畢業(yè)設(shè)計(jì)--基于labview的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)（含外文翻譯）

1、<p>　　基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　Software Design of Power Quality Monitoring System Based on LabVIEW</p><p>　　2013 屆 電氣與電子工程學(xué)院</p><p>　　專(zhuān) 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化</p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成日期 2013年6月10日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單</b></p><p><b&

3、gt;　　畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展對(duì)電能質(zhì)量提出了更高的要求，以及電力網(wǎng)逐步實(shí)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，電力用戶(hù)的需求成為供電企業(yè)優(yōu)先考慮的問(wèn)題，電網(wǎng)電能質(zhì)量問(wèn)題引起了供電企業(yè)

4、和用戶(hù)的高度重視。研究電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)方法，找出引起電能質(zhì)量降低的原因具有重要的理論和工程價(jià)值。</p><p>　　近年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及測(cè)試測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展推動(dòng)了虛擬儀器技術(shù)的不斷發(fā)展。NI公司的LabVIEW軟件具有豐富的軟件功能、簡(jiǎn)單的硬件結(jié)構(gòu)、高度的智能化等特點(diǎn)，是當(dāng)今最完善、影響力最大的一種圖形化編程語(yǔ)言,在測(cè)量領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。</p><p>　　本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)給

5、出并設(shè)計(jì)了基于LabVIEW平臺(tái)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)首先闡述了電力系統(tǒng)中常用的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，以及本設(shè)計(jì)研究的主要內(nèi)容及意義。然后，對(duì)國(guó)家電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹，總結(jié)各項(xiàng)電能指標(biāo)的計(jì)算方法，作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)。并針對(duì)LabVIEW軟件中的一些概念和使用到的VI進(jìn)行了介紹。隨之，根據(jù)國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用LabVIEW2012實(shí)現(xiàn)電壓諧波分析、電壓偏差、頻率的偏差的分析計(jì)算和顯示，并把監(jiān)測(cè)結(jié)果

6、上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，就該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中存在的不足做出總結(jié)，對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)提出建議，指出論文的進(jìn)一步研究工作展望與設(shè)想。</p><p>　　關(guān)鍵詞：LabVIEW 電能質(zhì)量 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With new power load which puts forward

7、 higher requirements rapidly developing and power network gradually carrying out commercial operation, power consumers’ demand becomes the prior consideration of the power supply enterprise. Power quality is an essential

8、 concern by electrical utilities and customers. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice.</p><p>　　In recent years, the development of comput

9、ing technology, communication technology and measuring technique leads to virtual instrument technical progress. The LabVIEW of National Instruments company, which is an advanced technology in the measurement field, poss

10、esses perfect software function, simple hardware configuration as well as high intelligence and it is a graphical programming language of the most complete, the greatest influence.</p><p>　　This dissertation

11、 proposes a design of the power quality monitoring system based on LabVIEW technique. To begin with, the paper indicates the existent problems for the technology of power quality monitoring, including its actuality and d

12、evelopment tendency, as well as the research content and significance. Secondly, the paper describes the national power quality standards, and summing up the calculation method which is about the power quality’s paramete

13、r. And then, the paper is focus on the V1 w</p><p>　　Key words: LabVIEW power quality power parameters monitoring system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第 1 章 緒論1<

14、;/p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 課題研究背景及意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 本設(shè)計(jì)主要工作2</p><p>　　第 2 章 電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法4</p><

15、p><b>　　2.1 概述4</b></p><p>　　2.2 供電電壓允許偏差4</p><p>　　2.2.1 電壓偏差的產(chǎn)生原因及危害4</p><p>　　2.2.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法5</p><p>　　2.3 電力系統(tǒng)頻率偏差6</p><p>　

16、　2.3.1 頻率偏差的危害6</p><p>　　2.3.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法6</p><p>　　2.4 公用電網(wǎng)諧波7</p><p>　　2.4.1 電網(wǎng)諧波的危害7</p><p>　　2.4.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法8</p><p>　　2.5 電壓波動(dòng)和閃變9</

17、p><p>　　2.5.1 電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害9</p><p>　　2.5.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法9</p><p>　　2.6 三相電壓允許不平衡度11</p><p>　　2.6.1 三相不平衡產(chǎn)生的原因及危害11</p><p>　　2.6.2 國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法12</p

18、><p>　　2.7 本章小結(jié)12</p><p>　　第 3 章 軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹13</p><p>　　3.1 虛擬儀器的介紹13</p><p>　　3.2 LabVIEW軟件介紹14</p><p>　　3.3 電能質(zhì)量檢測(cè)VI15</p><p>　　3.4 數(shù)據(jù)通

19、信VI17</p><p>　　3.5 本章小結(jié)18</p><p>　　第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1 電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)19</p><p>　　4.2 數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì)22</p><p

20、>　　4.3.1 電壓偏差測(cè)量模塊22</p><p>　　4.3.2 頻率偏差模塊24</p><p>　　4.3.3 電壓諧波分析模塊25</p><p>　　4.3.4 三相不平衡度分析模塊28</p><p>　　4.3.5 電壓波動(dòng)和閃變的測(cè)量模塊的設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.

21、3.6 功率測(cè)量模塊33</p><p>　　4.3.7 測(cè)量模塊整體VI35</p><p>　　4.4 主控模塊設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.5 本章小結(jié)37</p><p>　　第 5 章 結(jié)論與展望38</p><p>　　5.1 結(jié)論38</p><p>　

22、　5.2 展望38</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p>　　附錄A 外文資料翻譯42</p><p>　　附錄A.1 英文原文42</p><p>　　附錄A.2 中文翻譯50&l

23、t;/p><p>　　附錄B 數(shù)據(jù)分析模塊總框圖56</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　現(xiàn)代社會(huì)中，電能是一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度成為一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的主要標(biāo)志之一[1]。隨著科學(xué)技術(shù)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)電能的需求量日益

24、增加，同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。使得電能質(zhì)量問(wèn)題日益緊迫的擺在了我們的面前。有關(guān)電能質(zhì)量問(wèn)題的研究已經(jīng)引起了各國(guó)電力工作者的高度重視，得到了普遍的關(guān)注和深入的討論，無(wú)論在理論上還是在實(shí)踐中，都有許多值得深入研究的問(wèn)題[2]。</p><p><b>　　課題研究背景及意義</b></p><p>　　電能質(zhì)量問(wèn)題關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面，涉及到電力、鐵道、冶金、

25、化工、IT等諸多行業(yè)的發(fā)展，從20世紀(jì)80年代以來(lái)，伴隨著高技術(shù)的新型電力負(fù)荷迅速發(fā)展以及它們對(duì)電能質(zhì)量不斷提出的更高要求，電能質(zhì)量問(wèn)題得到了普遍的關(guān)注和深入的討論。其原因歸納起來(lái)有以下二個(gè)方面[3]：</p><p>　　現(xiàn)代電力系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，具有非線性、沖擊性以及不平衡用電特性的負(fù)荷(如電弧爐、電氣化鐵路、整流裝置等)迅速發(fā)展，很大程度上削弱和干擾了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；</p>

