【正文】 附錄A 外文資料翻譯Five Tips to Reduce Measurement NoiseEnsuring measurement accuracy often means going beyond reading raw specifications in a data sheet. Understanding an application in the context of its electrical environment is also important for securing success, particularly in a noisy or industrial setting. Ground loops, high monmode voltages, and electromagnetic radiation are all prevalent examples of noise that can adversely affect a signal.There are many techniques for reducing noise in a measurement system, which include proper shielding, cabling, and termination. Beyond these mon best practices, however, there is more you can do to ensure better noise immunity. The following five techniques serve as guidelines for achieving more accurate measurement results.A. Reject DC CommonMode VoltageMaking highly accurate measurements often starts with differential readings. An ideal differential measurement device reads only the potential difference between the positive and negative terminals of its instrumentation amplifier(s). Practical devices, however, are limited in their ability to reject monmode voltages. Commonmode voltage is the voltage mon to both the positive and negative terminals of an instrumentation amplifier. In Figure 1, 5 V is mon to both the AI+ and AI terminals, and the ideal device reads the resulting 5 V difference between the two terminals.。特別感謝我的父母，感謝他們十多年來(lái)的養(yǎng)育和教導(dǎo)，是他們默默的支持給了我強(qiáng)大的學(xué)習(xí)動(dòng)力，使我能夠完成大學(xué)四年的學(xué)業(yè)。終生難忘的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯中，我還得到同學(xué)們的關(guān)心和幫助，并且我們之間建立了深厚的友誼，由衷的感謝電氣學(xué)院的各位同學(xué)。由于我的個(gè)人原因使得有一段時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)比其他同學(xué)落后了一些進(jìn)度，但在老師的鼓勵(lì)和督促下，我還是很快趕上了大家的進(jìn)度。她對(duì)學(xué)術(shù)的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，使教室充滿了好學(xué)的氣氛。在每周的約定時(shí)間，她都細(xì)心地為我們輔導(dǎo)。首先，我衷心地感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)師——燕延老師。在電力系統(tǒng)局域網(wǎng)和Internet飛速發(fā)展的今天，虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)功能，為電力信息的共享與發(fā)布創(chuàng)造了有利條件，隨著越來(lái)越多的學(xué)者和工程師踏入這個(gè)領(lǐng)域，在不久的將來(lái)，相信會(huì)有更加完善的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)，使電能質(zhì)量問題能夠從根本上解決，保證供電質(zhì)量，減少和消除這方面造成的經(jīng)濟(jì)損失。采用性能優(yōu)越的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及先進(jìn)的分析方法，得到的數(shù)據(jù)可以為控制系統(tǒng)提供可靠的依據(jù)。 展望本系統(tǒng)是作為網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)的客戶端來(lái)開發(fā)的，只對(duì)電能信號(hào)進(jìn)行信號(hào)傳輸和計(jì)算分析，對(duì)分析后的數(shù)據(jù)入庫(kù)部分的工作尚未進(jìn)行。通過這次的設(shè)計(jì)我學(xué)習(xí)了LabVIEW的操作和相關(guān)控件的作用和用法。(3) 具體介紹了數(shù)據(jù)分析模塊各子模塊的設(shè)計(jì)方法，通過流程圖、公式和文字說(shuō)明具體介紹程序的設(shè)計(jì)方法，并用前面板展示監(jiān)測(cè)結(jié)果。圖429 主控前面板 本章小結(jié)(1) 介紹了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和總控面板的設(shè)計(jì)。c圖為停止按鈕的程序框圖，執(zhí)行該事件時(shí)循環(huán)結(jié)束。圖428中a圖展示了對(duì)“”的控制框圖，將其屬性節(jié)點(diǎn)設(shè)置為“最小化運(yùn)行”，當(dāng)在前面板上點(diǎn)擊“發(fā)送數(shù)據(jù)”按鈕時(shí)，“”開始最小化運(yùn)行。主控模塊程序框圖如圖428所示。圖427 測(cè)量模塊總程序框圖（部分）圖427展示了測(cè)量模塊總程序框圖的數(shù)據(jù)分析的部分程序框圖，完整的程序框圖見附錄B。 