基于LabVIEW的电能质量分析系统设计

1、.：.；编号： 字 号本科生毕业设计基于LabVIEW的电能质量分析系统设计李俊强 电气工程及其自动化-班标题： 姓名： 学号： 班级： 二八年六月中 国 矿 业 大 学本科生毕业设计姓 名： 李俊强 学 号： 学 院： 运用技术学院 专 业： 电气工程及其自动化 设计标题： 基于LabVIEW的电能质量分析系统设计 专 题： 指点教师： 王崇林 职 称： 教授 指点教师： 李国欣 职 称： 讲师 年 月 徐州中国矿业大学毕业设计义务书学院 运用技术学院 专业年级 电气工程及其自动化 学生姓名 李俊强 义务下达日期：年 月 日毕业设计日期： 年 月 日 至 年 月 日毕业设计标题：基于LabV

2、IEW的电能质量分析系统设计毕业设计专题标题：毕业设计主要内容和要求：现今社会对电能质量要求日益提高，而电网电能污染却日趋严重，思索到传统电能质量分析系统存在很多缺陷，本设计研讨了采用虚拟仪器思想的电能质量分析系统，详细内容和要求如下：.了解国内外电能质量分析的现状及研讨本课题的意义，确立研讨思绪。.熟习各电能质量目的的概念和计算方法；.充分认识LabVIEW，掌握其中各函数的功能和用法，练习根本操作；.设计系统主题构造，研讨系统应实现的功能，分析各电能质量参数的数字化实现方法；.构思系统软件部分的整体构造，规划系统软件的前面板和程序框架，详细设计各功能模块；.调试系统软件。院长签字： 指点教

3、师签字：中国矿业大学毕业设计指点教师评阅书指点教师评语根底实际及根本技艺的掌握；独立处理实践问题的才干；研讨内容的实际根据和技术方法；获得的主要成果及创新点；任务态度及任务量；总体评价及建议成果；存在问题；能否赞同争辩等：成 绩： 指点教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语选题的意义；根底实际及根本技艺的掌握；综合运用所学知识处理实践问题的才干；任务量的大小；获得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成果；存在问题；能否赞同争辩等：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语选题的意义；根底实际及根本技艺的掌握；综

4、合运用所学知识处理实践问题的才干；任务量的大小；获得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成果；存在问题；能否赞同争辩等：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学毕业设计争辩及综合成果答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确根本正确有普通性错误有原那么性错误没有回答争辩委员会评语及建议成果：争辩委员会主任签字： 年 月 日学院指点小组综合评定成果：学院指点小组担任人： 年 月 日摘要近年来，计算机技术、通讯技术以及测试丈量技术的不断开展推进了虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI)技术的不断开展。虚拟仪器具有丰富的软件功能、简单的硬件构造、高度的智

5、能化等特点。以虚拟仪器技术为平台建立的电能参数监测分析系统可以抑制传统的监测系统功能单一、晋级复杂、本钱高等缺陷。 因此，本论文提出并设计了基于当今测控领域的最新技术虚拟仪器技术的电能质量参数分析系统，系统可以对电压、电流、功率、相位、频率、三相电压不平衡度、电网谐波等电力参数进展监测，并且具有一定的分析功能。本论文首先论述了对电能质量参数监测与分析的必要性以及传统电能质量监测安装的缺陷，分析了利用虚拟仪器技术开发电能质量分析系统的可行性。然后将电压偏向、频率偏向、电网谐涉及三相不平衡作为主要的研讨对象，对电能质量目的的数学模型进展了研讨和离散化处置。接着确定了系统总体设计方案，重点论述了利用

6、LabVIEW开发本系统的各个功能模块。 最后，就本系统在研讨中存在的缺乏和需求加强的地方在文中做出了总结，并指出本课题的进一步研讨任务展望与想象。关键词:电能质量;电能质量分析系统;虚拟仪器;LabVIEWABSTRACT In recent years, the development of communication technology, Computer technology and measuring technique impulse virtual instrument technical progressive development. Virtual instrument

7、possess perfect software function, simple hardware configuration as well as high intelligent etc. The power quality parameters monitoring system mainly based on virtual instrument is better traditional monitoring and analyses system, which function is crude and update is complicate. So that paper pu

8、t forward and design the power quality parameters monitoring and analyze system based the newest technology of the field of measurement and control now-the virtual instrument technical，it can monitor electric power parameter including voltage, electrical current, phase, frequency, three-phase voltag

9、e unbalance and harmonic, and can also provide the detailed power quality monitoring analysis and results . Firstly, the shortcoming of traditional power parameters monitoring analyses system and the necessity of monitoring to power parameters are outlined in that paper, besides the paper analyze th