26、<p>　　為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和自動(dòng)化水平，大量基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和電子裝置投入使用，這些裝置對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題非常敏感。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和工業(yè)管理體制的轉(zhuǎn)變，電力網(wǎng)逐步實(shí)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，電力用戶(hù)的需求己成為優(yōu)先考慮的問(wèn)題。這大大促進(jìn)了電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程和對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)督和管理。為了規(guī)范電能質(zhì)量的檢測(cè)管理，建立規(guī)范的電力市場(chǎng)。1988年，我國(guó)電力工業(yè)部為了加強(qiáng)電網(wǎng)電能質(zhì)量管理工作，

27、曾頒布執(zhí)行了《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，提出了“誰(shuí)干擾，誰(shuí)污染，誰(shuí)治理”的原則，并指出保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，全面保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶(hù)共同的責(zé)任和義務(wù)。因此電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)對(duì)于電力企業(yè)、電力用戶(hù)以及改善電能質(zhì)量都有重要意義。參照IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，我國(guó)相繼頒布了有關(guān)電能質(zhì)量的五項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)即供電電壓偏差、電壓波動(dòng)和閃變、公用電網(wǎng)諧波、三相不平衡度以及頻率偏差等，要求各級(jí)供電部門(mén)和用戶(hù)按照該

28、標(biāo)準(zhǔn)供電。利用測(cè)控領(lǐng)域中最先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)研制一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量對(duì)于保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、安全性和可靠性都起著重要的作用。</p><p><b>　　國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>　　電能質(zhì)量問(wèn)題的凸顯，使電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)產(chǎn)品日益豐富起來(lái)，如何監(jiān)測(cè)復(fù)雜多變的電能質(zhì)量現(xiàn)象，分析各種電能質(zhì)量問(wèn)題的成因，成為這些產(chǎn)品共同的目標(biāo)。目前，國(guó)內(nèi)外

29、使用的各種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置從結(jié)構(gòu)上可以分為兩類(lèi)，一種是離線式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，另一種是在線式的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析裝置，即連續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備。在線式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，能夠及時(shí)對(duì)電能質(zhì)量各種指標(biāo)作出全面數(shù)據(jù)采集和分析[4]。隨著電子裝置和通訊技術(shù)的發(fā)展，離線式的電能質(zhì)量分析儀在經(jīng)濟(jì)性和有效性方面不再優(yōu)越，具有聯(lián)網(wǎng)、圖形用戶(hù)界面(GUI)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、統(tǒng)計(jì)分析和Web瀏覽功能的在線電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為主流[5]。</p><

30、;p>　　在國(guó)內(nèi)外，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析時(shí)，絕大部分采用智能儀器，主要利用數(shù)字技術(shù)和硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種測(cè)試儀器體積比較龐大，很容易受到外界的影響，而且測(cè)量精度不是很高，特別是在檢測(cè)不同指標(biāo)時(shí)，需要更換相對(duì)應(yīng)的硬件，這給監(jiān)測(cè)和分析帶來(lái)極大的不便。為了實(shí)現(xiàn)更多參數(shù)的測(cè)試，許多的測(cè)量?jī)x器額外配置了輔助的硬件，這不僅加大了體積，而且也增加了成本，甚至給監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝置的升級(jí)帶來(lái)不便。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)性較差，不能實(shí)時(shí)地保存大量數(shù)據(jù)，觀察歷史

31、數(shù)據(jù)也不方便，而現(xiàn)代的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要處理和保存大量的數(shù)據(jù)信息。我們國(guó)內(nèi)對(duì)于電能質(zhì)量問(wèn)題的研究起步較晚，然而傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在下列幾個(gè)方面比較欠缺：</p><p><b>　　功能單一型問(wèn)題；</b></p><p>　　生產(chǎn)調(diào)試率低下問(wèn)題；</p><p>　　開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)費(fèi)用問(wèn)題。</p><p>　　

32、虛擬儀器的出現(xiàn)改變了這一現(xiàn)狀，憑借其基于網(wǎng)絡(luò)性和計(jì)算機(jī)的特性，符合現(xiàn)代測(cè)量工作的需求，在測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域不斷取得突破。近年來(lái)，有許多基于虛擬儀器的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)問(wèn)世，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程在線的監(jiān)測(cè)，并能夠及時(shí)地把監(jiān)測(cè)結(jié)果反饋至中央控制室，本系統(tǒng)也是基于這一技術(shù)完成的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)主要工作</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)在研究電力系統(tǒng)電能質(zhì)量

33、及虛擬儀器測(cè)量方法的基礎(chǔ)上，利用NI公司的LabVIEW2012軟件開(kāi)發(fā)了一個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)采集到的電壓及電流數(shù)據(jù)，進(jìn)行電能質(zhì)量相關(guān)參量的計(jì)算，以圖形和數(shù)據(jù)的方式直觀的顯示出來(lái)，并把分析后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，以便日后的進(jìn)一步查閱參考。</p><p>　　本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的具體工作如下：</p><p>　　講述電能質(zhì)量問(wèn)題研究的發(fā)展情況，說(shuō)明對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的必要性，指出電能

34、質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的研究現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題，并提出基于LabVIEW的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案；</p><p>　　對(duì)電能質(zhì)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。討論衡量電能質(zhì)量問(wèn)題的指標(biāo)和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的方法，并指出各種客觀存在的電能質(zhì)量問(wèn)題所帶來(lái)的危害；</p><p>　　介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念、特點(diǎn)和發(fā)展歷程，介紹了虛擬儀器中的LabVIEW軟件，及其使用過(guò)程中常見(jiàn)的一些概念，重點(diǎn)介紹了LabVlE

35、W2012中用于電能質(zhì)量的各參量分析的VI和數(shù)據(jù)傳輸?shù)腣I等；</p><p>　　基于虛擬儀器技術(shù)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，詳細(xì)敘述了本系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　電能質(zhì)量指標(biāo)及測(cè)量方法</p><p><b>　　概述</b></p><p><b>　　電能質(zhì)量的概念</b&

36、gt;</p><p>　　電能質(zhì)量是指通過(guò)公用電網(wǎng)供給用戶(hù)端的交流電能的品質(zhì)。理想狀態(tài)的公用電網(wǎng)應(yīng)以恒定的頻率、正弦波形和標(biāo)準(zhǔn)電壓對(duì)用戶(hù)供電。同時(shí)，在三相交流系統(tǒng)中，各相電壓和電流的幅值應(yīng)大小相等、相位互差120°。但由于系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)、變壓器和線路等設(shè)備非線性或不對(duì)稱(chēng)，負(fù)荷性質(zhì)多變，加之調(diào)控手段不完善及運(yùn)行操作、外來(lái)干擾和各種故障等原因，這種理想的狀態(tài)并不存在，因此產(chǎn)生了電網(wǎng)運(yùn)行、電力設(shè)備和供用電環(huán)

