【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的影響，如運(yùn)行電壓的均方根值由于諧波畸變而高于額定值時(shí)，燈絲溫度升高而降低了燈泡的壽命；(8) 對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。尤其是一些衰減時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值強(qiáng)、諧波含量也很大，更容易引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，造成供電中斷；(9) 對(duì)儀表和電能計(jì)量的影響?，F(xiàn)代指示均方根值的電壓表和電流表相對(duì)地不受波形畸變的影響，受諧波影響較大的是計(jì)量電能的感應(yīng)型電能表，其誤差與頻率特性和非線性度造成的誤差有關(guān)。除電表本身誤差外，諧波負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率，這樣受諧波影響的用戶既從系統(tǒng)吸收基波功率又從諧波源吸收無(wú)用的諧波功率，其后果是諧波源負(fù)荷用戶少付電費(fèi)而受害的用戶反而多付電費(fèi)。總之，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。 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 公用電網(wǎng)諧波》，對(duì)公用電網(wǎng)諧波電壓限值如表 21所示[10]。表 21 公用電網(wǎng)諧波的限值電網(wǎng)標(biāo)稱電壓kV電壓總諧波畸變率%各次諧波電壓含有率%奇次偶次6103566110(1) 諧波術(shù)語(yǔ)的數(shù)學(xué)表達(dá)式第h次諧波電壓含有率HRUh，如公式(25)所示：(25)式中，Uh——第h次諧波電壓(方均根值)；Ul——基波電壓(方均根值)。諧波電壓含量UH，如公式(26)所示：(26)電壓總諧波畸變率THDu，如公式(27)所示：(27)(2) 諧波的測(cè)量在對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了區(qū)別暫態(tài)現(xiàn)象和諧波，對(duì)負(fù)荷變化快的諧波，每次測(cè)量結(jié)果可為3s內(nèi)所測(cè)值的平均值，推薦采用式(28)計(jì)算。(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，所以也稱為快速電壓變動(dòng)[11]。單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)稱為電壓變動(dòng)的頻度r(s1)，一般以分或秒為頻度的單位。電壓變動(dòng)頻度為調(diào)幅波頻率的2倍，或表示為f(Hz)=r(s1)/2。在電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，閃變以燈光閃爍對(duì)人眼視感的影響來(lái)反映供電電壓的波動(dòng)程度。閃變是指由于燈光照度不穩(wěn)定造成的視感。閃變不僅與電壓波動(dòng)的幅值有關(guān)，而且與電壓波動(dòng)的頻率和波形、照明燈具的性能及人的視感因素有關(guān)。出現(xiàn)供電電壓波動(dòng)，使實(shí)際運(yùn)行電壓偏離理想正弦波形和恒定電壓幅值的主要原因是由于各種類型的大功率波動(dòng)性負(fù)荷投運(yùn)引起的。波動(dòng)性負(fù)荷的用電特征分為周期性和非周期性的，而周期性和近似周期性的功率波動(dòng)負(fù)荷對(duì)閃變影響更為嚴(yán)重。目前供電系統(tǒng)中功率波動(dòng)造成干擾的負(fù)荷主要有：電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣化機(jī)車等。(2) 電壓波動(dòng)和閃變的危害電壓波動(dòng)會(huì)引起多種危害，如電壓快速變動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，不僅危及電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還會(huì)直接影響一些產(chǎn)品的質(zhì)量。閃變是電壓波動(dòng)的直接反映，當(dāng)電壓波動(dòng)嚴(yán)重到引起照明燈具閃爍時(shí)，會(huì)使人眼感到疲勞甚至難以忍受而降低工作效率。但閃變還與人的視感因素有關(guān)，所以不能以電壓波動(dòng)代替閃變。 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)。對(duì)于電壓變動(dòng)頻度較低(例如r ≤ 1 000次/h)或規(guī)則的周期性電壓波動(dòng)，可通過(guò)測(cè)量電壓方均根值曲線U(t)確定電壓變動(dòng)頻度和電壓變動(dòng)值，電壓波動(dòng)的限值如表22所示[12]。表22 電壓波動(dòng)限值r/(次/h)d/%LV、MVHVr ≤ 1431 r ≤ 103**10 r ≤ 1002100 r ≤ 10001注1：很少的變動(dòng)頻度(每日少于1次)，電壓變動(dòng)限值d還可以放寬。注2：對(duì)于隨機(jī)性不規(guī)則的電壓波動(dòng)，如電弧爐負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)，表中標(biāo)有“*”的值為其限值。