【正文】 后再根據(jù)線性插值法較為準確的計算過零點的時刻。頻率計算主要是通過過零點時刻之差以及實際采樣時間間隔，計算出周期和頻率的大小。此外由于低通濾波器有一動態(tài)響應(yīng)過程，輸出的波形在達到穩(wěn)態(tài)時候有一個過渡過程，因此,在進行周期計算時需要取出穩(wěn)態(tài)的波形，以保證頻率計算的準確性。5電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案如圖51所示，虛擬儀器具有同傳統(tǒng)電子儀器一樣的三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)分析處理模塊和顯示結(jié)果模塊。其中，數(shù)據(jù)采集模塊和傳統(tǒng)電子儀器完全相同；虛擬儀器和傳統(tǒng)電子儀器最大的不同是虛擬儀器的數(shù)據(jù)分析處理完全由軟件來實現(xiàn)，這部分功能不受硬件限制，可以靈活地根據(jù)用戶需要設(shè)計并可隨時增加模塊，這是它最大的特點。網(wǎng)絡(luò)傳輸硬復(fù)制文件I/O圖形用戶接口信號處理數(shù)字濾波統(tǒng)計分析結(jié)果表達數(shù)據(jù)采集卡GPIB儀器VXI儀器RS232 圖51 虛擬儀器功能模塊顯示本監(jiān)測系統(tǒng)的原始信號是高壓變頻器的直流側(cè)電壓和電流。需要先由WBV411DO及WBI411DO型傳感器將電壓和電流轉(zhuǎn)換成同頻同相的交流電壓信號，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡再送入計算機進行下一步分析處理。因此，基于LABVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計算機。圖52 基于LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖硬件部分完成的基本任務(wù)就是隔離和變換，再由 DAQ 板把變換后的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，形成計算機能夠處理的數(shù)據(jù)。隔離和變換的任務(wù)由傳感器完成，A/D變換則由數(shù)據(jù)采集卡完成。在計算機上插入數(shù)據(jù)采集卡，用軟件在屏幕上生成儀器面板，用軟件進行信號分析處理。硬件部分主要由三部分組成：傳感器，數(shù)據(jù)采集卡和帶虛擬儀器的計算機。硬件結(jié)構(gòu)圖如圖61所示。整套系統(tǒng)的核心在于軟件部分，計算機為軟件的運行提供了硬件支持，軟件所需的數(shù)據(jù)是通過 PC 總線上獲得的。電網(wǎng)中電壓的基波頻率在50Hz 上下波動, 當采樣頻率和電力信號基頻不同步時, 將造成信號截斷而產(chǎn)生測量誤差。如果按照固定的基波頻率為50Hz 來確定采樣率, 就必然產(chǎn)生頻譜泄漏效應(yīng), 由于系統(tǒng)的慣性, 相鄰幾個周波的頻率變化卻很小傳感器的作用就是把各種類型的信號變換成電信號并實現(xiàn)有效的隔離。在實際電力系統(tǒng)中，電壓信號和電流信號都很大，需要通過信號調(diào)理部分把這些信號轉(zhuǎn)換成適于數(shù)據(jù)采集板(DAQ)工作的電壓信號（一般為177。5V ~ 177。10V 之間）。DAQ 板的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最終通過先入先出(FIFO)存儲器把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線上。 硬件采用特制隔離模塊，將被測交流電壓或電流換成同頻同相的交流電壓信號：具有可靠性高，無漂移，響應(yīng)快，線性好，低價位，體積小等特點，無須輔助電源，該產(chǎn)品適用于電力系統(tǒng)的交流采樣系統(tǒng)。,可用運算放大器擴大傳感器的輸出標稱值。圖53 接線圖我們采用PCI 總線技術(shù)開發(fā)了虛擬儀器系統(tǒng)硬件平臺，其基于PCI 總線的數(shù)據(jù)采集卡包括信號調(diào)理和數(shù)據(jù)采集兩部分，數(shù)據(jù)采集卡結(jié)合計算機數(shù)據(jù)處理軟件可以構(gòu)造各種虛擬儀器。數(shù)據(jù)采集卡直接插入計算機的PCI 總線擴展槽中，數(shù)據(jù)傳輸速度快，控制方式靈活，能適應(yīng)不同的測試需求。(1）信號調(diào)理電路的設(shè)計信號調(diào)理電路是將被測信號進行調(diào)理和放大以供數(shù)字電路進行采樣。它主要由信號調(diào)整電路、阻抗變換電路、電壓控制放大電路和觸發(fā)電路組成。信號調(diào)整電路主要是對輸入信號進行交直流耦合及對信號進行放大或衰減，以使信號滿足放大電路的輸入信號電平要求。該電路要求對輸入信號進行相應(yīng)調(diào)整的同時，不改變信號的頻率性質(zhì)，對外要呈現(xiàn)出高達1MΩ 的輸入阻抗，以保證不對產(chǎn)生輸入信號的外電路造成影響。