【文章內(nèi)容簡介】 變化、頻率變化、電壓與電流相位變化、信號干擾等。這一類型往往對應(yīng)著穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量問題，其主要特征是變化的連續(xù)性。事件型是指突然發(fā)生的電能質(zhì)量擾動現(xiàn)象，其重要的特征表現(xiàn)為電壓或電流短時(shí)嚴(yán)重偏離其額定值或理想波形。這一類現(xiàn)象包括電壓暫降和電壓短時(shí)間中斷、暫態(tài)電能質(zhì)量檢測與分析的研究、欠電壓、瞬態(tài)過電壓等。該類型往往對應(yīng)著暫態(tài)電能質(zhì)量問題，其主要特征是變化的不連續(xù)性或短時(shí)性。 電能質(zhì)量參數(shù)測量原理 電壓偏差是指電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行的條件下，供電電壓對額定電壓的偏差。當(dāng)出現(xiàn)電壓偏差時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和壽命都會直接或間接地受到一定的影響。通常，電壓偏差是指電壓變化率小于每秒 1%時(shí)，實(shí)際電壓值與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓值之差[12]。 ()式中，、 分別表示電壓偏差、實(shí)測電壓、額定電壓，其中，實(shí)測電壓和額定電壓都為有效值, 電壓偏差對電力系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： 1. 對用電設(shè)備的危害。所有用戶的用電設(shè)備都是按照設(shè)備的額定電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的。當(dāng)電壓偏離額定電壓較大時(shí)，用電設(shè)備的運(yùn)行性能惡化，不僅運(yùn)行效率降低，很可能會由于過電壓而損壞。2. 對電網(wǎng)的危害。輸電線路的輸送功率受功率穩(wěn)定極限的限制，而線路的靜態(tài)穩(wěn)定功率極限近似與線路的電壓平方成正比。系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏低，輸電線路的功率極限大幅度降低，可能產(chǎn)生系統(tǒng)頻率不穩(wěn)定現(xiàn)象。系統(tǒng)運(yùn)行電壓過高又可能使系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備的絕緣受損，使帶鐵心的設(shè)備飽和，產(chǎn)生諧波，并可能引發(fā)鐵磁諧振，同樣威脅電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。國家標(biāo)準(zhǔn)GB123252003《供電電壓允許偏差》中規(guī)定：電壓允許偏差是在正常運(yùn)行條件下應(yīng)保持電網(wǎng)各點(diǎn)電壓在額定的水平上。％；2. 10kV及以下高壓供電和低壓三相用戶為額定電壓的+7％～7％； 低壓單相用戶為額定電壓的+5％～10％。國標(biāo)中的規(guī)定是在交流 50 Hz的情況下適用，不適用于瞬態(tài)和非正常運(yùn)行情況。 三相不平衡度 在理想的三相交流電力系統(tǒng)中，A、B、C 三相電壓幅值相同，并且按順序互成2π/3角度，這樣的系統(tǒng)叫做三相平衡系統(tǒng)。然而由于種種原因，實(shí)際中的電力系統(tǒng)并不是完全平衡的。電力系統(tǒng)的三相不平衡是由于三相負(fù)載不平衡以及系統(tǒng)元件參數(shù)的不對稱所致。三相電源電壓畸變不對稱時(shí)，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(fù)序、零序分量，對于三相三線制電路，只含有正、負(fù)序分量。電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用符號ε 表示，即： （） （）式中，、為三相電壓、電流正序分量均方根值；、為三相電壓、電流負(fù)序分量均方根值。三相四線制系統(tǒng)[13]對于含有零序分量的三相四線制系統(tǒng)，應(yīng)用對稱分量法，由式(24)求出正序分量和負(fù)序分量，然后利用(22)式求出系統(tǒng)不平衡度。（）式中，為旋轉(zhuǎn)算子，，、分別為正序、負(fù)序和零序分量，、分別為 A相、B 相和C 相電壓。三相三線制系統(tǒng)當(dāng)三相電量中不含零序分量時(shí)，國標(biāo)給出了三相不平衡度的準(zhǔn)確算式： ()式中，a、b、c分別為三相幅值。