37、節(jié)中的各種問(wèn)題，也就產(chǎn)生了電能質(zhì)量的概念[1]。</p><p><b>　　電能質(zhì)量指標(biāo)的界定</b></p><p>　　從總體上講，使電能指標(biāo)接近額定值就是電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，然而，電能從生產(chǎn)到消費(fèi)是一個(gè)整體，電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用各環(huán)節(jié)始終處于動(dòng)態(tài)平衡之中，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的改變都會(huì)對(duì)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響。電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的制定，就是制定適當(dāng)?shù)碾娔苜|(zhì)量指標(biāo)偏差的允許

38、值。電能質(zhì)量指標(biāo)的制定在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上應(yīng)滿(mǎn)足以下三點(diǎn)[4]：</p><p>　　①保證電力系統(tǒng)安全，提高供電可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；</p><p>　　②保證用戶(hù)電氣設(shè)備的正常生產(chǎn)；</p><p>　　③當(dāng)超標(biāo)時(shí)，電力部門(mén)和干擾用戶(hù)在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和技術(shù)水平上，作一定的努力后應(yīng)能達(dá)標(biāo)。</p><p>　　參照IEC標(biāo)準(zhǔn)和IEEE標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)系我

39、國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)際情況，我國(guó)最新制定的電能質(zhì)量指標(biāo)主要包括五項(xiàng)：供電電壓偏差、電力系統(tǒng)頻率允許偏差、公用電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡、電壓波動(dòng)和閃變。除此之外，還有暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題、短持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問(wèn)題和長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電能質(zhì)量問(wèn)題等。</p><p><b>　　供電電壓允許偏差</b></p><p>　　電壓偏差的產(chǎn)生原因及危害</p><p>　　

40、電壓偏差是指系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，它是由于電網(wǎng)中用戶(hù)負(fù)荷的變化或電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，使加到用電設(shè)備上的電壓偏離電網(wǎng)的額定電壓。一般來(lái)說(shuō)造成電網(wǎng)電壓偏差的最主要原因是無(wú)功功率的傳輸。另外，電力電容器的投切對(duì)母線電壓偏差的影響也非常大[3]。</p><p>　　對(duì)于配電網(wǎng)最廣泛應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電壓低于額定電壓時(shí),轉(zhuǎn)矩減小、轉(zhuǎn)速下降，一方面導(dǎo)致工廠生產(chǎn)出次品、廢品；另一方面造成電流變大，電機(jī)溫升增加

41、，線圈發(fā)熱，加劇絕緣老化，甚至燒壞的后果。當(dāng)電壓高于額定電壓時(shí)，一方面引起轉(zhuǎn)距變大，使聯(lián)結(jié)軸和從動(dòng)設(shè)備上的加速力增加，引起設(shè)備的振動(dòng)、損壞；另一方面引起啟動(dòng)電流增加，在供電線路上產(chǎn)生較大的電壓降，影響其他電氣設(shè)備的運(yùn)行。</p><p>　　對(duì)于發(fā)電機(jī)而言，電壓偏差會(huì)引起無(wú)功電流的增大，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的去磁效應(yīng)增加，電壓降低，過(guò)度增大激磁電流使轉(zhuǎn)子繞組的溫升超過(guò)允許范圍，加速絕緣老化，降低電機(jī)壽命，甚至燒壞。<

42、;/p><p>　　對(duì)于日常的照明燈具，電壓對(duì)燈的光通量輸出和壽命的影響很大，當(dāng)加于燈泡的電壓低于額定電壓時(shí)，發(fā)光效率會(huì)降低，人的工作環(huán)境惡化，視力減弱；當(dāng)高于額定電壓時(shí)，燈泡壽命會(huì)減少、燒壞。</p><p>　　國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法</p><p>　　在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 供電電壓偏差》中規(guī)定了供電電壓偏差的相關(guān)計(jì)算方法及限制[6]。</p>&l

43、t;p><b>　　供電電壓偏差的測(cè)量</b></p><p>　　供電電壓偏差的測(cè)量方法為獲得電壓有效值的基本測(cè)量時(shí)間窗口為10周波，并且每個(gè)測(cè)量時(shí)間窗口應(yīng)該與緊鄰的測(cè)量時(shí)間窗口接近而不重疊，連續(xù)測(cè)量并計(jì)算電壓有效值的平均值，最終計(jì)算獲得供電電壓偏差值，計(jì)算公式如式(21)所示。</p><p><b>　　(21)</b></

44、p><p>　　計(jì)算出的供電電壓偏差的限值應(yīng)滿(mǎn)足如下規(guī)定：</p><p>　?、?5kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%，如電壓上下偏差同號(hào)(均為正或負(fù))時(shí)，按較大的偏差絕對(duì)值作為衡量依據(jù)；</p><p>　　②20kV及以下三相供電電壓允許偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的±7%；</p><p>　　③220V單相供電電

45、壓偏差為標(biāo)稱(chēng)電壓的+7%、-10%；</p><p>　?、軐?duì)供電短路容量較小，供電距離較長(zhǎng)以及對(duì)供電電壓偏差有特殊要求的用戶(hù)，由供、用電雙方協(xié)議確定。</p><p><b>　　電壓合格率統(tǒng)計(jì)</b></p><p>　　通過(guò)供電電壓偏差的統(tǒng)計(jì)計(jì)算獲得電壓合格率。供電電壓偏差監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的時(shí)間為min，通常每次以月(或周、季、年)的時(shí)間為電壓監(jiān)

46、測(cè)的總時(shí)間，供電電壓偏差超限的時(shí)間累計(jì)之和為電壓超限時(shí)間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓合格率計(jì)算公式如式(22)所示。</p><p><b>　　(22)</b></p><p><b>　　電力系統(tǒng)頻率偏差</b></p><p><b>　　頻率偏差的危害</b></p><p>　　

47、從整個(gè)電力系統(tǒng)來(lái)講，低于系統(tǒng)頻率或高于頻率運(yùn)行時(shí)，對(duì)發(fā)電廠和用戶(hù)都有不利的影響[7]，具體表現(xiàn)為：</p><p>　　用戶(hù)使用的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)。頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品質(zhì)量；</p><p>　　在頻率降低時(shí)，火力發(fā)電廠的風(fēng)機(jī)和水泵所提供的風(fēng)量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運(yùn)行；</p><p>　　低頻率運(yùn)行，汽輪機(jī)葉片所受的應(yīng)

48、力增加，引起葉片的共振，縮短葉片的壽命，甚至使葉片斷裂；發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量將減少，而為了維持正常電壓，又要求增加勵(lì)磁電流，使得發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫升增加；</p><p>　　低頻率運(yùn)行時(shí)，由于磁通密度的增大，變壓器的鐵心損耗和勵(lì)磁電流都將增大；</p><p>　　頻率降低時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)荷的無(wú)功功率將增大，而負(fù)荷的無(wú)功功率增大又將促使系統(tǒng)電壓水平的下降。</p><p>