注3：參照GB/T 1562007，本標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)標(biāo)稱電壓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。電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下，以一周(168h)為測(cè)量周期，所有長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt都應(yīng)滿足一定的條件，如表23所示：表23 閃變限值Plt≤110kV110kV 1 (1) 電壓波動(dòng)的測(cè)量和估算電壓波動(dòng)可通過(guò)電壓方均根值曲線U(t)來(lái)描述，電壓變動(dòng)d和電壓變動(dòng)頻度r則是衡量電壓波動(dòng)大小和快慢的指標(biāo)。電壓變動(dòng)d的定義表達(dá)式如式所示(29)式中，?U——電壓方均根值曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓之差； UN——系統(tǒng)標(biāo)稱電壓。(2) 閃變的測(cè)量和計(jì)算閃變是電壓波動(dòng)在一段時(shí)期內(nèi)的積累效果，它通過(guò)燈光照度不穩(wěn)定造成的視感來(lái)反應(yīng)，主要由短時(shí)閃變Pst和長(zhǎng)時(shí)間閃變Plt來(lái)衡量。短時(shí)閃變值Pst的計(jì)算方法是通過(guò)模擬人眼的感覺(jué)通過(guò)分析計(jì)算得出結(jié)果，具體過(guò)程將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。長(zhǎng)時(shí)間閃變值Plt由測(cè)量時(shí)間段內(nèi)包含的短時(shí)間閃變值Pst計(jì)算獲得，如式(210)所示：(210) 三相電壓允許不平衡度 三相不平衡產(chǎn)生的原因及危害電力系統(tǒng)的三相不平衡是由于三相符合不平衡以及系統(tǒng)元件參數(shù)的不對(duì)稱所致。三相電源電壓畸變不對(duì)稱時(shí)，對(duì)于三相四線制電路，可以分解為正序、負(fù)序和零序分量；對(duì)于三相三線制電路，可分解為正序和負(fù)序分量，而沒(méi)有零序分量。三相電壓的不平衡度通常以負(fù)序分量與正序分量的均方根的百分比來(lái)表示[13]，如式(211)所示。(211)式中，U1——三相電壓正序分量的均方根值；U2——三相電壓負(fù)序分量的均方根值。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量不平衡負(fù)荷，以及一些單相大容量負(fù)荷(例如交流電弧爐、電氣化鐵路)，使電網(wǎng)三相電壓不平衡日趨嚴(yán)重，危及電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。三相電壓或電流不平衡會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)和用戶造成一系列的危害，其中主要有：(1) 引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)，危及其安全運(yùn)行和正常工作；(2) 引起以負(fù)序分量為起動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作(特別是當(dāng)電網(wǎng)中同時(shí)存在諧波時(shí))，這對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行是有嚴(yán)重威脅的；(3) 導(dǎo)致半導(dǎo)體變流設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波電流(非特征諧波)，而這種設(shè)備一般設(shè)計(jì)上只允許2%的電壓不平衡度；(4) 導(dǎo)致發(fā)電機(jī)容量利用率下降。由于不平衡時(shí)最大相電流不能超過(guò)額定值，在極端情況下，；(5) 變壓器的三相負(fù)荷不平衡，不僅使負(fù)荷較大的一相繞組過(guò)熱導(dǎo)致其壽命縮短，而且還會(huì)由于磁路不平衡，大量漏磁通經(jīng)箱壁、夾件等使其嚴(yán)重發(fā)熱，造成附加損耗；(6) 在低壓配電線路中，三相不平衡會(huì)影響計(jì)算機(jī)正常工作，還會(huì)引起照明電燈壽命縮短(電壓過(guò)高)或照度不足(電壓過(guò)低)以及電視機(jī)的損壞等；(7) 三相不平衡時(shí)，將引起電網(wǎng)損耗的增加；(8) 干擾通訊系統(tǒng)，影響正常的通信質(zhì)量。 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%。%，%。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了不平衡度的計(jì)算方法[14]。(1) 測(cè)量取值對(duì)于電力系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)，供電電壓負(fù)序不平衡度測(cè)量值的10min方均根值的95%概率大值應(yīng)不大于2%，所有測(cè)量值中的最大值不大于4%。