10、e feasibility for using the virtual instrument to develop the power quality monitoring system. Subsequently my paper mainly study the algorithm of monitoring voltage deviation, frequency deviation, harmonics and three-phase voltage unbalance, and dispose dispersedly the algorithm of them at the time

11、. Then, integrated design is ascertained, besides that paper put emphases on the development of the functional module of power parameters monitoring analyze system using LabVIEW.Finally, the concluding remarks summaries the deficiencies and the improvement of the system, and outlook the further rese

12、arch too.Key words: Power quality; Power parameters monitoring and analyze system; Virtual Instrument; LabVIEW目 录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 摘要 HYPERLINK l _Toc 第一章 绪论 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 引言 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本课题提出的背景和研讨意义 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电能质量参数分析方

13、法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 国内外衡量电能质量的目的 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电能质量参数的分析方法 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 论文的研讨思绪和主要内容 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第二章 电能质量目的综述 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 供电电压允许偏向 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 概念 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .

14、 电压偏向产生的缘由和对电力系统的危害 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电压偏向规范 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电力系统的频率偏向 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 三相电压不平衡度 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 含有零序分量的的三相系统 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 没有零序分量的三相系统 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 三相电压不平衡度的限值 PAGEREF _Toc

15、h HYPERLINK l _Toc . 电网谐波分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波的含义和性质 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波产生的缘由和影响 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波限值规范 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波畸变的目的 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波丈量中的采样问题 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .电压动摇和闪变 PAGEREF _Toc h

16、HYPERLINK l _Toc . 电压动摇和闪变的定义 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电压动摇与闪变的限值规范 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电压动摇和闪变的IEC丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .本章小结 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第三章 虚拟仪器设计平台lABview PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW简介 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW

17、的特点 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW中的常用数据类型 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 采用LabVIEW编制虚拟仪器程序的步骤 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 采用LabVIEW实现数据分析处置 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . LabVIEW的仪器驱动 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第四章 基于虚拟仪器的电能质量分析系统的任务原理 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系

18、统的总体构造 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统的硬件部分 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统的软件部分 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统的功能模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 各电能质量参数的数字化实现 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 根本参数的数字化丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 频率追踪丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc .

19、 三相不平衡度的丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 相位丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波分析 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小结 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第五章 电能质量分析系统各功能模块的软件实现 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统的总体设计思绪 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 电能质量参数分析系统的软件实现 PAGEREF _Toc h HYPERLIN

20、K l _Toc . 登录界面 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 主界面 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 伏安丈量 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 功率丈量模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 不平衡度及相角模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 谐波分析模块 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 本章小结 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 第六章 系统软件测试

21、 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 软件测试方法的引见 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc . 系统软件的测试过程 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 结论和展望 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 参考文献 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 英文原文 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 中文译文 PAGEREF _Toc h HYPERLINK l _Toc 致谢 PAGEREF _Toc h 中国矿业大学届本科生毕业

22、设计论文 第 PAGE 67页第一章 绪论. 引言现代社会中，电能是一种最为广泛运用的能源，其运用程度通常作为一个国家开展程度的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的开展，对电能质量的要求越来越高，电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。因此，建立和实施电能质量的监测与分析是提高电能质量的一个重要技术手段。传统的电能参数监测系统以硬件为中心，功能单一，曾经逐渐无法满足日益复杂的、实时性、多参数测试要求。近年来，计算机技术、通讯技术以及测试丈量技术的不断开展推进了虚拟仪器(Virtual Instrument，简称VI )技术的不断开展。虚拟仪器具有丰富的软件功能、简单的硬件构造、智能化程度

23、高等特点，以虚拟仪器技术为平台建立的电能参数监测系统可以抑制传统的测试丈量系统功能单一、晋级复杂等缺陷，并且可以使功能更强、精度更高、速度更快、自动化程度更高、灵敏性更强。目前在开发虚拟仪器的运用程序中，美国NI公司的LabVIEW是运用最为广泛的。. 本课题提出的背景和研讨意义 对供电质量及可靠性的要求日益提高是和国民经济开展与科学技术提高相联络的。在电力开展的初期，电力供应比较紧张，人们把关注的焦点放在电力供应的量上，对电能质量的关注程度不多。从世纪年代末以来，随着电力供应的紧张局面逐渐缓解以及电力电子技术的蓬勃开展给电力系统自动化带来了很大的变革。但是，电力电子技术的开展同时也给电力系统