49、;　　總之，由于所有設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)頻率質(zhì)量的下降將影響各行各業(yè)。而頻率過(guò)低時(shí)，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。</p><p>　　國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法</p><p>　　在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率偏差》中規(guī)定了供電電壓偏差的相關(guān)計(jì)算方法及限制[8]。</p><p><b>　　頻率偏差的計(jì)算</b>&l

50、t;/p><p>　　電力系統(tǒng)頻率偏差定義為系統(tǒng)頻率的實(shí)際值和標(biāo)稱(chēng)值之差，可用式(23)計(jì)算。</p><p><b>　　(23)</b></p><p>　　式中 是頻率偏差， 為實(shí)際頻率，則為標(biāo)稱(chēng)頻率，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為50Hz。計(jì)算出的頻率偏差應(yīng)滿(mǎn)足如下規(guī)定：</p><p>　?、匐娏ο到y(tǒng)正常運(yùn)行條件下頻率偏差限值為

51、±0.2Hz。當(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，偏差可以放寬到±0.5Hz；</p><p>　?、跊_擊負(fù)荷引起的頻率偏差限值一般不得超過(guò)±0.2Hz，根據(jù)沖擊負(fù)荷性質(zhì)和大小以及系統(tǒng)的條件也可適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶(hù)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。</p><p><b>　　頻率合格率統(tǒng)計(jì)</b></p><p

52、>　　通過(guò)檢測(cè)及直接或間接地統(tǒng)計(jì)頻率超限時(shí)間以活動(dòng)表征電網(wǎng)頻率在限值內(nèi)的一種方法。統(tǒng)計(jì)時(shí)間以秒為單位，計(jì)算公式如式(24)所示。</p><p><b>　　(24)</b></p><p><b>　　公用電網(wǎng)諧波</b></p><p><b>　　電網(wǎng)諧波的危害</b></p&g

53、t;<p>　　國(guó)際上公認(rèn)的諧波含義為：“諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率為基波頻率的整數(shù)倍”。由于諧波的頻率是基波頻率的整數(shù)倍數(shù)，我們也常稱(chēng)它為高次諧波[9]。</p><p>　　諧波對(duì)電力設(shè)備的影響和危害[10]，就其后果來(lái)說(shuō)，可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是對(duì)電力設(shè)備的影響，它可以造成設(shè)備損壞、減少設(shè)備壽命、降低出力等；第二類(lèi)是對(duì)計(jì)算機(jī)、繼電保護(hù)、控制器或系統(tǒng)、儀表以及視聽(tīng)設(shè)備的影響，它可以造成

54、設(shè)備的工作失誤或性能惡化。具體表現(xiàn)為：</p><p>　　對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)(發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī))產(chǎn)生附加功率損耗和發(fā)熱、產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩和噪聲；</p><p>　　對(duì)無(wú)功補(bǔ)償電容器組引起諧振或諧波電流的放大，從而導(dǎo)致電容器因過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓而損壞；對(duì)電力電纜也會(huì)造成電纜的過(guò)負(fù)荷或過(guò)電壓擊穿；</p><p>　　對(duì)供電網(wǎng)和導(dǎo)線，增加供電網(wǎng)的損耗。當(dāng)發(fā)生諧振或放大時(shí)，損耗更加嚴(yán)重

55、；</p><p>　　對(duì)斷路器和熔斷器，電流波形的畸變明顯的影響斷路器斷路容量，當(dāng)存在負(fù)荷電流畸變時(shí)，在過(guò)零點(diǎn)時(shí)可能造成高的比，電流為下弦波時(shí)開(kāi)斷將更為困難，而且由于開(kāi)斷時(shí)間延長(zhǎng)而延長(zhǎng)了故障電流切除時(shí)間，因而造成快速重合閘后的再燃；</p><p>　　對(duì)變壓器，負(fù)荷電流中的諧波在變壓器中造成的損耗產(chǎn)生附加發(fā)熱，降低了其負(fù)荷能力；</p><p>　　對(duì)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器

56、的影響。諧波可能導(dǎo)致晶閘管誤動(dòng)作以及觸發(fā)回路誤觸發(fā)等故障；</p><p>　　對(duì)照明的影響，如運(yùn)行電壓的均方根值由于諧波畸變而高于額定值時(shí)，燈絲溫度升高而降低了燈泡的壽命；</p><p>　　對(duì)繼電保護(hù)和自動(dòng)控制裝置產(chǎn)生干擾和造成誤動(dòng)或拒動(dòng)。尤其是一些衰減時(shí)間較長(zhǎng)的暫態(tài)過(guò)程，如變壓器合閘涌流中的諧波分量，由于其幅值強(qiáng)、諧波含量也很大，更容易引起繼電保護(hù)的誤動(dòng)作，造成供電中斷；</

57、p><p>　　對(duì)儀表和電能計(jì)量的影響?，F(xiàn)代指示均方根值的電壓表和電流表相對(duì)地不受波形畸變的影響，受諧波影響較大的是計(jì)量電能的感應(yīng)型電能表，其誤差與頻率特性和非線性度造成的誤差有關(guān)。除電表本身誤差外，諧波負(fù)荷從系統(tǒng)中吸收基波功率而向系統(tǒng)送出諧波功率，這樣受諧波影響的用戶(hù)既從系統(tǒng)吸收基波功率又從諧波源吸收無(wú)用的諧波功率，其后果是諧波源負(fù)荷用戶(hù)少付電費(fèi)而受害的用戶(hù)反而多付電費(fèi)。</p><p>　

58、　總之，諧波對(duì)各種電力設(shè)備、通信設(shè)備以及線路都會(huì)產(chǎn)生有害的影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成設(shè)備損壞和電力系統(tǒng)事故。</p><p>　　國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法</p><p>　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》，對(duì)公用電網(wǎng)諧波電壓限值如表 21所示[10]。</p><p>　　表 21 公用電網(wǎng)諧波的限值</p><p>　　諧波術(shù)語(yǔ)的數(shù)學(xué)

59、表達(dá)式</p><p>　　第h次諧波電壓含有率，如公式(25)所示：</p><p><b>　　(25)</b></p><p>　　式中，——第h次諧波電壓(方均根值)；</p><p>　　——基波電壓(方均根值)。</p><p>　　諧波電壓含量，如公式(26)所示：</p

60、><p><b>　　(26)</b></p><p>　　電壓總諧波畸變率，如公式(27)所示：</p><p><b>　　(27)</b></p><p><b>　　諧波的測(cè)量</b></p><p>　　在對(duì)電壓進(jìn)行測(cè)量時(shí)，為了區(qū)別暫態(tài)現(xiàn)象和

61、諧波，對(duì)負(fù)荷變化快的諧波，每次測(cè)量結(jié)果可為3s內(nèi)所測(cè)值的平均值，推薦采用式(28)計(jì)算。</p><p><b>　　(28)</b></p><p><b>　　電壓波動(dòng)和閃變</b></p><p>　　電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生及危害</p><p>　　電壓波動(dòng)和閃變的產(chǎn)生</p>

