【正文】 參考文獻(xiàn) [1] 楊俊華，吳 捷。 展 望 由于條件和時(shí)間的限制，開發(fā)的電能質(zhì)量參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)還必須在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善 ： 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 38 (1)本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了雖然完成了對(duì)電壓、電流、諧波、頻率 和功率的測量，但僅 僅是單相的，以后可以把這部分整合進(jìn)來完成對(duì) 三相不 平衡的測量 。論文完成的主要工作有以下幾點(diǎn) : (l)分析了 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)對(duì) 電能質(zhì)量參數(shù) 的影響 ， 提出對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測的必要性； (2)對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的指標(biāo)及測量方法進(jìn)行了仔細(xì)研究，找出了相應(yīng)的測量方法。 圖 65 功率測量模塊的測試結(jié)果上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 37 第七 章 結(jié)論與展望 結(jié) 論 虛擬儀器技術(shù)具有圖形化的編程語言、儀器硬件和軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、圖形化的用戶界面、接口通用性和開放性等特點(diǎn)，使用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)測控系統(tǒng)，可以縮短儀器開發(fā)周期，降低儀器成本，提高儀器性能。 圖 64 諧波分析模塊測試結(jié)果 功率測量模塊的測試 圖 65是功率測量模塊的測試結(jié)果。 圖 62 電壓偏差測量模塊測試結(jié)果 頻率偏差測量模塊 圖 63是頻率偏差測量模塊的測試結(jié)果，圖中數(shù)值控件 顯示了系統(tǒng)電壓頻率、電壓基波頻率、實(shí)測頻率以及頻率偏差；圖形控件是以波形圖的形式顯示頻率偏差的。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 34 圖 61 伏安測量模塊 測試結(jié)果 電壓偏差測量模塊 圖 62是電壓偏差測量模塊的測量結(jié)果，圖中的數(shù)值顯示控件反映了系統(tǒng)的電壓、實(shí)測電壓以及點(diǎn)偏差度。 伏安測量模塊 圖 61 是伏安測量模塊的測試結(jié)果。聯(lián)調(diào)即對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)，各個(gè)模塊聯(lián)合起來測試。 （ 4）模型測試 :即核算所有計(jì)算結(jié)果。 （ 2）窮舉測試 :即程序運(yùn)行的各個(gè)要求都應(yīng)該測試。 軟件測試方法的介紹 程序測試就是要在計(jì)算機(jī)上以各種可能的數(shù)據(jù)和操作條件對(duì)程序進(jìn)行測試，找出存在問題并加以修改，使之符合設(shè)計(jì)要求。 523 短時(shí)閃變計(jì)算框 圖上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 33 第六章 系統(tǒng)測試 一個(gè)軟件 平臺(tái)系統(tǒng)開發(fā)過程的最后一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是對(duì)軟件的測試。 圖 522 FFT Spectrum（ MagPhase） .vi 標(biāo)志及端口 用離散的方法計(jì)算出瞬時(shí)閃變值后就可以進(jìn)一步計(jì)算短時(shí)間閃變值 ， 本設(shè)計(jì)中采用排序方法計(jì)算短時(shí)間閃變值，由于在一段時(shí)間內(nèi) (10min)各瞬時(shí)閃變值是相等 時(shí)間間隔上離散的 S(k)序列，如果其中不小于某個(gè)瞬時(shí)閃變值 p 的 所有項(xiàng)對(duì)應(yīng)的時(shí)間占 整個(gè)時(shí)段的 N%，則其中不小于某個(gè)瞬時(shí)閃變值 p 的所有項(xiàng)的個(gè)數(shù)也應(yīng)該占該時(shí)段內(nèi)總瞬時(shí)閃變值個(gè)數(shù)的 N%，故 CPF 曲線上 %、 1%、 3%、 10%、 50%縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)閃變值 、 、 、 分別是該段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)閃變值序列中的 %、 99%、 97%、 90%、 50%概率大值，只要將 S(k)序列從大到小重新排列，找 出其對(duì)應(yīng)的概率大值代入式 (216)即可。然后利用公式（ 511）上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 31 計(jì)算瞬時(shí)閃變值。 然后利用 LabVIEW 提供的 FFT Spectrum對(duì) 10 個(gè)周期電壓的有效值進(jìn)行 FFT 變換，如圖 521 所示，得到的序列是所采樣電壓波動(dòng)頻率成分，其大小為電壓波動(dòng)的幅值。功率因數(shù)則直接可以用有功功率除以視在功率就可算出，無功功率也可以根據(jù)公式（ 29）進(jìn)行計(jì)算，視在功率、無功功率功率因數(shù)程序設(shè)計(jì)如圖 521 所示。