測(cè)量模塊整體VI以上五個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)模塊在最后的總程序中均以子VI的形式運(yùn)行，服務(wù)于最后總的測(cè)量模塊程序，各個(gè)子VI的圖標(biāo)如圖426所示。圖424 功率模塊程序框圖功率測(cè)量模塊前面板如圖425所示。然后再利用得到的視在功率和功率因數(shù)通過簡(jiǎn)單的計(jì)算便可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率和有功功率。功率測(cè)量模塊的程序框圖如圖423所示。電壓波動(dòng)的檢測(cè)采用平方檢測(cè)法，電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量程序框圖如圖421所示，前面板圖如圖422所示。對(duì)于周期性穩(wěn)定的電壓波動(dòng)，在式(48)=P1=P3=P10=P50=S(t)，所以，結(jié)果如式(49)所示。(48)式中，=，K1=，K3=，K10=，、PPP%、1%、3%、10%、50%時(shí)間的S(t)值。(4) 閃變的統(tǒng)計(jì)分析在國(guó)標(biāo)中規(guī)定，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常用5個(gè)概率分布Pk測(cè)定值計(jì)算出出短時(shí)(10min)閃變平滑估計(jì)值Pst，Pst表示實(shí)際檢測(cè)到的短時(shí)間閃變水平嚴(yán)重度。(46)利用雙線性變換法變?yōu)閆域表達(dá)式如式(47)所示。在本文中選擇直接型的IIR濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)式(45)。變換后如式(45)所示。變換公式如式(44)所示。其中雙線性變換法使S平面與Z平面單值一一對(duì)應(yīng)，具有變換操作簡(jiǎn)單和不存在混疊等特點(diǎn)。在進(jìn)行數(shù)字閃變儀的設(shè)計(jì)時(shí)需要將其數(shù)字化，將傳遞函數(shù)從S域變換到Z域。(2) 模擬人眼的頻率特性環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)模擬方式的傳遞函數(shù)如式(43)所示。此處選擇的是一階巴特沃斯濾波器。由于每一次迭代只檢測(cè)一次調(diào)幅波，且是信號(hào)中幅值最大的調(diào)幅波，使得頻譜的泄漏大為減小，顯著提高了閃變測(cè)量的計(jì)算精度。對(duì)這一系列波形所產(chǎn)生的S(t)進(jìn)行疊加即求出了這一時(shí)刻的S(t)。由于前期處理濾除了直流分量，C0=0。(2) 補(bǔ)償?shù)惴ǖ臄?shù)學(xué)描述任意時(shí)刻的閃變波形在短時(shí)間內(nèi)可近似視為周期性非正弦函數(shù)，采用傅立葉級(jí)數(shù)的三角級(jí)數(shù)形式展開形式如式(42)所示。再用截止頻率為35Hz的6階巴特沃斯低通數(shù)字濾波器濾除基波和高次諧波分量，而濾波過程有一從初始狀態(tài)過渡到穩(wěn)態(tài)的過程，舍去前面小部分?jǐn)?shù)據(jù)，只取濾波后的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)的分析。第三部分為測(cè)量到的瞬時(shí)閃變視感度的統(tǒng)計(jì)分析，由框5組成。 電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量程序時(shí)，我們采用國(guó)際電工委員會(huì)IEC推薦的統(tǒng)計(jì)方法，簡(jiǎn)化原理框圖如圖420所示[12]。圖418 三相不平衡度分析程序框圖三相不平衡度的前面板如圖419所示。圖417 三相不平衡度分析流程圖其中計(jì)算95%概率值用到了國(guó)標(biāo)《電能質(zhì)量 三相電壓允許不平衡度》中推薦的算法，即將實(shí)測(cè)值按由大到小次序排列舍棄前5%的大值取剩余實(shí)測(cè)值中的最大值。圖416 電壓諧波分析前面板 三相不平衡度分析模塊三相電壓不平衡度的測(cè)量程序可根據(jù)(212)的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算95%概率值同諧波分析。圖415 電壓諧波分析程序框圖分析計(jì)算的諧波幅值以波形圖和數(shù)據(jù)兩種形式表示，波形圖可以宏觀查看2～20次諧波的幅值，而數(shù)字顯示處，可以根據(jù)需要選擇連續(xù)的五次諧波，準(zhǔn)確查看它們的電壓幅值。各次諧波均取95%概率值，再通過一個(gè)公式節(jié)點(diǎn)。諧波分析流程圖如圖414所示。同時(shí)，為了避免因采樣點(diǎn)數(shù)過少而在處理過程中出現(xiàn)混疊現(xiàn)象，對(duì)連續(xù)電氣信號(hào)采樣時(shí)必須滿足采樣定理，即采樣頻率要等于或大于信號(hào)中含有的最高頻率的兩倍。根據(jù)采樣定理規(guī)定，若連續(xù)信號(hào)x(t)是有限帶寬的，其頻譜的最高頻率為fc，對(duì)x(t)采樣時(shí)，若保證采樣頻率fs ≥ 2fc，那么，可由x(nTs)恢復(fù)出x(t)，即x(nTs)保留了x(t)的全部信息。在使用該vi時(shí)應(yīng)注意采樣頻率的問題，該模塊取1000Hz。LabVIEW中的諧波失真分析VI使用FFT的方法分析諧波，并內(nèi)部經(jīng)過“Hanning窗”函數(shù)有效的抑制泄漏效應(yīng)引起的誤差。FFT算法如式(41)所示。為了快速計(jì)算DFT，通常采用快速傅立葉變換(FFT)的方法。 電壓諧波分析模塊電力諧波分析通常是利用諧波分析的方法，傅立葉變換頻是一種常用到的分析方法，可以將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)，其目的在于了解信號(hào)的頻率成份以及每種成份的強(qiáng)度大小。圖412 頻率偏差測(cè)量模塊程序框圖前面板中采用數(shù)據(jù)和曲線圖兩種形式表現(xiàn)了分析計(jì)算的結(jié)果，如圖413所示。圖410 電壓偏差模塊前面板 頻率偏差模塊實(shí)測(cè)頻率與系統(tǒng)頻率的偏差即是頻率偏差，本設(shè)計(jì)的頻率偏差測(cè)量模塊流程圖如圖411所示。通過幅值和電平VI測(cè)量系統(tǒng)電壓波峰和波谷值，除以2后得到交流電壓幅值，即把實(shí)測(cè)的電壓幅值，與系統(tǒng)電壓共同帶入式(21)，得到電壓偏差，若電壓偏差超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中限定值，則超限指示燈會(huì)亮起。程序框圖如圖49所示。