62、<p>　　電壓波動(dòng)是由于部分負(fù)荷在正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)沖擊性功率變化，造成實(shí)際電壓在短時(shí)間里較大幅度波動(dòng)，并且連續(xù)偏離額定電壓，所以也稱(chēng)為快速電壓變動(dòng)[11]。</p><p>　　單位時(shí)間內(nèi)電壓變動(dòng)的次數(shù)稱(chēng)為電壓變動(dòng)的頻度，一般以分或秒為頻度的單位。電壓變動(dòng)頻度為調(diào)幅波頻率的2倍，或表示為。在電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中，閃變以燈光閃爍對(duì)人眼視感的影響來(lái)反映供電電壓的波動(dòng)程度。閃變是指由于燈光照度不穩(wěn)定造成的視感。

63、閃變不僅與電壓波動(dòng)的幅值有關(guān)，而且與電壓波動(dòng)的頻率和波形、照明燈具的性能及人的視感因素有關(guān)。</p><p>　　出現(xiàn)供電電壓波動(dòng)，使實(shí)際運(yùn)行電壓偏離理想正弦波形和恒定電壓幅值的主要原因是由于各種類(lèi)型的大功率波動(dòng)性負(fù)荷投運(yùn)引起的。波動(dòng)性負(fù)荷的用電特征分為周期性和非周期性的，而周期性和近似周期性的功率波動(dòng)負(fù)荷對(duì)閃變影響更為嚴(yán)重。目前供電系統(tǒng)中功率波動(dòng)造成干擾的負(fù)荷主要有：電弧爐、軋鋼機(jī)、電氣化機(jī)車(chē)等。</p&

64、gt;<p>　　電壓波動(dòng)和閃變的危害</p><p>　　電壓波動(dòng)會(huì)引起多種危害，如電壓快速變動(dòng)會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不均勻，不僅危及電動(dòng)機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，而且還會(huì)直接影響一些產(chǎn)品的質(zhì)量。閃變是電壓波動(dòng)的直接反映，當(dāng)電壓波動(dòng)嚴(yán)重到引起照明燈具閃爍時(shí)，會(huì)使人眼感到疲勞甚至難以忍受而降低工作效率。但閃變還與人的視感因素有關(guān)，所以不能以電壓波動(dòng)代替閃變。</p><p>　　國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)

65、算方法</p><p>　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 電壓波動(dòng)和閃變》，任何一個(gè)波動(dòng)負(fù)荷用戶(hù)在電力系統(tǒng)公共連續(xù)點(diǎn)產(chǎn)生的電壓變動(dòng)，其限值和電壓變動(dòng)頻度、電壓等級(jí)有關(guān)。對(duì)于電壓變動(dòng)頻度較低(例如)或規(guī)則的周期性電壓波動(dòng)，可通過(guò)測(cè)量電壓方均根值曲線U(t)確定電壓變動(dòng)頻度和電壓變動(dòng)值，電壓波動(dòng)的限值如表22所示[12]。</p><p>　　表22 電壓波動(dòng)限值</p><

66、;p>　　注1：很少的變動(dòng)頻度(每日少于1次)，電壓變動(dòng)限值d還可以放寬。</p><p>　　注2：對(duì)于隨機(jī)性不規(guī)則的電壓波動(dòng)，如電弧爐負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)，表中標(biāo)有“*”</p><p><b>　　的值為其限值。</b></p><p>　　注3：參照GB/T 156-2007，本標(biāo)準(zhǔn)中系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓等級(jí)按以下劃分：</p>

67、<p><b>　　低壓(LV)</b></p><p><b>　　中壓(MV)</b></p><p><b>　　高壓(HV)</b></p><p>　　對(duì)于220kV以上超高壓(EHV)系統(tǒng)的電壓波動(dòng)限值可參照高壓(HV)系統(tǒng)執(zhí)行。</p><p

68、>　　電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的最小方式下，以一周(168h)為測(cè)量周期，所有長(zhǎng)時(shí)間閃變值都應(yīng)滿(mǎn)足一定的條件，如表23所示：</p><p>　　表23 閃變限值</p><p>　　電壓波動(dòng)的測(cè)量和估算</p><p>　　電壓波動(dòng)可通過(guò)電壓方均根值曲線U(t)來(lái)描述，電壓變動(dòng)d和電壓變動(dòng)頻度r則是衡量電壓波動(dòng)大小和快慢的指標(biāo)。</p&

69、gt;<p>　　電壓變動(dòng)d的定義表達(dá)式如式所示</p><p><b>　　(29)</b></p><p>　　式中，——電壓方均根值曲線上相鄰兩個(gè)極值電壓之差；</p><p><b>　　——系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓。</b></p><p><b>　　閃變的測(cè)量和計(jì)算<

70、;/b></p><p>　　閃變是電壓波動(dòng)在一段時(shí)期內(nèi)的積累效果，它通過(guò)燈光照度不穩(wěn)定造成的視感來(lái)反應(yīng)，主要由短時(shí)閃變和長(zhǎng)時(shí)間閃變來(lái)衡量。短時(shí)閃變值的計(jì)算方法是通過(guò)模擬人眼的感覺(jué)通過(guò)分析計(jì)算得出結(jié)果，具體過(guò)程將在后續(xù)章節(jié)詳細(xì)介紹。長(zhǎng)時(shí)間閃變值由測(cè)量時(shí)間段內(nèi)包含的短時(shí)間閃變值計(jì)算獲得，如式(210)所示：</p><p><b>　　(210)</b><

71、;/p><p>　　三相電壓允許不平衡度</p><p>　　三相不平衡產(chǎn)生的原因及危害</p><p>　　電力系統(tǒng)的三相不平衡是由于三相符合不平衡以及系統(tǒng)元件參數(shù)的不對(duì)稱(chēng)所致。三相電源電壓畸變不對(duì)稱(chēng)時(shí)，對(duì)于三相四線制電路，可以分解為正序、負(fù)序和零序分量；對(duì)于三相三線制電路，可分解為正序和負(fù)序分量，而沒(méi)有零序分量。三相電壓的不平衡度通常以負(fù)序分量與正序分量的均方根的百

72、分比來(lái)表示[13]，如式(211)所示。</p><p><b>　　(211)</b></p><p>　　式中，——三相電壓正序分量的均方根值；</p><p>　　——三相電壓負(fù)序分量的均方根值。 </p><p>　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量不平衡負(fù)荷，以及一些單相大容量負(fù)荷(例如交流電弧爐、

73、電氣化鐵路)，使電網(wǎng)三相電壓不平衡日趨嚴(yán)重，危及電力系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。三相電壓或電流不平衡會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)和用戶(hù)造成一系列的危害，其中主要有：</p><p>　　引起旋轉(zhuǎn)電機(jī)的附加發(fā)熱和振動(dòng)，危及其安全運(yùn)行和正常工作；</p><p>　　引起以負(fù)序分量為起動(dòng)元件的多種保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作(特別是當(dāng)電網(wǎng)中同時(shí)存在諧波時(shí))，這對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行是有嚴(yán)重威脅的；</p><p>