24、带来许多不稳定要素，致使电能质量(Power Quality)日益恶化，电力系统的污染日趋严重，由此引起了电力部门、工业消费、人们生活多方面的关注。由于在供电系统中运用了大量的变频器、整流设备、电弧炉等非线性负载，使得电网中的谐波污染情况日趋严重，谐波含量不断添加；由于个别超高压输电线路不循环换位和电力机车等大容量非对称负载的接入，部分电网的不对称度非常严重；由于大容量轧钢机等冲击性负载的接入，部分电网的暂态干扰较大，电压闪变的景象时常发生；此外，由于电网中的自动调压、无功自动补偿安装正确动作率不高等缘由，呵斥用户端电压严重的不稳定，用电顶峰时电压过低，而在用电低谷时电压偏高，电网的频率有时也

25、会遭到电网负载过重的影响。以上这些景象都属于电能质量方面的问题，它们对电网的平安、稳定运转极为不利，严重地要挟电力系统的正常运转，甚至还会对电能质量要求较高的电力用户呵斥严重的经济损失。为维护电力系统平安和用户的用电平安，更为了减少损耗，提高用电效率，改善电气环境，就必需处理电能质量的问题。通常经过以下两条措施对电能质量的问题进展治理:一方面利用现有的技术条件，采用各种可行的技术措施抑制电能质量的恶化或进展负荷调整、电网改造来保证电能质量的正常;另一方面，他们通常在电力系统的特殊点处装设电能质量参数监测系统来监测电能质量的各种参数。只需对电能质量的各种参数进展实时地监测，对监测的结果进展统计分

26、析处置，才可以正确评价电能质量的好坏，及时地找出引起电能质量恶化的缘由，从而提出电能质量问题整改的方案，为有关部门采取有效措施隔离或降低电能质量恶化的危害提供决策支持。 因此，利用先进的技术手段，采用准确合理的计算算法，研制功能齐全、性能优良、安装简单、运用方便的电能质量监测系统是很有必要的。目前电力运转设备种类繁多，相应的电能参数监测设备种类齐全，然而常规的监测系统在以下几个方面比较欠缺: )功能单一性问题。常规的电能参数监测系统由于遭到硬件条件的限制，每一个系统只能实现一个或者少数几个电能质量参数的检测。 )消费调试率低下问题。常规的电力参数监测设备在消费调试过程中，由于不同功能的设备在硬

27、件、资料等方面差别很大，因此调试的任务量大，对调试人员的要求较高，需求掌握不同的硬件原理、不同的器件特性等，因此调试率低下。 )开发周期和开发费用问题。常规的单功能参数监测设备在开发的过程中，要经过一个硬件设计、调试的过程，不同仪器间的资源不能相互利用，呵斥研发本钱高，开发周期长。鉴于以上缘由，本课题在研讨新型的电能参数监测安装时采用了先进的虚拟仪器技术思想，经过软件将计算机硬件资源和仪器硬件有机地结合起来，从而把计算机强大的计算处置才干和仪器硬件的丈量、控制才干结合在一同，使得开发的基于虚拟仪器技术的电能参数监测系统具有功能灵敏、操作方便等优点，这对于抑制目前电能质量参数监测系统的局限性、采

28、取措施提高供电质量都具有重要的意义。. 电能质量参数分析方法. 国内外衡量电能质量的目的国际上，IEEE第届规范协调委员会和其它国际委员会最新采用种目的来衡量电能质量，大致可以分为两大类:电压幅值(断电、电压下跌、电压上冲、瞬时脉冲、电压动摇与闪变、电压切痕、过电压、欠电压)和电压波形(谐波、间谐波、频率偏向)。在我国，结合本国的实践情况，自年以来，我国相继发布了五项电能质量国家规范，分别为:GB -、GB/T -、GB/T -、GB/T -、GB -电能质量电压动摇和闪变), 。. 电能质量参数的分析方法对电能质量问题的分析是关系到电能质量问题处理的一个重要环节。近年来，基于数字技术的的各种

29、分析方法己经在以下的电能质量领域中得到广泛地运用：分析谐波在网络中的传播、分析各种扰动源引起的波形畸变、开发各种电能质量控制安装等。按照所采用的不同分析方法，电能质量参数分析有时域、频域、变换域三种,。()时域仿真方法对于电能质量中的暂态事件由于其继续的时间短、发生的时间不确定，对频谱分析提出了较高的要求，通常采用时域仿真方法。在三种分析方法中，时域仿真分析方法在电能质量分析中的运用最为广泛。目前较通用的时域仿真程序主要有EMTP, EMTDC, NETOMAC等系统暂态仿真程序和SPICE, PSPICE, SABER等电力电子仿真程序两大类。由于电力系统主要由R, L, C等元件组成，这些

