基于labview的电网谐波监测系统的设计

毕 业 设 计 论 文题 目： 基于 labview 的电网谐波监测系统的设计 学 院： 河南城建学院 专 业： 电气及其自动化 姓 名： XXX 学 号： 0914113 指导老师： XXX 河南城建学院毕业设计（论文） 摘要摘要在电力系统中由于电力设备不可能达到绝对的线性化，一些非线性设备的使用是必不可少的，正是由于非线性设备的使用才使电网中产生谐波，并且情况也越来越严重。对电网谐波含量进行严密的测量是分析和控制电网谐波含量的重要手段。虚拟仪器技术在电力系统中具有很高的应用前景。Labview 在数据采集、信号处理、网络通信等方面的优点更为突出。虚拟仪器的本质是利用计算机来模拟系统各项功能。Labview 是一种功能非常强大的虚拟仪器开发平台，它不仅将高速发展起来的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术有机地结合起来，而且为仪器的发展提供了一条崭新的道路。Labview 在谐波分析检测系统中提供了一个可靠而有效的途径。在 Labview 的检测过中通过对电网谐波信号的仿真模拟，来观察谐波的特性。在本文中主要论述了谐波产生的原因，谐波的危害，抑制谐波的方法，电力系统中电能质量的基本规定，labview 的概念，特点，各个仿真控件的介绍等等。为更好的应用 labview 技术完成谐波检测，最终使用 Labview8.5 软件来进行谐波的模拟仿真。关键词：LABVIEW,谐波分析,傅里叶变换河南城建学院毕业设计（论文） AbstractIAbstractDue to power equipment in power system is unlikely to be absolute linearization, the use of some nonlinear devices when necessary, it is because of the use of nonlinear devices to power grid harmonics, and is also more serious.Tight for harmonic content measurement is an important means of analysis and control of power grid harmonic content.Virtual instrument technology has the very high application prospect in the power system.labview in data acquisition, signal processing, network communication etc. Advantage is more outstanding.The essence of virtual instrument is using computer to simulate the system functions.labview is a very powerful virtual instrument development platform, it will not only high speed development of computer technology, electronic technology, communication technology and testing technology organically, and for the development of instrument provides a new path.labview in harmonic analysis detection system provides a reliable and effective way.In labview tested through the simulation of power grid harmonic signal, to observe the characteristics of harmonic.In this article mainly discusses the cause of harmonic, harmonic harm, the methods to restrain the harmonics, the basic rules of power quality in power system, the concept of labview, characteristics, the introduction of various simulation control and so on.For better application of labview complete harmonic detection technology, finally use labview8.5 software for simulation of harmonicKey words: LABVIEW, Harmonic analysis,The Fourier transform河南城建学院毕业设计（论文） 目录II目录摘要 .IAbstract.II目录 .III绪论 .11 设计任务 .21.1 设计题目 .21.2 设计要求 .21.3 设计目的 .22 电网谐波 .32.1 谐波的定义与特性 .32.2 谐波的傅里叶算法 .42.3 谐波的分析 .52.4 谐波产生的原因 .62.5 谐波的危害 .72.6 谐波的标准 .82.7 谐波的抑制方法 .93 虚拟仪器 .103.1 虚拟仪器的概述 .103.2 虚拟仪器的程序设计原理 .113.3 虚拟仪器的特点和优势 .123.4 虚拟仪器的结构 .134LABVIEW.154.1LABVIEW 功能 .154.2LABVIEW 特点 .154.3LABVIEW 构成 .164.4Labview 的应用 .185 程序模块 .195.1 正弦波形模块 .195.2 信号连接模块 .205.3 谐波失真分析模块 .215.4 波形图模块 .225.5 整体的程序框图模块 .235.6 前面板模块 .246 运行结果及分析 .25结论 .26参考文献 .27致谢 .28河南城建学院毕业设计（论文） 绪论III绪论随着科学的发展，电在人们生活中的地位越来越重要。