74、;　　導(dǎo)致半導(dǎo)體變流設(shè)備產(chǎn)生附加的諧波電流(非特征諧波)，而這種設(shè)備一般設(shè)計(jì)上只允許2%的電壓不平衡度；</p><p>　　導(dǎo)致發(fā)電機(jī)容量利用率下降。由于不平衡時(shí)最大相電流不能超過(guò)額定值，在極端情況下，只帶單相負(fù)荷時(shí)則設(shè)備利用率僅為0.577；</p><p>　　變壓器的三相負(fù)荷不平衡，不僅使負(fù)荷較大的一相繞組過(guò)熱導(dǎo)致其壽命縮短，而且還會(huì)由于磁路不平衡，大量漏磁通經(jīng)箱壁、夾件等使其嚴(yán)重

75、發(fā)熱，造成附加損耗；</p><p>　　在低壓配電線路中，三相不平衡會(huì)影響計(jì)算機(jī)正常工作，還會(huì)引起照明電燈壽命縮短(電壓過(guò)高)或照度不足(電壓過(guò)低)以及電視機(jī)的損壞等；</p><p>　　三相不平衡時(shí)，將引起電網(wǎng)損耗的增加；</p><p>　　干擾通訊系統(tǒng)，影響正常的通信質(zhì)量。</p><p>　　國(guó)標(biāo)中的規(guī)定及計(jì)算方法</p&g

76、t;<p>　　根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量 三相電壓不平衡》的規(guī)定，電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)電壓不平衡度限值為，電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電壓不平衡度不超過(guò)2%，短時(shí)不得超過(guò)4%。接于公共連接點(diǎn)的每個(gè)用戶(hù)引起該點(diǎn)負(fù)序電壓不平衡度允許值一般為1.3%，短時(shí)不超過(guò)2.6%。</p><p>　　同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了不平衡度的計(jì)算方法[14]。</p><p><b>　　測(cè)量取值<

77、;/b></p><p>　　對(duì)于電力系統(tǒng)的公共連接點(diǎn)，供電電壓負(fù)序不平衡度測(cè)量值的10min方均根值的95%概率大值應(yīng)不大于2%，所有測(cè)量值中的最大值不大于4%。對(duì)日波動(dòng)不平衡負(fù)荷，取1min方均根值。</p><p>　　為了實(shí)用方便，實(shí)測(cè)值的95%概率值可將實(shí)測(cè)值按由大到小次序排列，舍棄前面5%的大值取剩余實(shí)測(cè)值中的最大值。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)軟件設(shè)計(jì)分析過(guò)程既是采用這種方法。<

78、/p><p>　　不平衡度的準(zhǔn)確計(jì)算式</p><p>　　在沒(méi)有零序分量的三相系統(tǒng)中，當(dāng)已知三相量a、b、c時(shí)，可按式(212)求負(fù)序不平衡度。</p><p><b>　　(212)</b></p><p><b>　　式中，L——。</b></p><p><b&

79、gt;　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章介紹了電能質(zhì)量的概念，最后給出了IEEE對(duì)電能質(zhì)量的定義；</p><p>　　根據(jù)國(guó)家五項(xiàng)電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，分別介紹了各種電能質(zhì)量指標(biāo)的產(chǎn)生原因、帶來(lái)的主要危害以及國(guó)標(biāo)中的規(guī)定和計(jì)算方法。</p><p><b>　　軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境介紹</b></p><p>

80、<b>　　虛擬儀器的介紹</b></p><p>　　虛擬儀器(Virtual Instruments)的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，PC機(jī)出現(xiàn)以后，儀器的計(jì)算機(jī)化成為可能，于是誕生基于計(jì)算機(jī)的儀器，即虛擬儀器。儀器硬件以模塊化為特點(diǎn)，能夠全方位的系統(tǒng)集成，應(yīng)用軟件則以圖形化的編程為長(zhǎng)處，能夠方便高效的創(chuàng)建自定義的用戶(hù)界面，二者相結(jié)合實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的測(cè)量功能。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤(pán)操作虛擬面

81、板，就如同使用一臺(tái)專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器[15]。</p><p>　　虛擬儀器利用PC機(jī)強(qiáng)大的圖形環(huán)境和在線幫助功能，建立虛擬儀器面板，完成對(duì)儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示，代替了傳統(tǒng)儀器，改變了傳統(tǒng)儀器的使用方式，極大的提高了儀器的功能和使用效率，大幅度的降低了儀器的價(jià)格，使用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要自定義儀器的功能；可以說(shuō)，虛擬儀器的出現(xiàn)將“儀器”的概念推向了一個(gè)新的紀(jì)元。虛擬儀器廣泛的應(yīng)用于電子測(cè)量、電力工程、礦物勘探、醫(yī)

82、療、振動(dòng)分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等諸多領(lǐng)域。</p><p>　　隨著社會(huì)生產(chǎn)力的極大發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)要求電子儀器品種多、功能強(qiáng)、精度高、自動(dòng)化程度高，而且要求測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好、具有良好的人機(jī)界面。虛擬儀器正好可以滿(mǎn)足這些要求[16]。與傳統(tǒng)的儀器相比較(見(jiàn)表31)，虛擬儀器具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　虛擬儀器的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是軟件</p><p

83、>　　虛擬儀器系統(tǒng)中除PC機(jī)外的硬件主要用于數(shù)據(jù)的采集、輸入，至于系統(tǒng)怎樣處理數(shù)據(jù)，具有怎樣的面板和數(shù)據(jù)輸出的形式等都是由軟件決定的。虛擬儀器的好壞，很大程度上取決于軟件水平的高低。</p><p>　　開(kāi)發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用低，系統(tǒng)組建時(shí)間短</p><p>　　當(dāng)需要增加新的測(cè)量功能，只需要增加軟件模塊或通用的硬件模塊，縮短了系統(tǒng)的更新時(shí)間，而且有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。應(yīng)用軟件不像傳統(tǒng)儀器的

84、硬件那樣存在元器件老化的問(wèn)題，大大節(jié)省了維護(hù)的費(fèi)用，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。</p><p><b>　　測(cè)量更準(zhǔn)確</b></p><p>　　傳統(tǒng)儀器測(cè)量個(gè)體之間差異大，而虛擬儀器的應(yīng)用軟件在不同的PC機(jī)上具有相同的運(yùn)行效果，在軟件運(yùn)行這方面不存在個(gè)體的差異。</p><p><b>　　測(cè)量更方便</b></p&g

85、t;<p>　　因?yàn)閭鹘y(tǒng)儀器功能單一，所以對(duì)一個(gè)信號(hào)完成多個(gè)參數(shù)的測(cè)量需要多臺(tái)儀器，使測(cè)量受到連接方式、電纜長(zhǎng)度等因素的影響。虛擬儀器只需對(duì)信號(hào)進(jìn)行一次采樣，多個(gè)軟件模塊對(duì)同一組數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的處理就能實(shí)現(xiàn)多個(gè)參數(shù)的同時(shí)測(cè)量。</p><p>　　具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能</p><p>　　計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的大大提高和數(shù)字信號(hào)處理理論的豐富和完善，使虛擬儀器能夠快速準(zhǔn)確的處理數(shù)據(jù)