30、程序在求解用微分方程描画的电力元件方程时，通常采用简单易行的变阶、变步长、隐式梯形积分法。利用隐式可保证求解过程中的数值稳定，采用变阶、变步长技术可缩短迭代计算的时间。采用时域仿真计算的缺陷是仿真步长的选取决议了可模拟的最大频率范围，因此必需事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模拟开关的开合过程时，还会引起数值振荡。因此，要采用相应技术抑制发生数值振荡。 ()频域仿真分析 频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析，包括频率扫描、谐波潮流计算等。 ()基于变换的方法 基于变换的方法常用在实时、在线的电能质量分析方法中。由于分析数据必需以足够高的采用速率进展采样并存储，而且长期在线进展，所

31、以存储的数据非常的大。为了合理的利用好这些数据，可采用基于变换的方法进展扰动信号的分析。基于变换的方法主要指Fourier变换方法、短时Fourier变换方法以及近年来出现的小波变换方法Fourier变换方法是经典的频谱分析和信号处置方法。它具有正交、完备等许多优点，但其对含有短时间高频分量和长时间低频分量的电能质量信号分析具有一定的局限性。目前经过改良的快速傅里叶变换(FFT)和短时傅里叶变换(STET)己经成为电能质量分析的根底。 小波变换的分析方法是近年来兴起的一种算法。由于具有时频部分化的特点，抑制了以上FFT和STET的缺陷，特别适宜于突变信号和不平稳信号的分析。小波变换作为一种新的

32、数字技术被引入工程界后，已在图象处置、数据紧缩和信号分析等领域得到广泛运用。由于小波函数本身衰减很快，也属一种暂态波形，将其用于电能质量分析领域，尤其是暂态过程分析领域将具有FFT, STFT所无法比较的优点。此外，国内外对于电能质量问题也越来越多地采用了模糊数学、神经网络、人工智能等方法以及各种方法的结合，极大地丰富了处置电能质量问题的算法。. 论文的研讨思绪和主要内容本论文研讨的重点在于利用LabVIEW平台开发基于虚拟仪器的电能质量参数分析系统，将电压偏向、频率偏向、电压动摇和闪变、电网谐波、三相电压不平衡度作为主要的研讨对象，同时对电能质量参数的测试算法进展了研讨，经过对电网信号的采集

33、、计算和分析，实现对上述五种稳态电能质量参数的监测和分析。论文的主要内容有:()简要引见课题研讨的背景和研讨意义，详细论述了电能质量分析系统存在的实践问题以及对虚拟仪器技术优势的分析，提出了研讨基于虚拟仪器的电能质量参数监测系统的必要性和可行性。()详细论述了电能质量目的的定义并对电能质量参数的数学模型进展了深化的研讨。()经过对基于虚拟仪器监测系统的简要分析，提出了本课题所要研讨的系统的总体构造，并简要的引见了课题研讨的系统硬件的构成方案。由于本课题所研讨重点是基于虚拟仪器的电能质量参数分析系统软件功能部分，因此本论文的重点主要是对系统所要实现的各个功能模块的数学模型离散化设计进展了研讨。(

34、)简要的引见了虚拟仪器技术的概念及软件开发平台LabVIEW，利用LabVIEW以及前面所研讨的各个功能模块的数学模型的离散化设计，对系统的软件部分进展了设计，将系统按所要实现的监测参数主要分为五大功能模块:伏安丈量模块(电压与电流有效值、频率丈量、三相不平衡度)、相位丈量、功率丈量模块、谐波丈量模块、动摇和闪变丈量模块，并且详细的给出了功能模块的软件设计。()利用仿真的方法对系统的各个功能模块进展了实验，并给出了实验结果。第二章 电能质量目的综述 电能质量目的是电能质量各个方面的详细描画，不同的目的有不同的定义和规定。从总体上讲，电能质量目的越接近标称值阐明电能质量越好。然而，电能从消费到耗

35、费是一个整体，电力系统的发、输、配、变、用一直处于动态平衡之中，其中任何一环节都会对电能质量产生影响。而电能质量目的的控制又需求相当的投入(电网构造的改良、有功功率和无功功率的平衡、各种调频、调压、滤波和无功补偿安装的运用以及调度和运转技术的管理等)。因此，电能质量目的的偏向时辰存在，而偏向能否可以满足规定的限值是他们进展电能质量目的监测分析的根据。,在本章中，简述了电能质量目的的定义，对电能质量五项目的的数学模型进展了一定的研讨，为后续章节的数学模型的离散化设计奠定了根底。. 供电电压允许偏向. 概念 用电设备的运转目的和额定寿命是对其额定电压而言的。当其电压输入端子出现电压偏向时，其运转参

