标基于LabVIEW的电能质量的检测分析.doc

基于Labview的电能质量检测设计【摘 要】进入二十一世纪以来，科学技术以及社会经济迅猛发展进步，城镇居民的日常生活水平也不断提升，现代化的工厂与城镇居民对电能的不单单总量方面越来越大，同时对电能质量方面的要求也越来越多。电能作为截至目前，应用最为广泛的现代化能源，电能的运行质量将会对工业的正常生产，以及城镇居民的日常生活水平产生重大的影响，这也是电力有关部门以及电力使用者继续处理的一个能源问题。本文目标是研制出一套基于 Labview 的电能质量在线检测系统，研究多种电能质量指标检测分析的原理，在对已有的电能质量检查方式的基础之上，选用 Labview 操作软件完成对电能质量里电流、频率、振幅以及运行稳定性等方面，进行实时检测记录，同时在线处理计算及结果，所有的设计都在在Labview环境下实现。关键词：电能质量；在线检测；Labview【Abstract】Withtherapidchangeoftechnologyofcontemporarysocietyanddevelopmentofeconomy,thelivingconditionsoftheresidentshasbeengenerallyimproved,demandofmodernfactoriesandurbanandruralresidentsforpowerhasbecomemoreandmorebigandtherequirementforpowerqualityhasbecomemoreandmorestrict.Asthemostwidelyusedmodernenergy,powerqualityissuehasadirectimpactonnormalindustrialdevelopmentandthesafetyandlivingstandardoftheresidents,whichisaproblemtheelectricpowerdepartmentandtheusersmusttakeseriously.TheobjectiveofthispaperistodevelopasetofOn-linedetectionsystembasedonpowerqualityofLabview;itstudiesonrelevanttheoriesofthemeasurementandanalysisoftheindexofpowerquality.Basedonthemethodofpowerqualitydetection,itadoptsLabviewsoftwaretorealizerealtimedetectionofcurrent,voltage,frequency,powerharmonic,three-phasevoltageunbalance,voltagepulsationandflickeringinpowerquality,andanalyzes,calculatesandgetstheresultsonline;AlldesignsareimplementedunderLabviewenvironment. Key Words：powerquality；on-linemonitoringsystem；Labview目录目录21引言21.1课题研究背景和意义21.2国际对电能质量检测研究现状21.3论文主要工作22电能质量指标及测量方法22.1电能质量指标简介22.2电网电压允许偏差22.3电网频率允许偏差22.3.1频率偏差的测量方法22.3.2频率偏差的危害22.4电网三相电压允许不平衡度22.4.1对称分量法介绍22.4.2三相不平衡的危害22.5公用电网谐波22.5.1谐波源及谐波的定义22.5.2谐波的危害22.5.3国标中关于谐波的规定22.6电压波动和闪变22.6.1电压波动和闪变的定义及简介22.6.2电压波动和闪变的测量方法22.6.3国标中电压波动与闪变的规定23电能质量测量过程中的相关问题23.1采样定理23.2混叠现象与FFT分析23.3闪变测量的数字化实现方法23.3.1闪变的具体测量方法23.3.2电压波动测量的理论原理23.3.3IEC推荐的闪变仪介绍24基于虚拟仪器技术的电能质量检测系统设计24.1硬件部分设计24.1.1传感器24.1.2信号调理器24.1.3数据采集卡24.2LABVIEW虚拟仪器简介24.3虚拟仪器技术的电能质量检测系统软件设计24.3.1供电电压和频率允许偏差测试的程序设计24.3.2谐波测量主程序的设计24.3.3三相电压不平衡度测量模块24.3.4电压波动的测量程序的设计25结论与展望25.1结论25.2展望2致谢2参考文献21引言1.1课题研究背景和意义进入二十一世纪以来，科学技术以及社会经济迅猛发展进步，城镇居民的日常生活水平也不断提升，现代化的工厂与城镇居民对电能的不单单总量方面越来越大，同时对电能质量方面的要求也越来越多。