圖48 電壓偏差測(cè)量模塊流程圖其中電壓幅值的分析計(jì)算通過波峰檢測(cè)VI獲得波峰和波谷的幅值，將得到的數(shù)據(jù)代入式(21)，超過限值的報(bào)警燈報(bào)警。圖45 讀取TCP數(shù)據(jù)其中用到了兩個(gè)子VI，寫入TCP子VI和讀取TCP子VI，如圖46，圖47所示。圖43 數(shù)據(jù)傳輸流程圖數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蚩驁D如圖44所示。系統(tǒng)軟件部分框圖如圖42所示。圖41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)軟件部分的內(nèi)容，所設(shè)計(jì)的程序從功能上分為兩大部分：數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。對(duì)于本論文所研究的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，軟件部分是核心，只要硬件部分將監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電壓和電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理器和數(shù)據(jù)采集卡以最小失真度轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其余的任務(wù)如濾波、加窗、數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)基于虛擬儀器的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同樣必須具備傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的三大功能模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊和結(jié)果顯示模塊。圖37 讀取TCP數(shù)據(jù) 本章小結(jié)(1) 介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念，及虛擬儀器技術(shù)的特點(diǎn)，講述虛擬儀器的發(fā)展歷程，強(qiáng)調(diào)了美國(guó)NI公司在虛擬技術(shù)領(lǐng)域中的地位；(2) 對(duì)虛擬儀器技術(shù)中常用到的一些總線形式和系統(tǒng)進(jìn)行了整理介紹，著重介紹了本課題中使用到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；(3) 介紹了虛擬儀器中的LabVIEW軟件，及其使用過程中常見的一些概念，重點(diǎn)介紹了LabVlEW2012中用于電能質(zhì)量測(cè)量的VI和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腣I。連線正在運(yùn)行并正在偵聽目標(biāo)端口的IP地址可糾正該錯(cuò)誤。圖36 打開TCP連接(函數(shù))如連線未經(jīng)使用的IP地址，則可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，表明該網(wǎng)絡(luò)操作已超出用戶指定范圍或系統(tǒng)時(shí)間限制。(2) 寫入TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))寫入TCP數(shù)據(jù)函數(shù)如圖35所示。在該情況下，連接偵聽器ID接線端至TCP關(guān)閉連接函數(shù)，可釋放偵聽器占用的端口。如果按上述方式連線VI，指定一個(gè)非默認(rèn)的超時(shí)值，VI將在每次超時(shí)發(fā)生時(shí)創(chuàng)建一個(gè)新的偵聽器。其后對(duì)VI的調(diào)用將重用這些偵聽方，根據(jù)指定的服務(wù)名稱、端口和網(wǎng)絡(luò)地址而定。例如，如在程序框圖上有兩個(gè)該VI的實(shí)例，并且第一個(gè)實(shí)例偵聽端口2222，則不能再用第二個(gè)實(shí)例偵聽同一端口。(1) TCP偵聽VI調(diào)用節(jié)點(diǎn)如圖34所示。 數(shù)據(jù)通信VI本節(jié)介紹電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及到的關(guān)于數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)控件的使用功能。圖33 諧波失真分析VI 諧波失真分析VI從signal in得到待測(cè)的波形，然后對(duì)該波形進(jìn)行全面的諧波分析，返回基波的頻率、諧波電平和總諧波畸變率?？赏ㄟ^式(32)表示復(fù)數(shù)單頻信號(hào)：(32)A、f和?分別是單頻信號(hào)的是幅值、頻率和相位，F(xiàn)S是輸入波形信號(hào)的采樣率。根據(jù)輸入的時(shí)域波形數(shù)據(jù)類型的不同，返回值的數(shù)據(jù)類形也不同。(2) 提取單頻信息VI測(cè)量單相電壓值的頻率時(shí)，使用到了提取單頻信號(hào)VI(Extract Single Tone Information. vi)，如圖32所示。延時(shí)僅對(duì)實(shí)時(shí)處理有影響。忽略低于閾值的波峰和高于閾值的波谷。擬合中使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量由寬度指定。圖31 波峰檢測(cè)VI數(shù)據(jù)集可以單個(gè)數(shù)組或連續(xù)數(shù)據(jù)塊的形式作為該VI的輸入。其中，包括一些可用于電能質(zhì)量測(cè)量的VI，如波峰檢測(cè)VI(Peak )、提取單頻信號(hào)VI(Extract Single Tone )、諧波失真分析VI(Harmonic Distortion )等。 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)化我們開發(fā)的過程。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。斷開的連線顯示為黑色的虛線，中間有個(gè)紅色的x。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。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。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。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示