因為放大電路具有較小的輸入阻抗，而調(diào)整電路又有較大的輸出阻抗，所以信號不能直接進入放大電路，必須先進行阻抗變換。該電路可由運放組成的跟隨器來完成，它將高阻的輸入信號變?yōu)榈妥栎敵?，從而去?qū)動具有低輸入阻抗的放大電路。 信號放大電路是信號調(diào)理電路的核心，它將輸入信號放大成為最大值為177。 的信號。此電路的頻率特性直接關(guān)系到整個調(diào)理電路的通頻帶，同時它還必須具有良好的信號限幅功能，以使放大后的信號不超過A/ D 轉(zhuǎn)換器的輸入極限值。觸發(fā)電路是將不同參數(shù)的信號轉(zhuǎn)換為幅度固定的觸發(fā)矩形脈沖，用矩形波的邊沿觸發(fā)邏輯控制電路的工作。根據(jù)實際需要還可以增加傳感器調(diào)理電路，因為各種傳感器具有各自獨特的特性，如對于熱電偶就需要進行冷節(jié)補償，對其非線性化輸出進行線性化處理等。 (2)數(shù)據(jù)采樣電路該電路能夠接收計算機的控制指令以不同的采樣速率對信號調(diào)理電路的模擬輸入信號進行采樣,最高采樣頻率可達到20MS/ S實現(xiàn)采樣值的存儲，實現(xiàn)示波器的時基選擇功能. 軟件部分對虛擬儀器來說，軟件就是儀器。因為它的數(shù)據(jù)分析處理模塊和顯示結(jié)果模塊完全由軟件代替硬件來實現(xiàn)。對本在線監(jiān)控系統(tǒng)，只要硬件部分將檢測點的電壓和電流信號經(jīng)傳感器和數(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(wù)如通道設(shè)置，濾波，加窗，數(shù)據(jù)分析等完全交給軟件處理。傳感器的作用就是把各種類型的信號變換成電信號并實現(xiàn)有效的隔離。在實際電力系統(tǒng)中，電壓信號和電流信號都很大，需要通過信號調(diào)理部分把這些信號轉(zhuǎn)換成適于數(shù)據(jù)采集板(DAQ)工作的電壓信號（一般為177。5V ~ 177。10V 之間）。DAQ 板的作用是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最終通過先入先出(FIFO)存儲器把數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線上。高限和低限指明輸入信號的范圍。通過輸入范圍我們就可以確定 A/D 轉(zhuǎn)換能夠量化處理的最大、最小的輸入電壓值。它與分辨率、增益配合，以獲得最佳的測量精度。分辨率是模/數(shù)轉(zhuǎn)換所使用數(shù)值位數(shù)。本系統(tǒng)取輸入范圍為10V~+10V。采樣速率（Scan rate）決定板卡每秒鐘數(shù)據(jù)的采集能力。在面板上的兩個按鈕“開始采集”、“退出”，就是控制采集與系統(tǒng)工作與否得按鈕。采集參數(shù)配置完畢后，就可以按“開始采集”按鈕進行數(shù)據(jù)采集了?！巴顺觥卑粹o控制著整個全系統(tǒng)的運行狀態(tài)。波形顯示是主界面的主要部分之一，波形顯示包括電壓電流的實時波形，通過通道切換控制，可以顯示不同通道的信息。通道號用來說明模擬輸入所使用的通道。本系統(tǒng)用通道V和通道I完成電壓和電流的采集工作。頻譜顯示也是主界面的組成部分之一，它包括電壓和電流頻譜圖，也采用通道切換控制來顯示不同通道的信息。軟件集成“即測即用”數(shù)據(jù)采集Measurement Ready DAQ設(shè)備包含了可以縮短編程時間的軟件，其特性如下： (1)與通用編程環(huán)境集成使用：信號和定時信息存儲在波形數(shù)據(jù)類型中，它們與LabVIEW信號分析程序直接連接。(2)板卡和通道配置：每一模擬通道都可以自動地從原始電壓換算成有意義的工程單位。(3)定時和觸發(fā)控制：可對模擬輸入，輸出和計數(shù)器/定時器操作以納秒的定時精度進行同步。高質(zhì)量測量性能“即測即用”數(shù)據(jù)采集Measurement Ready DAQ設(shè)備為獲得絕對精度而進行了優(yōu)化，具有如下特性： (1)卓越的模擬電路設(shè)計：具有低于20μV的系統(tǒng)噪聲和其他硬件規(guī)格，無論是小信號還是大信號，都可以進行精確測量。 (2)全面的信號調(diào)理選擇：具有隔離，濾波，激勵和電流測量模塊，您可將其連接到任意類型的傳感器上。 (3)完整的校準選擇：一個板載高精度信號源可以通過簡單的軟件調(diào)用對板卡重新進行校準，以減少溫度變化和時間積累所引起的誤差。圖54 基于LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖軟件的實現(xiàn)是根據(jù)層次化及面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，我們把整個系統(tǒng)分成以下幾個模塊：（1）主界面模塊；（2）數(shù)據(jù)分析處理模塊；（3）顯示結(jié)果模塊。 通過各個模塊的組合，實現(xiàn)本系統(tǒng)監(jiān)測功能。