對(duì)日波動(dòng)不平衡負(fù)荷，取1min方均根值。為了實(shí)用方便，實(shí)測(cè)值的95%概率值可將實(shí)測(cè)值按由大到小次序排列，舍棄前面5%的大值取剩余實(shí)測(cè)值中的最大值。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)軟件設(shè)計(jì)分析過(guò)程既是采用這種方法。(2) 不平衡度的準(zhǔn)確計(jì)算式在沒(méi)有零序分量的三相系統(tǒng)中，當(dāng)已知三相量a、b、c時(shí)，可按式(212)求負(fù)序不平衡度。(212)式中，L——a4+b4+c4a2+b2+c22。 本章小結(jié)(1) 本章介紹了電能質(zhì)量的概念，最后給出了IEEE對(duì)電能質(zhì)量的定義；(2) 根據(jù)國(guó)家五項(xiàng)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，分別介紹了各種電能質(zhì)量指標(biāo)的產(chǎn)生原因、帶來(lái)的主要危害以及國(guó)標(biāo)中的規(guī)定和計(jì)算方法。第 3 章 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹 虛擬儀器的介紹虛擬儀器(Virtual Instruments)的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器的計(jì)算機(jī)化成為可能，于是誕生基于計(jì)算機(jī)的儀器，即虛擬儀器。儀器硬件以模塊化為特點(diǎn)，能夠全方位的系統(tǒng)集成，應(yīng)用軟件則以圖形化的編程為長(zhǎng)處，能夠方便高效的創(chuàng)建自定義的用戶界面，二者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的測(cè)量功能。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板，就如同使用一臺(tái)專用測(cè)量?jī)x器[15]。虛擬儀器利用PC機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示，代替了傳統(tǒng)儀器，改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，極大的提高了儀器的功能和使用效率，大幅度的降低了儀器的價(jià)格，使用戶可以根據(jù)自己的需要自定義儀器的功能；可以說(shuō)，虛擬儀器的出現(xiàn)將“儀器”的概念推向了一個(gè)新的紀(jì)元。虛擬儀器廣泛的應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、礦物勘探、醫(yī)療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的極大發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能強(qiáng)、精度高、自動(dòng)化程度高，而且要求測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好、具有良好的人機(jī)界面。虛擬儀器正好可以滿足這些要求[16]。與傳統(tǒng)的儀器相比較(見(jiàn)表31)，虛擬儀器具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：(1) 虛擬儀器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是軟件虛擬儀器系統(tǒng)中除PC機(jī)外的硬件主要用于數(shù)據(jù)的采集、輸入，至于系統(tǒng)怎樣處理數(shù)據(jù)，具有怎樣的面板和數(shù)據(jù)輸出的形式等都是由軟件決定的。虛擬儀器的好壞，很大程度上取決于軟件水平的高低。(2) 開(kāi)發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用低，系統(tǒng)組建時(shí)間短當(dāng)需要增加新的測(cè)量功能，只需要增加軟件模塊或通用的硬件模塊，縮短了系統(tǒng)的更新時(shí)間，而且有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。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。(3) 測(cè)量更準(zhǔn)確傳統(tǒng)儀器測(cè)量個(gè)體之間差異大，而虛擬儀器的應(yīng)用軟件在不同的PC機(jī)上具有相同的運(yùn)行效果，在軟件運(yùn)行這方面不存在個(gè)體的差異。(4) 測(cè)量更方便因?yàn)閭鹘y(tǒng)儀器功能單一，所以對(duì)一個(gè)信號(hào)完成多個(gè)參數(shù)的測(cè)量需要多臺(tái)儀器，使測(cè)量受到連接方式、電纜長(zhǎng)度等因素的影響。虛擬儀器只需對(duì)信號(hào)進(jìn)行一次采樣，多個(gè)軟件模塊對(duì)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。(5) 具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的大大提高和數(shù)字信號(hào)處理理論的豐富和完善，使虛擬儀器能夠快速準(zhǔn)確的處理數(shù)據(jù)。