本設(shè)計(jì)中 連續(xù)采樣了 5 個(gè)周期，因此取 5 次的平均值作為有功功率，單相有功功率的程序框圖如圖 520 所示。 圖 519 諧波分析程序框圖 功率測量模塊 為了方便功率測量模塊的設(shè)計(jì)，前面 先分別采集電流電壓數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“電流數(shù)據(jù)”和“電壓數(shù)據(jù)”的 excel 表格中，然后利用 LabVIEW 的“ Build ”函數(shù)將“電壓數(shù)據(jù)”和“電流數(shù)據(jù)”合成一個(gè)新的表格為“電壓電流數(shù)據(jù)庫 .xls” 。根據(jù)諧波的定義，利用 Index Array 模塊的功能從 諧波電平 引腳輸出的數(shù)組選取 第二 個(gè)元素，即基波幅值， 然后將數(shù)組中的每 個(gè)元素 (各次諧波分量幅值 )與基波幅值相除，得到的就是各次諧波的含量。 圖 516 Extract Single Tone 圖標(biāo)及端口 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 圖 517 頻率偏差程序框圖 諧波測量模塊 諧波測量模塊中，本文主要檢測 的是電流信號(hào)的 各次諧波的含有量、諧波的失真度（ THD） 、基波電流的頻率、基波電流分量、電流直流分量，檢測可以使用諧波分析的功能函數(shù) “ Harmonica Distortion ” 來實(shí)現(xiàn)，功能函數(shù)具體說明如圖 518 所示 。 圖 514 Averaged 圖標(biāo)及端口 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 27 電壓偏差的程序框圖的設(shè) 計(jì)如圖 515 所示： 圖 515 電壓偏差程序框圖 頻率偏差模塊 頻率偏差的程序設(shè)計(jì)根據(jù)公式（ 211）進(jìn)行，對(duì)于信號(hào)的頻率測量使用 LabVIEW提供的“ Extract Single Tone ”函數(shù)，如圖 516 所示； 檢測到的頻率為進(jìn)過調(diào)理后的信號(hào)的頻率值， 由于采樣頻率 設(shè)置為 1KHz，每周期的采樣 數(shù)為 20 個(gè)點(diǎn)，因此根據(jù) f= /N 計(jì)算系統(tǒng)的頻率。 利用公式（ 24）、（ 25）通過一系列的運(yùn)算完成有效值計(jì)算的程序設(shè)計(jì)，圖 51513 即為有電壓和電流 有 效值計(jì)算的程序。然后在下一幀，用“ Read From Spreadsheet ”函數(shù) 讀取上一幀中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，接著在下一幀將電壓和電流數(shù)據(jù)創(chuàng)建為一個(gè)新的二維數(shù)組，寫入“電壓電流數(shù)據(jù)庫” ，這樣就實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能，并且方便后面功率程序的編寫。 平 鋪式順序結(jié)構(gòu)和定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu) 其后面板框圖如圖 510 所示 圖 510 平鋪式順序結(jié)構(gòu)和定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)后面板 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 圖 511 為創(chuàng)建電壓電流數(shù)據(jù)庫的程序框圖，信號(hào)由 DAQ Assistant 采集到后，由一個(gè)拆分信號(hào)將采集到的電壓和電流數(shù)據(jù)存入定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)的電子表格內(nèi)，在定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)輸入節(jié)點(diǎn)設(shè)置周期為 100ms，即每隔 秒 存儲(chǔ)一組數(shù)據(jù)，由于采樣頻率為 1KHz，因此每周期采樣 20 個(gè)點(diǎn)，而 秒采樣了五個(gè)周期，即一組數(shù)據(jù)總共采集了 100 個(gè)點(diǎn)。所有連接至幀的數(shù)據(jù)都可用，平鋪式順序結(jié)構(gòu)按照從左至右的順序執(zhí)行， 每幀執(zhí)行完 畢后會(huì)將數(shù)據(jù)傳遞至下一幀。 圖 58 Write To Spreadsheet 圖標(biāo)及端口 圖 59 Read From Spreadsheet 圖標(biāo)及端口 如圖 510 所示，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用了 平鋪式順序結(jié)構(gòu)和定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)。設(shè)置為 Ture 時(shí)每次運(yùn)行程序新創(chuàng)建的數(shù)據(jù)將添加到原表格中去，而不刪除原表格數(shù)據(jù)。 為了方便后面各模塊計(jì)算的需要，我們需要先將經(jīng) DAQ 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這里使 用了 LabVIEW 提供的“ Write To Spreadsheet ”函數(shù)，如圖 58 所示，將采集上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 24 來的數(shù)組轉(zhuǎn)換為文本字符串形式保存。 圖 57 系統(tǒng)用戶界面 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 模塊設(shè)計(jì) 采集信號(hào)經(jīng)過傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡后，在軟件這塊使用 DAQ Assistant Express VI 來配置測量任務(wù)及通道的圖形接口。