GPIB、 VXI、 PXI、 DAQ 四種標準體系結(jié)構。 虛擬儀器的軟件系統(tǒng)從底層到頂層共包括三部分，即 VISA(I/O)庫、儀器驅(qū)動程序與應用軟件。 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。 （ 2）強大的數(shù)據(jù)處理功能。虛擬儀器將信號分析、顯示、存儲和其它 管理交由計算機來集中處理，充分利用了計算機強大的數(shù)據(jù)處理、傳輸和發(fā) 布功能。 （ 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)。 （ 4）良好的人機界面 。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。測量結(jié)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。 （ 5）與其他設備的互聯(lián)能力強。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。隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，已經(jīng)形成了網(wǎng)絡虛擬儀器。這是一種新型的基于 Web 技術的虛擬儀器，它使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，可實現(xiàn)遠程測試、監(jiān)控和故障診斷等功能，以充分利用有效資源，提高測試效率。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(jié)構 本論文研究了基于虛擬儀器技術的 風力發(fā)電并網(wǎng) 電能質(zhì)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(wǎng)絡功能，實現(xiàn)電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測中的數(shù)據(jù)讀取、存儲、分析以及與數(shù) 據(jù)庫連接等，此外虛擬儀器具有功能豐富的面板，使得測量結(jié)果更加直觀清晰。 基于虛擬儀器技術電能參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)由兩大部分組成 :硬件部分和軟件部分。 將硬件部分和軟件部分綜合起來， 軟件部分是核心，只要硬件部分將監(jiān)測點的電壓和電流信號經(jīng)信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡以最小失真度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，其余的任務如數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)顯示等完