电能作为截至目前，应用最为广泛的现代化能源，电能的运行质量将会对工业的正常生产，以及城镇居民的日常生活水平产生重大的影响，这也是电力有关部门以及电力使用者继续处理的一个能源问题。为了充分提升以及保障电能的质量，必须对电能质量展开准确、有效、可靠的检测，从而令我们能够选取适当、有效、合理的控制方式与操作策略，进一步提升与合理化电能质量的使用情况，所以，电能质量的检测工作就显得非常关键。除此之外，全国每年因为电能质量变差而产生的经济损失非常严重，供电方和用电方都应该重视电能质量问题，所以，合理、高效的测评电能质量就显得意义重大。测评结果还能够为今后电能质量的优化改善，供应合理的指导与帮助。在微处理科学技术全面推广使用的二十一世纪，基本上所有的工厂加工生产都是采用微处理设备，但是微处理设备对电压的变化非常敏感，特别是短时间内电压的下降或者暂停。因此，短时间内电压的暂停或者骤降会对微处理设备产生非常严重的影响，进而导致工厂产生重大的经济损失。因为加工工厂通常都是采用配电网络进行供电，电压骤降基本上都是因为电网产生了短路问题，因此，加工工厂电压骤降问题和配电网络的工作模式息息相关。所以，研究分析配电网络的优化完善，同时发现对电压骤降问题影响作用最小的工作模式，能够从配电网络的方面保障电力负荷，令微处理设备所受到的电压骤降的影响作用尽可能减小，这具有很大的实用意义。截止目前，国内电能质量的检测工作还处于定性测量，随机检测的时期，还没有形成一套完整合理的实时检测系统，在目前电能质量问题逐渐突出的历史条件下，定性测量以及随机检测已经无法满足工作系统与使用者的实际需要。进一步完善电能质量检测体系的实时检测作用，同时成立基于互联网操作平台的实时检测网络，是以后研究发展的主要方向。成立电能质量多种指标的数据资料库体系，为电力部门提供实时、精确、有效的电能质量数据信息，这样以来，电力部门就能够在配电网络与电力荷载工作产生问题之前，获得相关的故障资料，从而方便选取各种措施来调整、稳定电网工作状态。1.2国际对电能质量检测研究现状全球范围内，最先开始针对电能质量问题的研究分析，是从电磁的兼容性开始的，之后电力学科逐渐开始深入研究分析电磁干扰的形成、传输、接收以及抑制原理，同时对电能检测技术也进行了深入的研究分析。按照经济技术的有效性的基本原则，针对干扰或者抗干扰能力以及对应的抑制方式做出相关规定，这样以来，就可以实现在相同电磁条件下的多种设备相互兼容。因为能够把电能质量问题转化成为电磁兼容性问题中的低频传播作用，上世纪末，欧盟首次提出将电气类产品的电磁兼容性指标归类到欧盟技术规范中，电能质量的各类标准也被包含在内。电能质量的检测以及检测技术的发展进步，主要经历了如下三个时期。第一时期，检测技术可以完成各类模拟量的检测，当进入二十世纪五十年代之后，微电子技术以及电子科技的迅猛发展进步，大大提升了电能检测技术，令电能检测技术面向数字化、自动化的方向发展，与此同时，自动式电检测设备逐渐代替了模拟型设备。这个时期之内的自动检测体系以及检测技术都配置了计算机、自动运行体系以及多种系统结构，其快速发展并且不断成熟。第三时期，在二十世纪八十年代以后，由于大规模合成电路科技的推广使用，芯片的运算水平大大提高，与此同时，芯片的体积充分缩小，之后把芯片添加在设备内部，设备就可以获得自动判断、控制管理、存储运算以及其他多种功能。为了测评电能质量有没有达到国家规定标准，就需要针对这些电气质量展开准确、可靠的检测。因为电能质量的逐渐衰退，电力部门与使用者逐渐开始使用先进的检测技术，以及准确的检测设备来完成电能质量的检测工作。和国外相比，国内的电能质量测量技术以及设备的研发都比较落后。在国内，检测设备基本上使用的都是单片机构造，这种构造类型的设备性能简单、普适性较差、后期检修工作量大，很难在市场立足。1.3论文主要工作本文在针对电能质量标准以及检测方式展开系统研究的时候，还设计出了LABVIEW 型电能质量测量仪，通过实时测量电压波动、突变、电压与周期误差、三相不平衡度，实现实时检测、同时对测量结果展开运算与分析。基本工作任务有：（1）对现如今全球范围内电能质量的使用情况进行初步认识，了解到现如今电能质量已经发展成为了社会的重点关注对象，社会各界不断提出各种关于提高电能质量的计划方案。（2）针对国内电能质量测量情况，做了深入的了解与分析，一般来说，国内的测量技术还处于初级阶段，需要更加深入的研究与发展。（3）分析研究电能质量测量以及解决电能质量问题的方法，同时针对电能质量的检测方法进行分析，尽可能提升检测结果的准确度、有效性。