36、数和寿命将会遭到影响，影响程度视偏向的大小、继续的时间和设备情况而异。 测试电压的允许偏向比较简单。电压允许偏向是指电力系统的电压缓慢变化时，实践电压与系统标称电压之差。运用符合规范的电压表测出系统的实践电压，然后用下式求出电压偏向： -式中实践电压为实践丈量电压，额定电压为系统标称电压V、V、kV等。. 电压偏向产生的缘由和对电力系统的危害电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络构造随着运转方式的改动而改动，系统缺点等要素都将引起电力系统功率的不平衡。系统无功功率不平衡是引起系统电压偏向的根本缘由。电压偏向对电力系统的危害主要表如今以下几个方面:()对用电设备的危害 用电设备设计

37、在额定电压时性能最好、效率最高，电压偏离额定值时，其性能和效率都会降低，有的还会减少运用寿命。电压偏向超越一定值时，会引起设备的损坏。()对电网稳定运转的危害 交流输电有个同步运转稳定问题，输电线的保送功率受稳定极限的限制，特别是小扰动下的静态稳定功率极限与电网运转电压有很大的关系，电压越低，功率极限越低，越容易发生不稳定景象。 ()对电网经济运转的影响输电线路和变压器在保送一样功率的条件下，其电流的大小和运转的电压成反比。电网在低电压情况下运转，会使线路和变压器的电流增大，线路和变压器绕组的有功功率与电流平方成正比。低电压运转会使电网有功功率损耗和无功功率损耗大大添加，增大了供电本钱。. 电

38、压偏向规范GB - 允许限制: kV及以上为正负偏向绝对值之和不超越%；kV及以下三相供电为%。V单相供电为+%，-%。. 电力系统的频率偏向 电力系统在正常工况下应在标称频率下运转，系统中的用电设备在设计时都是优先按照标称频率设计。但是，由于电力系统负荷不断变动，电源出力及其调理系统跟随负荷变化又有一定的惯性，致使系统频率总是不断处于变动的动态之中，不可防止地偏离标称值，即产生频率偏向。因此，必需划出频率允许的偏向范围确保系统运转的可靠性和经济性。 电力系统频率是指单位时间内电信号周期性运动的次数，所谓频率偏向是指系统频率的实践值和标称值(工频)之差，其表达式为： (-)式中 指实践供电频率

39、，Hz 供电网额定频率，Hz 国标中对系统频率的规定如下: )电力系统正常频率偏向范围为-.Hz+. HZ。当系统容量较小时，偏向值可以放宽到-.Hz+.Hz。)用户冲击负荷引起的系统频率变动普通不得超越. Hz，根据冲击负荷的性质和大小以及系统的条件也可以适当变动限值，但应保证近区电力网、发电机组和用户的平安、稳定运转以及正常供电。. 三相电压不平衡度在理想的三相交流电力系统中，三相电压应有同样的数值，且按A,B,C顺序互成/角，这样的系统叫做三相平衡系统。然而由于存在各种不平衡要素，实践上电力系统并不是完全平衡的。不平衡的要素可以归结为事故性和正常性两大类。事故性的不平衡是由于三相系统中某

40、一相或两相出现缺点所致，这种不平衡工况是系统运转不允许的，普通由继电维护、自动安装动作切除缺点元件后在短期内使系统恢复正常运转。正常性的不平衡那么是由于系统三相元件或负荷不对称所致，作为电能质量目的之一的“三相电压允许不平衡度是针对正常不平衡工况制定的. 当三相电源电压畸变不对称时，对于三相四线制电路，电压中除含有谐波分量外，还含有正序、负序、零序分量。对于三相三线制电路，只含有正、负序分量。三相电压的不平衡度通常以负序分量的均方根值与正序分量的均方根值的比值来表示: (-) 式中 为三相电压正序分量的均方根值 为三相电压负序分量的均方根值假设将式中的电压符号换为电流符号，就可以求出电流的三相

41、不平衡度。. 含有零序分量的的三相系统对于含有零序分量的三相系统中，运用对称分量法，分别先利用(-)式求出正序分量和负序分量，然后利用(-)式求出不平衡度。 (-)式中 是正序分量 是负序分量 是零序分量为a相基波电压 Ub为b相基波电压 Uc为c相基波电压是旋转因子 .没有零序分量的三相系统当三相电量中不含零序分量时(例如三相线电压、无中线的三相线电流)，当知三相电压时，可以用下式求三相电压不平衡度: -其中 与此类似，三相电流不平衡度也可以用其相应的公式计算，只需将其中的电压符号换为相对应的电流符号。. 三相电压不平衡度的限值我国国家规范GB/T 规定：电力系统公共衔接点正常电压不平衡度允

