【導讀】虛擬儀器是計算機技術與電子儀器相結合而產(chǎn)生的一種新的儀器設。其實質是以通用計算機為硬件平臺，由用戶設計定義其測試功能，由軟件實現(xiàn)其測試功能的一種計。它從根本上更新了儀器的概念，具有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢。它的出現(xiàn)代表著儀器發(fā)。展的最新的潮流和方向。目前市場上出售的諧波測試儀器種類繁多，但是當前的諧波測試設備大多存在。功能單一，測試精度有限，開發(fā)與維護費用高、生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)調試和維修煩瑣等問題。一種高精度、多功能、可擴展的諧波測試儀是儀器發(fā)展的大勢所趨。著提高電力測試儀器的測試質量與效率，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益。論文首先論述了國內外諧波研究的現(xiàn)狀以及諧波檢。擬儀器軟硬件系統(tǒng)做了簡要介紹。為更好的應用虛擬儀器技術完成諧波測試儀的開發(fā)。該儀器實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)測定、結果分析

　　

【正文】 的理論值與測量值對比 諧波次數(shù) (次 ) 理論值（ v） 測量值 (v) 誤差（ v） 1 3 5 7 9 11 13 如圖 ，基波頻率為 20Hz， 二次諧波頻率為 40Hz，三次諧波頻率為 60Hz， 四次諧波頻率為 72Hz， …… 。 圖 諧波頻率顯示前面板 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 21 頁 共 27 頁 圖 各次諧波頻率和幅度值 如圖 可以得出諧波的畸變率 %THD 為 。在此用公式 %100)()()(122322 ???????fA fAfAfAT H D m ）（ 并利用各次諧波的幅值可以計算出諧波的總畸變率 %THD。這里取 8次諧波的幅值來計算該諧波的總畸變率： %THD= %100)()()( 1282322 ??????fA fAfAfA ）（ = % 222 ?????? = 通過計算得出測量值與計算值非常接近，在允許的誤差范圍之內， 所以可以得出此諧波分析儀能夠較準確的測量出諧波信號的相關參數(shù)。 圖 諧波畸變率分析 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 22 頁 共 27 頁 頻譜分析 圖 諧波頻譜分析的前面板設計圖 如圖 和圖 所示，為諧波信號的頻譜分析。此頻譜分析程序首先將諧波信號采用漢寧窗函數(shù)加窗，通過 FFT Power ，然后將輸出值解包得到信號的幅值和頻率，再將得到的幅值和頻率經(jīng)過 Spectrum Unit ，經(jīng)過 Power amp。 Frequency ，即基頻。最后將經(jīng)過 Spectrum Unit 譜單位轉換后的值與得到的頻率打包通過一選擇結構顯示出頻譜分析結果。此系統(tǒng)線性顯示了信號的頻率與幅值的關系。從圖中可以直接得出諧波的基頻 20Hz， 所對應的基波幅值為 ，以及各次諧波的頻率，幅值關系。 圖 諧波頻譜分析的框圖程序 由式（ ）可以得到諧波的頻譜函數(shù) 為 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 23 頁 共 27 頁 dtetnndtetfjF tjntj 11 )s i n14()()( 1...5,3,1?? ??? ?????????? ?? ??? 功率譜分析 圖 諧波 功率譜分析前面板設計圖 圖 諧波功率譜分析框圖程序 此諧波分析的功率譜分析程序非常簡單，這也體現(xiàn)了 LabVIEW 圖形化程序設計編程的簡易性。從圖 可以看出程序僅將諧波信號通過 Hanning Auto Power 得出諧波的功率譜。 主要功能及技術指標 主要功能 本諧波分析儀能夠對各種波形進行諧波監(jiān)測與分析，并對諧波的幅值、頻率、功率譜和諧波畸變率進行測量。 