电力的发展是一个国家重要的部分。由于发展的需要，电网在一些方面受到人们的关注。于是更多的问题就出现了，电网谐波的出现是不可避免的。本设计的目的是用虚拟仪器来检测电网谐波的畸变率。利用 labview 仿真技术来设计程序框图，从而观察谐波的畸变情况。在本文中利用傅里叶级数来实现谐波的表达方式。利用labview 仿真软件对电网谐波进行模拟。在论文中还进一步讨论谐波的标准，根据国家对不同等级电网电压的要求，不同等级的电网谐波的允许畸变值是不同的，在此前提下采取相关的预防措施。在本次课程设计中的基础是学习labview 仿真软件。通过本次设计了解仿真软件的结构和特点。熟悉掌握虚拟软件的基本操作后，开始用这个仿真软件搭建程序框图。在此需要强调说明的问题是此次仿真不是用编程语言来进行，而是通过查找器件，然后把器件连接起来进行电网的谐波仿真。设计程序框图后，通过对输入的控制来观察结果。结果出现后，通过对比分析来说明是否和理论值相同。河南城建学院毕业设计（论文） 设计任务41 设计任务1.1 设计题目基于 Labview 的电网谐波监测系统的设计1.2 设计要求1.熟悉谐波测量的国家标准；2.确定信号的输入方式、信号采集频率；3.确定测量谐波所用的方法和测量程序的结构；4.确定系统的前面板和测量结果的表达形式；5.仿真检验程序是否正确；6.写出设计说明书.1.3 设计目的本设计目的使学生熟悉基于 PC 的测量系统的组成及实现。掌握基于Labview 虚拟仪器的基本概念和图形化编程语言的基本知识；掌握 Labview 在数据采集、数据分析处理等方面的基础及实际。河南城建学院毕业设计（论文） 设计任务52 电网谐波2.1 谐波的定义与特性我们通常把频率为基波频率的整数倍的正弦波分量称为谐波。由于谐波的频率是基波频率的整数倍，也常称它为高次谐波。而谐波的表示方法一般用式1.1 来表示即：（式)sin()cos()( 0010 thwBthAtfh1.1）在三相对称的电力系统中，电网谐波具有对称性，相序性，独立性的特点。1:在三相对称电网中的谐波对称性又可以分为：电网谐波的奇对称，在用展开的傅里叶级数时，它的表达式中不会出现余弦相，其显著的特点是 ；)(tftf电网谐波的偶对称，其特点是 ，展开为傅里叶级数时没有正弦)(tf相；电网谐波的半波对称，其特点是 ，没有直流分量且偶次)(2/tfTtf谐波（2,4,6.）被抵消；2:电网谐波的相序性中在展开的谐波傅里叶级数表达式中可以得到：电网谐波的基波以及 4 次,7 次.谐波是正序的；2 次，5 次，8 次.谐波是负序的；3 倍数次（3 次，6 次，9 次.）谐波是零序的；3:平衡电力系统中的线性网络对不同谐波的响应是相互独立的，这个性质使得我们可以将各次谐波分别进行处理。于是，我们可以通过搭建相同的电路，在不同的电路中得到各个谐波的电流和电压值，然后在把各个谐波相加，从而得到总谐波的响应。河南城建学院毕业设计（论文） 设计任务62.2 谐波的傅里叶算法在本次电力系统电网谐波检测设计中采用了傅里叶算法对电网谐波进行检测。通过傅里叶算法可以快速的检测出谐波畸变率。交流的电气量傅里叶展开式如下：)sin(cossin)( 1210 0 nnann wtAwtawtbtX 式（2.1）在式中 为直流分量:0aTtdtXa)(20为余弦分量幅值:nTtn tnw)cos()2为正弦分量幅值:nbTtn dtXb)i()2W 为角频率,W=2/T:为各频率分量幅值:nA2nnbaA为各频率的相位: )/(t1而本次设计中相位为零，各个谐波的幅值和频率可以根据自己情况而设置。利用傅里叶方法在电网谐波设计中以电压为基础，进行谐波的检测。河南城建学院毕业设计（论文） 设计任务72.3 谐波的分析在分析和研究电网谐波时，有很多方式可以用来计算和测量电网谐波，但人们更喜欢采用傅里叶变换来表达和计算电网谐波。这是由于傅里叶级数用各个正弦函数表示了谐波，使我们更加清楚的了解谐波的特性。在测量电网中的谐波时为了测量的精确度，我们往往会使傅里叶级数中的 N 尽量的大些，因此计算量也非常大。分析电力系统谐波的主要目的是测量电力系统中高次谐波的含有量，包括电网中各次谐波的相位、幅值和频率，畸变波形的周期电流、电压的有效值。谐波和基波的幅值比例被称为总谐波畸变率即 THD。在电力系统中测量基波的频率和幅值也是必不可少的。在电网谐波的测量时并不是只测量谐波的电压幅值，电流幅值以及谐波的频率，相位的大小，我们往往还测量了谐波的有功功率，无功功率，视在功率和功率因数等等。我们也可以通过这些来检测电网中的谐波含有量。但是为了简单，方便，我们往往采用电网谐波的电压或电流的幅值来对谐波进行分析。以下是我们常用的表达式来表示电网谐波的畸变情况：第 N 次谐波电压的含有率： （式%10UNHR2.2）第 N 次谐波电流的含有率: （式1IN2.3）总的谐波畸变率又可以用电压畸变率和电流畸变率来表示。电压畸变率： （式%102UTHDnN2.4）电流畸变率： （式102In2.5）河南城建学院毕业设计（论文） 设计任务82.4 谐波产生的原因电力系统中谐波产生的根本原因是由于电力系统中某些特殊的用电设备例如：大功率整流器、变频器、节能灯等等。在电力系统中正是由于这些设备的使用才使电网中出现谐波，因为这些设备在制作的过程中他们的物理特性不是绝对的线性化。他们往往在使用的过程会发生变化，造成加在设备两端的电压与电流不成正比。于是这些设备不仅吸收了电网中提供的正常的能量，还增加了额外的负担。正是由于设备的非线性，才使电网的波形发生畸变，从而使电网的电压或电流发生突变或失真。在随着电力系统的不断发展，作为谐波的源头即非线