42、许值为%，短时不得超越%；接于公共衔接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值普通为.%。. 电网谐波分析. 谐波的含义和性质国际上公认的谐波含义为:谐波是一个周期性电量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，经常也称之为高次谐波。在国际电工规范中(IEC -, )、国际大电网会议(CIGRE)的文献中对谐波也有了明确的定义:谐波分量为周期量的傅里叶级数中大于的n次分量;IEEE规范中的定义为:谐波为一周期波或量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。以上定义明确了有关谐波性质的以下几个问题:()谐波次数n必需是一个正整数。例如，我国的电力系统额定频率为

43、Hz，那么其基波为Hz，二次谐波为Hz，三次谐波为Hz。 n不能为非整数，因此也不能有非整数谐波。()必需严厉区别谐波景象和暂态景象。为了区分谐波和暂态景象，根据傅立叶级数的根本实际，被变换的波形必需是周期性的。虽然实践上很难完全做到，由于电力系统负荷是变动的，而负荷的变动会影响系统中谐波含量，但在实践分析中只需被分析的景象或情况继续一段适当的时间，就可以运用傅里叶变换。因此，需求区分清楚什么是谐波景象(波形坚持不变)和什么是暂态景象(每周的波形都发生变化)。. 谐波产生的缘由和影响谐波产生的根本缘由是系统中非线性负载的运用，如高压直流输电系统、变频器、可控整流器、电弧炉、电动机车等的运用，呵

44、斥电网中的谐波污染、三相电压的不对称性以及电压动摇和闪变日趋严重。同时，由于上述负荷的存在，使得电力系统中的供电电压即使是正弦波形，其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。非正弦波形的电流在供电系统中传输时将迫使沿途电压下降，其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变。这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。电网中谐波含量的添加，将导致电气设备的寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的能够性添加，严重时会呵斥危险的过电压、过电流，同时还能够引起继电维护和自动安装误动作、仪表指示和电度计量不准，使通讯系统受干扰等一系列问题。. 谐波限值规范GB/T 表- 各级电网电压谐波限制电压kV

45、THD奇次偶次.、. 谐波畸变的目的谐波分析的方法有很多种，如傅立叶变换、卡尔曼滤波、小波分析等。傅里叶变换作为经典的信号分析方法己经比较成熟。特别是快速傅里叶变换(FFT)的运用，有效地提高了信号处置的实时性。电流和电压信号经过傅立叶变换来进展谐波分析，根据电压、电流谐波的幅值和相位可以计算出各次谐波的功率因数角，进而计算出有功、无功、视在功率。为了定量表示电力系统正弦波形的畸变程度，采用以各次谐波含量调和波总量大小来表示以下波形畸变目的。()谐波含有率(Harmonic Ratio HR): k次谐波分量的有效值(或幅值)与基波分量的有效值(或幅值)的比值。第k次谐波电压的含有率: -第k

46、次谐波电流的含有率： -()总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion ;THD):谐波总量的有效值与基波分量的有效值之比。 谐波电压总量: (-) 电压总谐波畸变率： -同理，用-式和-式亦可得出电流总谐波畸变率。提高电能质量，防止谐波的危害，限制电力系统的谐波，就是要把上述目的限制在国标规定的允许范围之内。. 谐波丈量中的采样问题对周期为T的延续信号做等间隔的N点采样时，采样周期为T/N，对应的采样频率为为周期信号频率的N倍，分析其频谱可知，其频谱为以采样频率为周期的周期性离散谱，所得的最高谐波频率次数为N/-。设原信号的最高谐波频率为fc，那么采样频率必需满足fs

47、fc,才干正确的表示原信号的信息，这就是采样定理。通常将采样频率的一半称为奈奎斯特频率。当采样频率低于倍的奈奎斯特频率()时，原信号中高于的频谱分量将会在低于频谱中再现，即会出现频谱混叠，会使频谱分析出现误差。为了防止频谱混叠呵斥的谐波误差，除提高采样频率外，还可使原信号在采样前预先设置低通滤波器，除去高于一半采样频率以上频率的谐波，使被采样信号中仅有fs / 以下谐波分量，对这样的信号采样做离散傅里叶变换，所得到的频谱就不会发生频谱的混叠，这样就可以准确表达原信号的信息。 .电压动摇和闪变电力系统的电压动摇和闪变主要是由具有冲击性(快速变动)功率的负荷引起的，例如炼钢电弧炉、轧钢机、电弧焊机

48、等，这类负荷的特点是在消费过程中有功和无功功率随机地或周期性地大幅度变动。随着工业的开展，这类负荷的功率越来越大，使电网电压很容易产生动摇和闪变，严重影响了电网的电能质量。因此，对电压动摇和闪变的研讨显得越来越重要。.电压动摇和闪变的定义()电压动摇首先必需区分快速电压变动和电压动摇概念。供电电压在两个相邻的、继续时间在s以上的电压有效值U和U之间的差值，称为电压变动。在不超越ms的期间内，同方向的二次或二次以上的电压均方值的变动，只算做一次电压变动。通常多以一次电压变动值与标称电压的比值的百分数来表示电压变动的相对百分值d，即 (-)电压动摇是指一系列电压动摇或工频电压包络线的周期变化。电压