技術指標 （ 1）監(jiān)測的諧波次數(shù)：可監(jiān)測 到 1— 50次諧波； （ 2）依據(jù)快速傅里葉算法的 LabVIEW中的 圖形化編程功能和函數(shù)模塊 對諧波進行測量分析； （ 3）測量精度： 當諧波次數(shù) 10?n 時，測量誤差 ? %，當諧波次數(shù) 10?n 時，測量誤差 ? %。 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 24 頁 共 27 頁 第 5 章 結論與展望 結論 近年來，虛擬儀器技術在國際上發(fā)展非常迅速。這要歸功于虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，該技術虛擬化儀器模式 —— 虛 擬儀器，特別適用于當今越來越復雜的測試需求。虛擬儀器技術突破了傳統(tǒng)電子儀器以硬件為主體的模式，將日益普及的計算機技術與傳統(tǒng)的儀器儀表技術結合起來，使用戶利用計算機、一組軟件和極少的必需硬件，就可在屏幕上虛擬出與傳統(tǒng)儀器相似的顯示面板，使用者通過鼠標和鍵盤操縱面板上的虛擬按鈕、開關、旋鈕來實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能操作，通過面板上的虛擬顯示屏和指示燈了解儀器的狀態(tài)讀取或打印測量結果，方便靈活地完成對被測試測量 的采集、分析、判斷、顯示及數(shù)據(jù)存儲等。對于虛擬諧波測試儀的設計，本文作者在初期準備階段，認真閱讀和參考了 大量有關虛擬儀器技術、信號處理、數(shù)據(jù)采集、軟件算法、 LabVIEW等相關書籍及文獻資料。在此基礎上，為了更好的認識和利用虛擬儀器技術，作者在指導教師、和科研經(jīng)驗的指導下，利用 LabVIEW的強大開發(fā)能力，在較短時間內設計出功能較為齊全的虛擬諧波測試儀。本文結合現(xiàn)有條件，圍繞該儀器的設計進行了較為系統(tǒng)的理論和實驗研究，得到如下結果： 1．分析了傳統(tǒng)諧波測試儀的不足之處，提出了研究基于虛擬諧波測試儀的必要性和可行性； 2．采用軟件測頻技術實現(xiàn)了對頻率的測量，并采用軟件二次采樣和濾波技術來減小誤差，以提高測量精度 ； 3．利用 LabVIEW8． 6編制了虛擬諧波測試儀的主界面，及各模塊 (數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊等 )的前面板和框圖程序，實現(xiàn)了對諧波的測試和分析功能： 4．通過在實驗室做實驗完成了對監(jiān)測系統(tǒng)的測試，從仿真和實驗結果可以看出該系統(tǒng)基本能夠滿足對諧波參數(shù)監(jiān)測的要求。 展望 由于時間和實驗條件的限制，本儀器設計還存在許多不足之處，開發(fā)的虛擬諧 波測試儀還必須在以下幾個方面進行完善： 1．影響該系統(tǒng)各項性能的因素很多，而數(shù)據(jù)采集板的采樣速率和分辨率影響著系統(tǒng)的分辨率和波形的顯示。本設計由于經(jīng)費 問題，采用了非 LabVIEW兼容的數(shù)據(jù)采集板，在數(shù)據(jù)采集方面費時頗多，因此影響了虛擬儀器面板的設計； 2．對諧波測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫功能研究較少，還需要進一步的開發(fā)研究； 3．數(shù)據(jù)存儲模塊只完成了向塊記錄文件的存儲，沒有實現(xiàn)向電子表格的存儲， 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 25 頁 共 27 頁 這一方面有待進一步完善； 4．所開發(fā)的虛擬諧波測試儀還不具備遠程監(jiān)測功能，需進一步研究利用網(wǎng)絡功 能進行遠程參數(shù)監(jiān)測； 5．可以自己研制數(shù)據(jù)采集板，以降低成本，提高性能。 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 26 頁 共 27 頁 參考文獻 [1] 王兆安，楊君，劉進軍，王躍． 諧波抑制和無功功率補償 [M]．第二版．北京，機械工業(yè)出版社，2020. [2] 張發(fā)啟．現(xiàn)代測試技術及應用 [M]．第二版．西安，西安電子科技大學出版社， 2020. [3]．路林吉，饒家明．面向儀器與測控過程的圖形化開發(fā)平 — LabVIEw[J]．