鑒于此種情況，在設(shè)計(jì)主界面時(shí)我使用了 LabVIEW 自帶的選項(xiàng)卡控件，將不同種類的數(shù)據(jù)指標(biāo)放置在不同的選項(xiàng)卡 中，這樣不僅 使界面顯得美觀，而且也方便用戶對(duì)數(shù)據(jù)的檢測，讓用忽悠一目了然的感覺。波形顯示模板如圖 56 所示 。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 22 圖 55 數(shù)據(jù)顯示模塊 波形顯示模塊 波形顯示包括了電壓、電流、電壓偏差、頻率偏差與時(shí)間的關(guān)系以及諧波柱狀圖。 報(bào)警，電壓偏差超出 7%～ 10%報(bào)警， 否則，表示正常 ，如圖 54所示 。呈紅色時(shí)，表示越限。 圖 53 功能顯示模塊 在程序運(yùn)行前點(diǎn)擊“電壓電流數(shù)據(jù)庫”、“電流數(shù)據(jù) ” 和“電壓 數(shù)據(jù)” 的黃色文件夾就可以設(shè)置要讀取的數(shù)據(jù)庫 ，在程序運(yùn)行時(shí) 點(diǎn)擊“停止”按鈕就可以停止正在運(yùn)行的程序。設(shè)計(jì)的原則是友好、簡單、可靠。 51 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu) 圖 在系統(tǒng)主界面可以選擇觀看不同的指標(biāo)進(jìn)行檢測，程序?qū)?jīng)傳感器、信號(hào)調(diào)理電路及數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)化為程序所需要的數(shù)據(jù)形式的電壓、電流信號(hào)采用合適的算法進(jìn)行運(yùn)算、分析得到檢測結(jié)果，并以波形、數(shù)據(jù)等形式顯示出來以便觀察。圖 48 為 DAQ Assistant配置端口及采樣頻率界面，這里采用了連續(xù)采樣方式，采樣頻率設(shè)為 1KHz，即每周期采樣 20 個(gè)點(diǎn)。 5 V， 具有每通道 250 kS/s 的采樣速率、 2 個(gè) 24 位計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器和 8 條數(shù)字 I/O 線，適合各種應(yīng)用，其中包括：高速、連續(xù)的數(shù)據(jù)記錄 ； 瞬態(tài)和彈道學(xué)測量 ； 雷達(dá)、聲納、超聲 ； 高能物理學(xué) ； 中頻數(shù)字化 。每通道專用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)，可獲得最強(qiáng)的設(shè)備處理能力和更高的多通道精度。 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 18 圖 46 電流 信號(hào) 調(diào)理電路 圖 47 電壓電流信號(hào)調(diào)理電路 數(shù)據(jù)采集卡介紹 數(shù)據(jù)采集卡選用的是 NI 公司的 PXI6143 S 系列 數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行 數(shù)據(jù)采集。 圖 47 為電壓電流信號(hào)調(diào)理電路板，其中電壓和電流傳感器為177。 圖 43 電壓傳感器使用圖 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 17 圖 44 電流傳感器使用圖 信號(hào)調(diào)理電路 如圖 45 所示為電壓信號(hào)調(diào)理電路圖， 將電網(wǎng)單相電壓信號(hào)由 JPLN 口輸入，經(jīng)電壓互感器原邊兩個(gè) 25K 的電阻輸入傳感器，然后電壓互感器將電流信號(hào)成比例轉(zhuǎn)換， 通過一個(gè)接地電阻就獲得了電壓信號(hào)；由于 在傳感器獲得的測量信號(hào)中，往往含有許多與被測量無關(guān)的頻率成分， 因此為了減少 高頻信號(hào)、傳輸線引進(jìn)的干擾 ，接著信號(hào)通過一個(gè) RC 低通濾波電路，已達(dá)到測量精度的目的；最后信號(hào)通過 用作電壓跟隨器的運(yùn)放，電壓跟隨器由于 輸入阻抗高，而輸出阻抗低 ，所以起到了 緩沖、隔離、提高帶載能力的作用 。 電流傳感器 的原邊測量范圍是177。為了方便測量，在這一環(huán)節(jié)中，傳感器的選擇是至關(guān)重要的，如果選取的傳感器 精度不夠，線性度不好，無論是信號(hào)轉(zhuǎn)換或信息處理，或者最佳數(shù)據(jù)的顯示和控制都無法實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的后續(xù)分析工作也就變得毫無意義。 圖 42 系統(tǒng)硬件構(gòu)成 傳感器 模擬信號(hào)在進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡之前應(yīng)先通過傳感器變換成符合采集卡量程要求的電壓、電流信號(hào)。 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖 41 所示 : 圖 41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 上海海事大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 16 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成 雖然采用虛擬儀器技術(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)軟件是核心，但硬件也是必需的，軟件畢竟 要建立在硬件基礎(chǔ)之上 。 基于虛擬儀器技術(shù)電能參數(shù)