49、动摇值为电压均方根值的两个极值的差值，通常用此差值与额定电压之比的百分数表示其相对百分值，即 -()电压闪变电压闪变是指人眼对由电压动摇所引起的照明异常的视觉感受，它通常是以白炽灯的工况作为判别根据。电压闪变可分为周期性和非周期性两种，前者主要是由于周期性的电压动摇引起的，如往复式紧缩机、电弧炉等;后者往往与随机性电压动摇有关，如电焊机等。. 电压动摇与闪变的限值规范GB 电压变动d的限值和变动频度r有关：当时，对于低压LV和中压MV，d=.%；对于高压HV，d=%；对于随机不规那么的变动，d=%LV，MV和d=.%HV。闪变限值：表- 各级电网电压闪变限值系统电压等级LVMVHVPst.Pl

50、t.注：.括号中的值仅适用于一切用户为同电压等级场所； .Pst是短时间闪变值，Plt是长时间闪变值。. 电压动摇和闪变的IEC丈量()电压动摇的丈量要对电压动摇与闪变进展有效的抑制，首要的义务就是要准确地提取出动摇信号，通常将电压动摇看成以工频额定电压为载波，其电压的幅值受频率范围.Hz的电压动摇分量的调制。因此，电压动摇分量的检出方法可采用通讯实际中大功率载波调制信号解调方法，用与载波信号同频同相的周期信号乘以被调信号，将电压动摇量与工频载波电压分别，经过带通滤波器得到动摇电压分量。目前常用的电压动摇检测方法主要有三种:平方解调检波法、整流检波法、有效值检波法。下面简单引见平方检波法的原理

51、。思索电压动摇分量，就是在基波电压上叠加一系列的调幅波，为使分析简化又不失普通性，将工频电压u (t)的瞬时值解析式写成: (-)式中：A工频载波电压的幅值 工频载波的角频率m调幅波电压的幅值 调幅波电压的角频率 为求解出电压动摇只需解调出调幅波，将上面(-)式进展平方: -经过.Hz的带通滤波器滤去直流分量和工频及以上的分量，便可检测出调幅波即电压动摇分量，其输出为: -由于m远远小于，那么(-)式中的第二项就非常的小，可以忽略不计，这样就可以获得电压动摇的分量。() IEC的闪变丈量国际电工委员会(工EC)根据年国际电热协会(UIE)的引荐，于年给出了闪变仪的功能和实践规范。年UIE又作出

52、详细的论述，其框图如图-所示。按此原理和框图制造的闪变仪，已在英、法、德、意和比等五国进展结合测试，并证明完全符合要求。输入适配和自检信号平方检波滤波器.Hz带通滤波器、加权滤波器平方一阶低通滤波器闪变统计评定UtPstPlt图- IEC引荐的闪变仪原理框图.本章小结本章对电能质量五项国家规范一一做了引见，重点引见了电网谐波、电压动摇和闪变目的，同时深化的分析了电能质量五项目的的丈量方法。第三章 虚拟仪器设计平台LabVIEW目前，开发虚拟仪器软件普通有两种方法:一是用通用高级编程言语编写，主要有Microsoft公司的Visual Basic、 Visual C+, Borland公司的De

53、lphi, NI公司的LabWindows/CVI等；二是用专业图形化编程平台开发。如NI公司的LabVIEW，HP公司的HPVEE等。其中美国NI公司的图形化编程平台LabVIEW最为科研学者和工程师们推崇，本电能质量分析系统就是用LabVIEW开发的。. LabVIEW简介 LabVIEW是英文Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的简写，即实验室虚拟仪器工程平台，它是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的位编译型程序开发系统，由NI公司于世纪九十年代推出并不断更新。LabVIEW是基于图形化编程言语(G言语)的开发环境，

54、它将直观的前面板与流程图式的编程方法结合起来，是开发虚拟仪器的强大和理想的工具。 在LabVIEW中，一个虚拟仪器(VI)程序由两部分组成:前面板(Front Panel)和流程图(Block Diagram)。前面板对应于传统电子仪器的控制面板，是图形化的用户界面，用户可经过前面板对仪器进展设置。在前面板上，用户的输入是经过被称为Control摸板的输入控件实现的，程序运转的结果输出那么由Control模板的Indictor控件来实现。虚拟仪器输出结果非常丰富，既可以输出数据，又可以输出各种图形，还可以保管为纯文本、二进制文件等多种文件格式。. LabVIEW的特点 与其它编程言语相比，La