電子技術， 2020， 2(03)：810. [4] Zhao Xu Etc． New Fundamental Waveform Electronic Energy Meter[J]． ISIST,2020，1(384):1215. [5] D． A． Blately IA． Arilage,．電力系統(tǒng)諧波 [M]．第一版．武漢，華中理工大學出版社，1994. [6] 陳堅．電力電子 學 ～ 電力電子變換和控制技術 [M]．北京，高等教育出版社， 2020. [7] 陳錫輝，張銀鴻． LabVIEW8． 2程序設計從入門到精通 [M]．第一版．北京，清華大學出版 ， 2020. [8] GT． Heydt， ES． Field etc． Application of the Windowed FFT to Electric Power QualityAssessment[J]． IEEE Transactionon Power Delivery,V01． 1 4， No． 4， Oct． 1 999 [9] 程佩青．數(shù)字信號處理教程 [MJ]第二版一北京 ，清華大學出版社， 2020. [10] Vinay K． Ingle， John GProakis． Digital Signal Processing using MATLAB[J]． Second Edition． Xi’ an jiaotong University Press， January 2020. [11] 毛筱等． FFT應用于諧波測量中頻譜泄漏的分 析 與處理 [MJ]．電工技術雜志， 2020， 2,4446. [12] Giovanni Bocci， Edoardo Fiorucci， Carminc Landi． Digital Measurement Station forPower Quality Analysis in Distirbuted Enviomments[J]． IEE Transactions onInstrumentation and Measurement,V01． 52， NO上 Feb． 2020， 75． 84. [13] 林海雪，孫樹勤． 電力網(wǎng)中的諧波 [J]第一版．北京，中國電力出版社， 1998. [14] GB/T14549— 1993．電能質量公用電網(wǎng)諧波 [M]． 1994. [15] 劉瑩，王志強．諧波源影響供電電能質量的原因分析與治理叨 [MJ]．內蒙古電力技術， 2020， 19：2627. [16] 謝啟，溫曉行，高琴妹等． LabVIEW軟件中菜單形式的用戶界面設計與實現(xiàn)川．微計算機應用 [J]，2020， 15(21)： 8890. [17] 張水平，謝啟．基于 LabVIEW主菜單的一種實現(xiàn)方法 [J]．常熟理工學院學報， 2020， 19(6)： 6567. 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 27 頁 共 27 頁 [18] 楊樂平，李海濤等． LabVIEW高級程序設計 [M]．北京，清華大學出版社， 2020， 5060. 長江師范學院本科畢業(yè)設計基于 LabVIEW 虛擬儀器的諧波測試儀設計 第 28 頁 共 27 頁 致 謝 衷心感謝我的指導老師嚴文娟女士！正是在嚴老師的悉心指導和嚴格要求下，我的論文才能得以順利完成。嚴老師 知識淵博、治學嚴謹、工作務實、平易近人 ，本文實驗工作、理論分析得到了她 的細心指導。當我遇到困難的時候，是 嚴老師給了我信心和勇氣，當我感到迷惘的時候，是嚴老師 給我指明了方向。 在此，再次深 深地感謝為我的論文制作而付出心血的嚴文娟老師。 感謝系上四年來教導和幫助我的每一位尊敬的領導和敬愛的老師。正是由于他們對我精心的指導和教育，以及無微不至的關懷和幫助，才讓我在大學四年受益匪淺，掌握了較為全面的專業(yè)知識和獨立自主的生存能力，完善了我的綜合素質。 感謝班上陪我度過大學四年的同窗們。在大學四年中，是他們在我失落時為我鼓氣，在我成功時為我喝彩，感謝他們與我一起度過了四年豐富多彩的大學生活。 為了我能在 大學四 年順利完成學業(yè)，家庭及長輩給予了我極大的支持和幫助，還有曾經(jīng)在一起工作過的同事、朋友給予了許多 關心和鼓勵，在此 一并 向他們表示感謝。