為了清楚的表明傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的區(qū)別，我們利用表31來(lái)更好地說(shuō)明。表31 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對(duì)比虛擬儀器傳統(tǒng)儀器界面圖形化，計(jì)算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)，信息量小可方便的與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)及多種儀器連接與其它儀器設(shè)備的連接十分有限關(guān)鍵是軟件，系統(tǒng)升級(jí)方便，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載升級(jí)程序關(guān)鍵是硬件，升級(jí)成本高，而且要上門進(jìn)行升級(jí)服務(wù)價(jià)格低廉，儀器間資源可重復(fù)利用率高價(jià)格昂貴，儀器間一般無(wú)法共享資源體積較小，便于攜帶和野外工作體積較大，不便于運(yùn)輸開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用較低開(kāi)發(fā)與維護(hù)開(kāi)銷高技術(shù)更新周期短(1～2年)技術(shù)更新周期長(zhǎng)(5～10年) LabVIEW軟件介紹虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器”，由此突出了軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中的重要性。美國(guó)NI公司通過(guò)長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究和發(fā)展，逐步確立了LabVIEW在虛擬儀器編程軟件中的主力地位[17]。LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。它的出現(xiàn)終于把人們——尤其是傳統(tǒng)儀器工程師和科學(xué)家們從繁雜的編程工作中解放出來(lái)，使他們能夠真正專心于自己所關(guān)注的事情。LabVIEW程序又稱虛擬儀器，即VI，其外觀和操作均模仿現(xiàn)實(shí)儀器。每個(gè)VI都使用函數(shù)從用戶界面或其他渠道獲取信息輸入，然后將信息顯示或傳輸至其它文件或計(jì)算機(jī)前面板是VI的用戶界面。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。輸入控件是指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤等輸入裝置，顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置，模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱G代碼或程序框圖代碼。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。前面板上的對(duì)象在程序框圖中顯示為接線端。接線端用以表示輸入控件或顯示控件的數(shù)據(jù)類型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標(biāo)或數(shù)據(jù)類型接線端。默認(rèn)狀態(tài)下，前面板對(duì)象顯示為圖標(biāo)接線端。接線端是在前面板和程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。節(jié)點(diǎn)是程序框圖上的對(duì)象，具有輸入輸出端，在VI運(yùn)行時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。節(jié)點(diǎn)相當(dāng)于文本編程語(yǔ)言中的語(yǔ)句、運(yùn)算符、函數(shù)和子程序。程序框圖中對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)連線實(shí)現(xiàn)。每根連線都只有一個(gè)數(shù)據(jù)源，但可以與多個(gè)讀取該數(shù)據(jù)的VI和函數(shù)連接。不同數(shù)據(jù)類型的連線有不同的顏色、粗細(xì)和樣式。斷開(kāi)的連線顯示為黑色的虛線，中間有個(gè)紅色的x。出現(xiàn)斷線的原因有很多，如試圖連接數(shù)據(jù)類型不兼容的兩個(gè)對(duì)象是就會(huì)產(chǎn)生斷線。結(jié)構(gòu)是文本編程語(yǔ)言中的循環(huán)和條件語(yǔ)句的圖形化表示。使用程序框圖中的結(jié)構(gòu)可對(duì)代碼塊進(jìn)行重復(fù)操作，有條件執(zhí)行或按特定順序執(zhí)行代碼。 電能質(zhì)量檢測(cè)VINI公司在LabVIEW中提供了一些工程測(cè)量中常用的VI，就像面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中的類一樣，我們可以直接使用，簡(jiǎn)化我們開(kāi)發(fā)的過(guò)程。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)