55、bVIEW具有以下特点: LabVIEW采用了可视化编程技术，在前面板上提供了工业领域多种显示和控制对象，如开关、旋钮、LED指示灯、仪表、图形等。同时，用户还可以对这些对象进展修正以适宜不同需求。LabVIEW平台内部集成了大量功能强大的函数库供用户直接调用，从底层VXI, GPIB、串口及数据采集板的控制子程序到大量的仪器驱动程序，从根本的功能函数到高级分析库、涵盖了仪器设计中所需求的几乎一切函数。 LabVIEW内置的程序编译器采用编译方式运转位运用程序，处理了其它按解释方式任务的图形编程平台速度慢的问题，其速度大体相当于编译C的速度，因此编制出的虚拟仪器程序执行效率高。 ) LabVI

56、EW支持的数据类型于其他高级言语(如C言语)一样，包括:数值型，文本型，布尔型，串和簇(相当于C言语中的构造)，同时它和C言语一样支持顺序、循环、选择等构造，具有自动报错和处置功能。 )在LabVIEW环境下也可以设定程序断点，进展带数据探针的单步运转，加亮执行程序进展数据流追踪。这些功能使程序的开发调试变得更为容易。 ) LabVIEW是开放式的开发平台，可以经过DLL(动态链接库)接口和CIN(代码接口节点)，调用其它编程软件(如VC+, C)平台编译的模块。)LabVIEW提供对TCP/IP, UDP等网络协议的支持，可以实现仪器丈量网络化。. LabVIEW中的常用数据类型 LabVI

57、EW的数据类型与传统编程言语中的数据类型根本类似，除了具有普通的数据类型之外，还有一些独特的数据类型。表-列出了LabVIEW中常用的几种数据类型及其相对应的前面板对象的默许值、端口图标和连线方式。每种类型的端口图标都有一种颜色，以示区别。控制端口图标的边框为粗实线，端口右侧有一个享有的箭头，表示输出数据，指示端口的图标的边框为细实线，端口左侧有一个向左的箭头，表示输入数据。表- LabVIEW中常用的几种数据类型数据类型 默许值端 口 图 标连线方式双精度浮点. 枚举布尔False字符串空字符数组簇途径空途径动态数据波形数据 . 采用LabVIEW编制虚拟仪器程序的步骤.确定程序设计总体方案

58、 在编制虚拟仪器程序前，必需首先对程序进展总体设计分析:一是确定程序要实现的功能、要显示的图形图像、要输出的报表;二是确定程序的层次关系，如主程序和子程序之间的关系、虚拟仪器程序与硬件的衔接关系等。.确定虚拟仪器程序前面板 在完成虚拟仪器程序总体设计后，就可在前面板上布置实现所需功能的显示对象，这些对象包括开关旋钮控制、数据显示、表头、波形显示、相量图、频谱图显示等，前面板布置好这些对象后，工程技术人员经过鼠标、键盘就可像操作传统仪器一样地操作虚拟仪器。.构建图形化流程图在LabVIEW开发环境中，后台流程图与前面板控制显示对象对应，开发人员的义务是经过衔接不同功能的函数模块使数据流从输入对象

59、经过处置传送到输出对象。与传统的文本式程序设计一样，LabVIEW也有构造化数据流编程部分，包括顺序Sequence、条件case、 For 循环、 While 循环、事件等构造，如图-所示。图- LabVIEW中的主要构造函数这些构造被描画成图形化的边境构造，开发人员不用留意传统程序设计所需的语法细节，只需直接将它们衔接起来就可完成数据传送。在编制大型复杂的虚拟仪器运用程序时，由于所用模块很多，这时必需思索程序的层次构造，这可以经过灵敏编制子程序、采用更为简单高效的计算原理等方式来实现。.调试和优化程序 和传统程序一样，在编制虚拟仪器程序时，需求不断对程序进展调试分析，LabVIEW程序调试

60、功能非常强大易用，可以灵敏设定程序断点，进展带数据探针的单步运转，加亮执行程序进展数据流追踪判别。同时，LabVIEW是目前独一带有编辑器的图形化编程环境，它可根据用户编制程序自动产生最优化代码，加快程序运转速度。另外，用户还可以利用内置的绘图器对程序代码部分进展分析和优化。. 采用LabVIEW实现数据分析处置LabVIEW之所以强大易用，很大程度上是由于LabVIEW内置了极其丰富的数据分析处置函数模块。可以说，正是由于采用了这些由软件实现的功能模块，替代了原来必需用硬件完成的数字信号处置分析功能，才出现了“软件就是仪器的概念，开发出的仪器才被称为虚拟仪器。.与外界信号接口模块这部分模块与