86、。</p><p>　　為了清楚的表明傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的區(qū)別，我們利用表31來(lái)更好地說(shuō)明。</p><p>　　表31 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對(duì)比</p><p>　　LabVIEW軟件介紹</p><p>　　虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器”，由此突出了軟件在虛擬儀器系統(tǒng)中的重要性。美國(guó)NI公司通過(guò)長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究和發(fā)

87、展，逐步確立了LabVIEW在虛擬儀器編程軟件中的主力地位[17]。</p><p>　　LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。它的出現(xiàn)終于把人們——尤其是傳統(tǒng)儀器工程師和科學(xué)家們從繁雜的編程工作中解放出來(lái)，使他們能夠真正專(zhuān)心于自己所關(guān)注的事情。</p><p&

88、gt;　　LabVIEW程序又稱(chēng)虛擬儀器，即VI，其外觀和操作均模仿現(xiàn)實(shí)儀器。每個(gè)VI都使用函數(shù)從用戶(hù)界面或其他渠道獲取信息輸入，然后將信息顯示或傳輸至其它文件或計(jì)算機(jī)前面板是VI的用戶(hù)界面。前面板由輸入控件和顯示控件組成，這些控件是VI的輸入輸出端口。輸入控件是指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤(pán)等輸入裝置，顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置，模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。&

89、lt;/p><p>　　程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱(chēng)G代碼或程序框圖代碼。前面板創(chuàng)建完畢后，便可使用圖形化的函數(shù)添加源代碼來(lái)控制前面板上的對(duì)象。前面板上的對(duì)象在程序框圖中顯示為接線端。</p><p>　　接線端用以表示輸入控件或顯示控件的數(shù)據(jù)類(lèi)型。在程序框圖中可將前面板的輸入控件或顯示控件顯示為圖標(biāo)或數(shù)據(jù)類(lèi)型接線端。默認(rèn)狀態(tài)下，前面板對(duì)象顯示為圖標(biāo)接線端。接線端是在前面板和

90、程序框圖之間交換信息的輸入輸出端口。</p><p>　　節(jié)點(diǎn)是程序框圖上的對(duì)象，具有輸入輸出端，在VI運(yùn)行時(shí)進(jìn)行運(yùn)算。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。</p><p>　　程序框圖中對(duì)象的數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)連線實(shí)現(xiàn)。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。不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的連線有不同的顏色、粗細(xì)和樣式。斷開(kāi)的連線顯示為黑色的虛線，中間有個(gè)紅色的x。出

91、現(xiàn)斷線的原因有很多，如試圖連接數(shù)據(jù)類(lèi)型不兼容的兩個(gè)對(duì)象是就會(huì)產(chǎn)生斷線。</p><p>　　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。使用程序框圖中的結(jié)構(gòu)可對(duì)代碼塊進(jìn)行重復(fù)操作，有條件執(zhí)行或按特定順序執(zhí)行代碼。</p><p><b>　　電能質(zhì)量檢測(cè)VI</b></p><p>　　NI公司在LabVIEW中提供了一些工程測(cè)量中常用的

92、VI，就像面向?qū)ο笳Z(yǔ)言中的類(lèi)一樣，我們可以直接使用，簡(jiǎn)化我們開(kāi)發(fā)的過(guò)程。本節(jié)介紹電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)涉及到的關(guān)于參量分析相關(guān)控件的使用功能，使我們對(duì)設(shè)計(jì)中使用的控件有了進(jìn)一步的了解。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 detector.vi)、提取單頻信號(hào)VI(Extract Single Tone Information.vi)、諧波失真分析VI(Harmonic Distortion Analyzer.vi

93、)等。</p><p><b>　　波峰檢測(cè)VI</b></p><p>　　在測(cè)量電壓值的過(guò)程中使用到了波峰檢測(cè)VI，如圖31所示。</p><p>　　圖31 波峰檢測(cè)VI</p><p>　　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。該VI的算法是用二次多項(xiàng)式依次擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)中的各組數(shù)據(jù)。擬合中使用

94、的數(shù)據(jù)點(diǎn)的數(shù)量由寬度指定。對(duì)于每個(gè)波峰或波谷，二次擬合可與閾值進(jìn)行比較。忽略低于閾值的波峰和高于閾值的波谷。只有在VI處理波峰或波谷之外大約寬度/2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)后，才可能檢測(cè)到波峰或波谷。延時(shí)僅對(duì)實(shí)時(shí)處理有影響。第一個(gè)或最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊傳遞至該VI時(shí)，必須通知該VI，使VI初始化并傳遞內(nèi)部數(shù)據(jù)至波峰檢測(cè)算法。</p><p><b>　　提取單頻信息VI</b></p><p&

95、gt;　　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。</p><p>　　圖32 提取單頻信息VI</p><p>　　在time signals in輸入一個(gè)時(shí)域波形信號(hào)，可以檢測(cè)出該信號(hào)的頻率、幅值等信息。根據(jù)輸入的時(shí)域波形數(shù)據(jù)類(lèi)型的不同，返回值的數(shù)據(jù)類(lèi)形也不同。</p>

96、<p>　　可通過(guò)式(31)表示實(shí)數(shù)單頻信號(hào)：</p><p><b>　　(31)</b></p><p>　　、 和 分別是單頻信號(hào)的是幅值、頻率和相位，是輸入波形信號(hào)的采樣率?？赏ㄟ^(guò)式(32)表示復(fù)數(shù)單頻信號(hào)：</p><p><b>　　(32)</b></p><p>

97、　　、和分別是單頻信號(hào)的是幅值、頻率和相位，是輸入波形信號(hào)的采樣率。</p><p><b>　　諧波失真分析VI</b></p><p>　　為了測(cè)量電壓諧波，使用了LabVIEW中用于測(cè)量諧波的諧波失真分析VI，如圖33所示。</p><p>　　圖33 諧波失真分析VI </p><p>　　諧波失真分析VI

98、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。根據(jù)輸入的波形數(shù)據(jù)類(lèi)型的不同，會(huì)返回不同數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)通信VI</b></p><p>　　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。其中主要包括TCP偵聽(tīng)VI、寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))、打開(kāi)TCP連接(函

99、數(shù))等。</p><p><b>　　TCP偵聽(tīng)VI</b></p><p>　　調(diào)用節(jié)點(diǎn)如圖34所示。</p><p>　　圖34 TCP偵聽(tīng)VI</p><p>　　開(kāi)始偵聽(tīng)某個(gè)指定端口時(shí)，不能再使用該VI偵聽(tīng)該端口。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(tīng)端口2222，則不能再用第二個(gè)實(shí)例偵

100、聽(tīng)同一端口。</p><p>　　該VI將保留有效的偵聽(tīng)方及其偵聽(tīng)端口的列表，按偵聽(tīng)方ID排序，直到包含該VI的頂層VI空閑。其后對(duì)VI的調(diào)用將重用這些偵聽(tīng)方，根據(jù)指定的服務(wù)名稱(chēng)、端口和網(wǎng)絡(luò)地址而定。如在端口接線端連入值0，在服務(wù)名稱(chēng)接線端連入空字符串，每次調(diào)用VI都將在開(kāi)放的端口上創(chuàng)建一個(gè)新的偵聽(tīng)器。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(tīng)器。這會(huì)消耗大量的套接字資