圖55為軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖。圖55 軟件系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖6結(jié)論此次設(shè)計主要介紹了電能質(zhì)量的相關(guān)概念和術(shù)語，并對其指標進行了分類，指出不同的指標有不同的定義和應(yīng)用領(lǐng)域；并結(jié)合實際闡述電能質(zhì)量的幾種改善方法與措施；介紹了LabVIEW的基本原理，這些方法可以有效地解決電壓質(zhì)量問題；文章還就電能質(zhì)量技術(shù)的改進與提高，提出系統(tǒng)化綜合補償技術(shù)是解決電能質(zhì)量問題的“治本”途徑，以解決動態(tài)電能質(zhì)量問題。 (1)從變頻器所共有的諧波問題入手，在闡述了變頻器的基本原理，諧波及諧波的基本分析方法及虛擬儀器基本原理及技術(shù)之后，提出建立基于LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)。 (2)運用了數(shù)字信號處理技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，發(fā)揮了虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)分析及測量中的優(yōu)勢。數(shù)字信號處理技術(shù)所具有的強大計算功能，配合虛擬儀器技術(shù)所具有的開發(fā)速度快、控制硬件容易、圖形用戶界面以及強大的聯(lián)網(wǎng)功能，已經(jīng)成為測量與控制方面的主流。 (3)根據(jù)虛擬儀器的概念，建立了基于LabVIEW的大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)。硬件上采用了WBV411DO及WBI411DO型傳感器與 NI 公司的 DAQ 數(shù)據(jù)采集板實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，軟件上利用NI 公司的虛擬儀器軟件 LabVIEW 編制了大功率變頻器在線監(jiān)控系統(tǒng)程序的界面以及采集、計算、存儲、統(tǒng)計分析等功能模塊。 隨著虛擬儀器技術(shù)的長足發(fā)展，在將來虛擬儀器技術(shù)必定會在工程技術(shù)及各個領(lǐng)域得到更大的應(yīng)用。 如今虛擬儀器在測量、監(jiān)控、檢測、教育以及電信等方面已經(jīng)得到了應(yīng)用。虛擬儀器還在其他很多領(lǐng)域包括航空、汽車、生物醫(yī)學等方面得到廣泛應(yīng)用。從交通監(jiān)控系統(tǒng)到大學實驗室，從部件自動測試到工業(yè)過程控制，虛擬儀器應(yīng)用的例子不勝枚舉。相信未來虛擬儀器將得到更多的發(fā)展，應(yīng)用范圍也將越來越廣。 我們只是本著對其應(yīng)用的初步涉足，在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，也只能作到掌握最簡單的原理，采用最簡單的一些方法，但也仍然感受到了虛擬儀器技術(shù)及G語言的功能強大和實用。對于本監(jiān)控系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)更多通道，更多參數(shù)的測量和分析，并能夠通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)遠程監(jiān)控等的功能。這些都可以作為未來的進一步改進。在設(shè)計過程中，畢竟水平有限，存在很多不完善和需要改進的地方，有待于改進和完善。致 謝本次設(shè)計是在指導教師和各位同學的熱心幫助下圓滿完成的。在本次設(shè)計的過程中，得到了老師和同學們熱情、無私的幫助，本人在此謹表示深深的感謝！首先，我要衷心感謝王憲磊老師數(shù)月來對我耐心的指導。在設(shè)計的選題，查找資料，以及設(shè)計撰寫說明書的過程，乃至定稿，都得到了王憲磊老師的悉心指導。其次，感謝我的同學，在我遇到困難的時候他們能夠伸出援助之手，在論文的寫作及校正過程中，他們更是給了我大量的建議和幫助，在此向他們表示感謝！最后，我要感謝塔里木大學機械電氣化工程學院的所有老師和同學，感謝他們在四年以來對我的教育和幫助。參考文獻[1] ：四川大學,.[2] 艾欣，2002年02期.[3] 龔鋼軍,唐良瑞,[J].繼電器，2004,17.[4] 張學智，, 2002年 02期.[5] 李海濤,楊樂平,2001.[6] 趙啟勝，張錫慶，,2003年12期[7] 郁文賢，夏勝平，, 2001年 03期.[8] ：河海大學,.[9] 張國利，.[10] 黃波,蔡靜,[J].現(xiàn)代電力,2003,3.[11] 李揚，,2001年01期.[12] 陳輝峻，—虛擬儀器現(xiàn)代機械. 2004年04期.本文是通過網(wǎng)絡(luò)收集的資料，如有侵權(quán)請告知，我會第一時間處理。22