毕业设计（论文）-基于虚拟仪器的稳态电能质量检测.doc

摘要摘要传统的电能质量参数测量系统以硬件为核心，功能单一、成本高，已经无法满足日益复杂的、多参数的测试要求。近年来，随着电子技术和计算机技术的飞速发展，新的测试理论和方法、新的仪器结构不断出现，测量仪器的功能和使用发生了质的变化,其中最显著的一点就是虚拟仪器的出现与发展。虚拟仪器是计算机技术与测试测量仪器技术相结合的产物，具有硬件结构简单、可自定义仪器功能、数据处理和分析功能强大的优点，同时可以实现历史数据管理和图形化显示等功能。因此，本论文通过分析国内外电能质量测试装置的发展现状，针对目前电能质量测试过程中所遇到的问题，研究开发出一种基于虚拟仪器的稳态电能质量分析与检测系统。该系统能够准确检测出电网频率、频率偏差、电压偏差、三相不平衡度、电压波动、电网谐波等电能质量参数，并对其进行实时分析，将分析结果实时的显示出来。论文首先简要地介绍了虚拟仪器的概念及构成，针对电能质量检测的研究现状，论述了将虚拟仪器技术应用于电能质量检测的必要性，介绍了系统的总体结构。其次，论文介绍了电能质量参数测量原理，对检测系统的设计及检测作了详细的阐述。软件实现方面，首先对虚拟仪器开发平台Labview及其编程语言作了简要介绍，然后详细论述了软件总体结构，对电能质量参数测量的各个模块的实现作了详细的说明，并对电能质量参数的测量的结果进行了分析。该测试系统具有扩展性和复用性强的特点，可以显著提高电能质量测试的自动化程度。因此,使用虚拟仪器进行研究、设计、测试将成为电力系统测试领域的一种趋势。最后，就本系统在研究中存在的不足和需要完善的地方做了总结，指出课题的进一步研究工作。关键词：虚拟仪器，Labview,电能质量，电压波动，三相不平衡度，谐波摘要AbstractThetraditionalPowerparametersmeasuringsystemmainlybasedonhardwareissingle-functionandhigh-budget,soitisunsuitablegraduallyforcomplicatedandmultiparametertest.Recentyears,withrapidprogressofelectronictechnologyandcomputertechnology,newtestingtheoryandmethod,newinstrumentstructureisappearing.Functionandapplicationofmeasuringinstrumentshaschangedalot.OnemarkedcharacteristicisappearanceanddevelopmentofVirtualInstrumentwiththeadvantageofsimplehardwarestructure,user-defined,powerfuldataprocessingandanalysisfunction.Besides,VirtualInstrumentcanachievethefunctionofhistorydatamanagementandgraphicalrepresentation.Therefore,byanalyzingthestatusofpowerqualitytestingsethomeandabroad,inconnectionwiththeproblemsbeingfilledacrossduringtestingofpowerquality,apowerqualitytestingsystembasedonVirtualInstrumentisstudiedandexploitedinthisthesis.Thetestingsystemcanmeasurepowerqualityparameter,suchasfrequency,frequencydeviation,voltagedeviation,andthree-phasedegreeofunbalance,voltagehuntingandharmonic.Theseparametersalsocanbeanalyzedreal-timeandbedisplayedinrealtime.Firstly，basicconceptionandstructuredevelopmentofVirtualInstrumentareintroducedgenerally，withstudystateofVirtualInstrumentandpowerqualitytesting,thenecessitythatmakesVirtualInstrumenttechnologyapplytopowerqualitytestingisexposited.Then,grossstructuresofthetestingsystemareintroduced.Secondly,themeasurementprincipleofpowerqualityparametersareintroduced,thedetectionsystemdesignandtestingweredescribedindetail.Insoftwarepart,developmentplatformLabviewandprogramming摘要languageareintroduced,discussedtotalsoftwarestructure,themeasurementofpowerqualityparametersofeachmodulearedetailedinstructionsonimplementation,andperformsanalysisofpowerqualityparametersmeasurementresults.Thistestingsystemhasmanycharacteristics,suchasgoodexpansibility,strongreusability,anditcandramaticallyimprovetheautomationofpowerqualitytesting.Forthisreason,itwillbeatrendthatusingVirtualInstrumenttostudying,designingandtestingintestareaofpowersystem.Atlast,theshortageandsomeaspectsneededimprovingofthesystemaregiven.Theoutlookoffutureresearchisputforward,too.Keywords：Virtualinstrument,Laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench,Powerquality，Voltagefluctuation,three-phaseunbalance,harmonic绪论目录1.绪论.11.1研究背景和研究意义.11.2国内外研究现状与发展.21.2.1电能质量标准.21.2.2电能质量研究现状及发展.31.3虚拟仪器概述.41.4虚拟仪器技术用于电能质量测试的必要性.61.5本文的主要工作.62测量原理及系统的总体设计.82.1电能质量基本概念.82.2电能质量分类.82.3电能质量参数测量原理.92.3.1电压偏差.92.3.2三相不平衡度.102.3.3谐波.122.3.4电压波动.142.3.5频率偏差.142.4系统总体结构.153.系统的硬件实现.173.1电压电流传感器.173.2数据采集卡.184.系统的软件设计.194.1虚拟仪器开发工具Labview介绍.194.2系统软件结构.204.3电能质量测量模块.214.3.1基本参数测量模块.214.3.2电压偏差测量模块.214.3.3三相不平衡度测量模块.224.3.4谐波测量模块.224.3.5电压波动测量模块.234.3.6频率偏差测量模块.244.3.7三相频谱测量模块.24绪论5仿真结果及分析.265.1基本参数仿真结果及分析.265.2三相频谱仿真结果及分析.275.3电网谐波仿真结果及分析.275.4三相不平衡度仿真结果及分析.285.5电压与频率偏差仿真结果及分析.285.6电压波动仿真结果及分析.296总结与展望.306.1总结.306.2展望.31参考文献.32致谢.34附录.错误!未定义书签。绪论11.绪论1.1研究背景和研究意义随着现代科学技术的发展，一方面，造成电能质量1-3问题的因素不断增长，如以电力电子装置为代表的非线性负荷的使用、各种大型用电设备的启停等，使电网中的谐波污染、三相电压的不对称性以及电压波动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便是正弦波形，其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。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。另一方面，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，人们对电能质量及可靠性的要求越来越高上述问题的矛盾越来越突出，这使得电能质量问题对电网和配电系统造成的直接危害和可能对人类生活和生产造成的损失也越来越大，电能质量直接关系到国民经济的总体效益，电力部门不但要提高电能质量满足用户的需要，还要加强电能质量监督管理4。与此同时，现代电网与负荷构成出现了新的变化趋势，主要表现在5：1.电力系统扩张与联网逐渐形成，系统运行的安全稳定性和可靠性要求不断提高。2.在保证电力系统一定的自然垄断特性条件下，引进竞争机制，实施电力市场化营运，强化环境保护意识与提高信息管理水平已经势在必行。3.当代电力系统与计算机技术和通信技术的结合更加紧密，采用高新技术以提高电力传输能力和实现配电自动化的趋势方兴未艾。4.一方面，造成电能质量问题的因素不断增长。另一方面，各种复杂的、精密的、对电能质量敏感的用电设备不断普及，使得对电网电能质量及其可靠性的要求越来越高。电能作为一种商品，如何保证和提高电能质量，从而保证生产和生活绪论2的正常进行，已成为国内外电工领域迫切需要解决的重要课题之一6。从市场经济的商品质量这个普遍意义讲，了解电能质量，改善电能质量是必不可少的。改善电能质量的意义可概括为以下几点:1.是保证电力系统安全、稳定、经济运行的必要条件，是电网运行水平高低的重要标志，同时也是电力企业用电管理水平考核的重要指标。2.是提高国民经济总体效益、用电效益和改善电气环境，以及工业生产可持续发展的技术保证。3.是面向电力市场、适应竞争机制强有力的手段。4.通过建立和健全电能质量的全面管理，保障各行各业的正常用电秩序，为千家万户提供安全可靠的电能。1.2国内外研究现状与发展1.2.1电能质量标准电能质量问题并不是一个新的课题，早在60年代，国外就已经开始认识到电能质量的重要性，并着手从事有关课题的研究，为了便于开展电能质量工作，国际上制定了各种电能质量标准。IEEE制定了IEEE519电能系统谐波控制规范和要求，IEEE1159电能质量监测推荐规范。在IEC61000标准系列中，制定了专门的电能质量标准，主要有IEC61000-4-30电能质量测量方法、IEC61000-4-7供电系统及其连接设备的谐波与间谐波测量与仪器通用指南、IEC61000-4-15闪变仪功能与设计规范。欧洲共同体也颁布了一个电能质量标准公用配电系统供电电压特性，作为欧洲共同市场对中低压电能质量的统一标准。到目前为止，我国已相继颁布了6项电能质量标准，分别是：供电电压允许偏差（GB/T12325-2003）7、电力系统频率允许偏差（GB/T15945-1995）8、公用电网谐波GB/T14549-1993）9、三相电压允许不平衡度（GB/T15543-1995）10、电压允许波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电