101、源。在該情況下，連接偵聽(tīng)器ID接線端至TCP關(guān)閉連接函數(shù)，可釋放偵聽(tīng)器占用的端口?；蛘哌B接偵聽(tīng)器ID接線端至TCP等待偵聽(tīng)器函數(shù)，在一個(gè)端口上偵聽(tīng)連接。</p><p>　　寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))</p><p>　　寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)函數(shù)如圖35所示。</p><p>　　圖35 寫(xiě)入TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))</p><p>　　打開(kāi)TCP連接

102、(函數(shù))</p><p>　　打開(kāi)TCP連接(函數(shù))如圖36所示。</p><p>　　圖36 打開(kāi)TCP連接(函數(shù))</p><p>　　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(hù)指定范圍或系統(tǒng)時(shí)間限制。該錯(cuò)誤在默認(rèn)的60000毫秒超時(shí)前發(fā)生。連線正在運(yùn)行并正在偵聽(tīng)目標(biāo)端口的IP地址可糾正該錯(cuò)誤。</p><p&g

103、t;　　讀取TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))</p><p>　　讀取TCP數(shù)據(jù)(函數(shù))如圖37所示。</p><p>　　圖37 讀取TCP數(shù)據(jù)</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　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；&

104、lt;/p><p>　　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)；</p><p>　　介紹了虛擬儀器中的LabVIEW軟件，及其使用過(guò)程中常見(jiàn)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。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p&

105、gt;<p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)家電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)和虛擬儀器技術(shù)的了解，本人以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，利用NI公司的LabVIEW2012軟件，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了完整的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　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。數(shù)據(jù)采集模塊還是由

106、傳統(tǒng)的采集硬件來(lái)完成，不同的是數(shù)據(jù)分析處理模塊完全由計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)，這部分功能不受硬件限制，可以根據(jù)用戶(hù)的需求可以隨時(shí)增加修改模塊，這一優(yōu)勢(shì)是傳統(tǒng)儀器所無(wú)法比擬的。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?？傮w來(lái)說(shuō)，基于虛擬儀器思想所建立的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由兩大部分組成：硬件部分和軟件部分，將硬件

107、部分和軟件部分綜合起來(lái)，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖41所示。</p><p>　　圖41 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　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。其中數(shù)據(jù)分析模塊包括電壓偏差測(cè)量、頻率偏差測(cè)量、供電電壓波動(dòng)和閃變測(cè)量、諧波測(cè)量、三相電壓不平衡度測(cè)量和功率測(cè)量六部分。系統(tǒng)軟件部分框圖如圖42所示。</p>

108、<p>　　圖42 系統(tǒng)軟件框圖</p><p><b>　　數(shù)據(jù)傳輸模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　數(shù)據(jù)傳輸模塊使用TCP系列VI和函數(shù)實(shí)現(xiàn)，這些VI和函數(shù)的功能及其用法在3.4節(jié)中已經(jīng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，具體實(shí)現(xiàn)和流程圖如圖43所示。</p><p>　　圖43 數(shù)據(jù)傳輸流程圖</p><p&g

109、t;　　數(shù)據(jù)傳輸?shù)某绦蚩驁D如圖44所示。</p><p>　　圖44 發(fā)送TCP數(shù)據(jù)</p><p>　　讀取TCP數(shù)據(jù)的程序框圖如圖45所示。</p><p>　　圖45 讀取TCP數(shù)據(jù)</p><p>　　其中用到了兩個(gè)子VI，寫(xiě)入TCP子VI和讀取TCP子VI，如圖46，圖47所示。</p><p&g

110、t;　　圖46 寫(xiě)入TCP子vi</p><p>　　圖47 讀取TCP子vi</p><p><b>　　數(shù)據(jù)分析模塊的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　電壓偏差測(cè)量模塊</b></p><p>　　電壓偏差是指系統(tǒng)各處的電壓偏離其額定值的百分比，根據(jù)2.2.2節(jié)中介紹的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中

111、的計(jì)算方法，本設(shè)計(jì)的電壓偏差測(cè)量模塊流程圖如圖48所示。</p><p>　　圖48 電壓偏差測(cè)量模塊流程圖</p><p>　　其中電壓幅值的分析計(jì)算通過(guò)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)，通過(guò)和2.2.2節(jié)中國(guó)標(biāo)的規(guī)定的電壓偏差限值比較，超過(guò)限值的報(bào)警燈報(bào)警。電壓合格率的計(jì)算利用while循環(huán)中的循環(huán)次數(shù)與總時(shí)間成正比，可用作總時(shí)間，超限次數(shù)則作為超限

112、時(shí)間，再用條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)超限時(shí)間的累加，其中累加數(shù)據(jù)時(shí)用到了屬性節(jié)點(diǎn)。</p><p>　　程序框圖如圖49所示。</p><p>　　圖49 電壓偏差測(cè)量模塊程序框圖</p><p>　　程序中的系統(tǒng)電壓幅值是由一個(gè)局部變量輸入，它與系統(tǒng)電壓幅值相關(guān)聯(lián)，同步變化。通過(guò)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

113、壓共同帶入式(2-1)，得到電壓偏差，若電壓偏差超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中限定值，則超限指示燈會(huì)亮起。這里使用了波形圖和數(shù)據(jù)兩種形式顯示檢測(cè)到的電壓偏差，如圖410所示。</p><p>　　圖410 電壓偏差模塊前面板</p><p><b>　　頻率偏差模塊</b></p><p>　　實(shí)測(cè)頻率與系統(tǒng)頻率的偏差即是頻率偏差，根據(jù)2.3.2節(jié)中介紹

114、的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)算方法，本設(shè)計(jì)的頻率偏差測(cè)量模塊流程圖如圖411所示。</p><p>　　圖411 頻率偏差測(cè)量模塊流程圖</p><p>　　其中獲得系統(tǒng)電壓頻率通過(guò)使用提取單頻信息VI，輸出交流電壓頻率，通過(guò)與工頻的計(jì)算比較，如果分析的頻率偏差大于0.2Hz或小于-0.2Hz，偏離度超限，報(bào)警指示燈都會(huì)亮起，再通過(guò)條件結(jié)構(gòu)在超限后將超限時(shí)間+1，程序思路同電壓幅值測(cè)量偏差，具體

115、程序如圖412所示。</p><p>　　圖412 頻率偏差測(cè)量模塊程序框圖</p><p>　　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。</p><p>　　圖413 頻率偏差測(cè)量模塊前面板</p><p>　　頻率偏差以數(shù)據(jù)方式顯示了模擬電壓的瞬時(shí)頻率偏差，通過(guò)波形圖可以查看歷史數(shù)據(jù)．根據(jù)程序設(shè)定