系統(tǒng)處于三相不平衡運(yùn)行時(shí)，對電力系統(tǒng)和用戶會造成一系列的危害，主要表現(xiàn)有： ，可能導(dǎo)致一些作用于負(fù)序電流的保護(hù)和自動裝置誤動作，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行。 2. 三相電壓不平衡會使換流器的觸發(fā)角不對稱，換流器將產(chǎn)生較大的非特征諧波。 ，使感應(yīng)電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和輸出功率下降，還可能引起電動機(jī)振動。 4. 變壓器的三相負(fù)荷不平衡，會使負(fù)荷較大的一相繞組過熱而縮短其壽命并且會由于磁路的不平衡造成附加損耗。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T155431995 《三相電壓允許不平衡度》規(guī)定了電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，同時(shí)規(guī)定了短時(shí)的不平衡度不得超過4%。%。 國際上公認(rèn)的諧波定義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”[14]。檢測電網(wǎng)諧波主要是通過檢測電網(wǎng)中各次諧波的含有率和總諧波畸變率。 (1) 諧波含有率(HR)：第 h 次諧波分量的有效值(或幅值)與基波分量的有效值(或幅值)之比。 第 h 次諧波電壓含有率： 100% ()第 h 次諧波電流含有率： 100% （）式中 、分別為第 K次諧波電壓、電流的有效值；、分別為基波電壓、電流的有效值 。(2) 總諧波畸變率(THD)：諧波總量有效值與基波分量的有效值之比。 諧波電壓總量為 （）諧波電流總量為 ： ()電壓總諧波畸變率為 ： ()電流總諧波畸變率為 ： () 諧波對電力系統(tǒng)和其他系統(tǒng)的危害[15]主要有： 1. 諧波使公用電網(wǎng)中元件產(chǎn)生附加的諧波損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率，大量的三次諧波流過中性線時(shí)將使線路過熱甚至發(fā)生火災(zāi)。 2. 諧波影響變壓器的正常工作。諧波電壓的存在增加了變壓器的磁滯損耗、渦流損耗及絕緣的電場強(qiáng)度，諧波電流的存在增加了銅損,縮短變壓器的使用壽命。 3. 諧波會引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，一般情況下，并聯(lián)諧波諧振所產(chǎn)生的諧波過電壓和過電流對相關(guān)設(shè)備的危害性較大。 4. 諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作。諧波對電力系統(tǒng)中以負(fù)序量為基礎(chǔ)的繼電保護(hù)和自動裝置的影響十分嚴(yán)重，這是由于這些按負(fù)序量整定的保護(hù)裝置，整定值小、靈敏度高。 。由于電氣測量裝置都是按50Hz 的標(biāo)準(zhǔn)的正弦波設(shè)計(jì)的，當(dāng)供電電壓或負(fù)荷電流中有諧波成分時(shí)，會影響感應(yīng)式電能表的正常工作。國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 145431993）《公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定電壓 ，電壓總諧波畸率(THD)不高于5%；電壓在 ，電壓總諧波畸率(THD)不高于4%；電壓在 ，電壓總諧波畸率(THD)不高于 3%；電壓在 ，電壓總諧波畸率(THD)不高于 2%。 電壓波動 電壓波動是一系列電壓變動或工頻電壓包絡(luò)線的周期性變化。它主要是由一些非線性負(fù)荷的接入引起的。電壓波動值為相鄰電壓均方根的兩個(gè)極值、之差 ΔU，常以其標(biāo)稱電壓的百分?jǐn)?shù)表示其相對百分值，即： ()電壓波動除了會造成照明燈光的閃爍之外，還會造成電動機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，影響產(chǎn)品質(zhì)量甚至損壞電動機(jī)，還會使電子計(jì)算機(jī)、監(jiān)測和控制設(shè)備等工作不正常。國家標(biāo)準(zhǔn)中對各級電壓在一定頻度范圍內(nèi)的電壓波動限值作了規(guī)定,。變動頻率r() 波動限值d(%) 變動頻率r() 波動限值d(%) LV、MV HV LV、MV HVr1 4 3 10 r≤ 100 2 r10 3 100 r≤ 1000 2 電力系統(tǒng)負(fù)荷不斷變動，電源出力及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)追隨負(fù)荷變化又有一定的慣性，致使系統(tǒng)頻率不可避免地偏離標(biāo)稱值，電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與標(biāo)稱值之差稱為頻率偏差[16]。 ()式中，、分別表示頻率偏差、實(shí)測頻率、額定頻率。 頻率偏差過大的主要危害有： 。工業(yè)企業(yè)所使用的用電設(shè)備大多數(shù)是異步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)，系統(tǒng)頻率變化將引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速改變，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量。 。電動機(jī)的輸出功率與系統(tǒng)頻率有關(guān)，系統(tǒng)頻率下降使電動機(jī)的輸出功率降低，從而影響所傳機(jī)械的出力，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率降低。 3. 使電子設(shè)備不能正常工作，甚至停止運(yùn)行?，F(xiàn)代工業(yè)大量采用電子設(shè)備，這些設(shè)備對系統(tǒng)頻率非常敏感，系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定會影響這些電子設(shè)備的工作特性，降低其準(zhǔn)確度，造成誤差。 ，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)頻率崩潰或電壓崩潰。系統(tǒng)頻率降低，電動機(jī)輸出功率將以與頻率成三次方的比例減少，則它們所供應(yīng)的水量和風(fēng)量就會迅速減少，從而影響鍋爐和發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行。 5. 處于低頻率電力系統(tǒng)中的異步電動機(jī)和變壓器其主磁通會增加，勵磁電流隨之加大，系統(tǒng)所在無功功率大為增加，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平降低，給系統(tǒng)電壓調(diào)整帶來困難。 6. 無功補(bǔ)償電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比，當(dāng)頻率下降時(shí)，電容器的無功處理成比例降低，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T159451995 《電力系統(tǒng)頻率允許偏差》規(guī)定以50Hz正弦波作為我國電力系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率，并規(guī)定電力系統(tǒng)正常的頻率偏差允許標(biāo)準(zhǔn)為177。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，可放寬到177。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動一般不超過177。，根據(jù)沖擊負(fù)載性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件可適當(dāng)變動限制。 基于虛擬儀器的電能質(zhì)量參數(shù)檢測系統(tǒng)與傳統(tǒng)的檢測系統(tǒng)相比，數(shù)據(jù)采集模塊還是由傳統(tǒng)的采集硬件來完成，不同的是數(shù)據(jù)分析處理模塊完全由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，這部分功能不受硬件限制，可以根據(jù)用戶的需求隨時(shí)增減、修改模塊，這一優(yōu)勢是傳統(tǒng)儀器所無法比擬的。 對于本論文所研究基于虛擬儀器的電能質(zhì)量參數(shù)檢測系統(tǒng)由基本硬件電路和軟件組成?；居布娐钒妷弘娏鱾鞲衅?、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集及計(jì)算機(jī)；軟件編程以美國國家儀器公司的 Labview 為開發(fā)平臺。其中，軟件部分是核心，只要硬件部分將檢測點(diǎn)的電壓和電流信號以最小失真度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)據(jù)分析和處理、參數(shù)及波形的顯示等完全由軟件來完成。 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn) 本課題主要研究軟件部分，硬件部分設(shè)計(jì)只做簡要介紹?；谔摂M儀器的設(shè)計(jì)思想，該系統(tǒng)所涉及到的硬件相對較少，該系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)主