（4）学习运用模拟设备操作软件 LABVIEW，在这个操作平台里，研发了电能质量测量系统的软件操作系统。这类软件系统能够彻底代替电能质量测量设备中的很多硬件，主要作用有测量电网实时电压、频率、过电流、谐波容量以及电压波动，同时判断收集到的数据有没有达到国家相关标准。设计出了设备的硬件部分，这些部分可以在检测过程里，发挥收集电压电流实际量的作用，完成数模跳转、数据收集并且传送在PC里。（5）针对本次设计过程进行总结，对今后发展的猜想以及对自身不足之处的改进。2电能质量指标及测量方法2.1电能质量指标简介 电能质量指标，指的是一些可以对电能质量的多种方面完成实时表达的数字量，每一类电能指标的作用和表达意义都是不相同的。电能质量标准可以用作为保障电网有效经济工作、维护电气运行环境、电力使用者正常用电的基本技术指标。截至目前，国内规定的电能质量标准主要涵盖如下几点：电压与频率误差、三相不平衡度、电流波动、稳态电能质量效果、长时间电能质量效果以及短时间电能质量效果等。 2.2电网电压允许偏差电网电压允许偏差，指的是在电力系统中，当电压产生缓慢改变的时候，额定电压和实际电压的差值。一般来说，采用1% /秒之内的速度检测电压与额定电压的差值，采用如下公式进行计算：（2-1）偏差过高的时候，产生的危害主要后：（1）对电气设施的破坏，电气设施的设计都是考虑在额定电压的运行条件中，具备最高的运行效率与机械性能。电压偏差会造成设备在工作的时候，运行性能与工作效率大大减小，甚至会严重缩短使用年限。（2）影响供电网络的安全性、稳定性、高效性，当电力系统中的电压突然降低的时候，发电机就会受到严重的影响，主要反应有：定子电流突然增高，如果这时的电流为额定值，而电压骤然减小，电流就会超出额定值，严重威胁电机的正常运行，严重还会产生故障。同型号的变压设备也需要降低负荷，有的时候，还会造成电压崩溃，由于电力系统中严重缺少无功功率的时候，母线电压会受到外界干扰而大幅度降低，从而造成电网崩溃这类重大意外事故。根据国家相关标准规范电能质量供电电压允许偏差1 电能质量_供电电压允许偏差 (GB/T_12325-2003).里提到：（1）35kV 及以上的供电系统的电压偏差，绝对值不可以超过额定电压的10%。（2）10kV 及以下的三相供电系统的电压偏差，绝对值不可以超过额定电压的7%。（3）220V 单相供电系统的电压偏差，应该控制在额定电压的+7%-10%范围之内。2.3电网频率允许偏差2.3.1频率偏差的测量方法电力系统的工作频率，指的是在单位时间之内，电信号规律性运动的总数，使用f进行表示，单位是Hz。当电力运行系统处于正常工作条件下的时候，电力系统频率的实际值和额定值的差值，被称之为电力系统的频率偏差，采用如下公式进行计算：（2-2）在上式里：是实时频率，是频率偏差，是系统额定频率。截至目前，检测频率的基本方式有：（1）周期法，这类方式操作容易，计算简单，但是准确性差，会受噪音、谐波以及外界各种因素的影响。针对这类运算方法的改进完善，主要是通过提升实时性、稳定性以及检测准确度，改进完善的运算方法有：修正函数法、水平运算法以及曲线拟合法等，但是这类算法的运算量太大。（2）误差最小化运算法，主要有最小绝对值法、滤波运算法以及牛顿运算法等，这类算法的运算过程比较复杂，而且实用性一般。（3）离散转换算法和改进算法。在理想条件下，只要选用的参数可以精确的运算出模型的相关指数，在结合外界噪音以及谐波的影响下，这类改进算法可以在很大程度上降低检测误差，但是还是存在运算量过大的问题。一般来说，在实际运用里，这类方法最为常用。2.3.2频率偏差的危害频率偏差作为电能质量中非常重要的指标，现如今，用电设施对供电频率的要求非常高，尤其是在发电厂等大规模用电场所，要求更加严格。对供电频率的有效控制是确保发电厂以及用电设备正常工作的先决条件。电力系统的供电频率可以存在偏差，也就是实时频率和额定频率之间的误差大小。根据国家相关法律规定电力系统频率允许偏差：电力系统在一般条件下，能够允许的供电频率偏差是0.2Hz，假如供电系统的容量很小，偏差范围能够扩大到0.5Hz范围之内。冲击荷载用户造成的供电频率变化，通常情况下不可以大于0.2Hz，按照冲击载荷的大小与性质，阈值也可以做出适当的调整，但是根本前提是必须确保电力网中发电设备以及周围使用者可以安全、稳定、有效运行。供电频率的大幅变化会对使用者与发电厂造成各种不利影响，详细如下：（1）异步电机旋转速率的变化，严重影响纺织、造纸、食品产业等的加工质量；（2）一些检查设备的正常工作也要求稳定的工作频率，当供电频率偏差过高的时候，检测结果误差将会很大；（3）频率降低会造成电动机的工作功率以及转速大幅降低，严重影响传动机械的运行效率；（4）汽轮机叶轮的振动会随供电频率的减小而提升，严重缩短其使用年限；（5）系统供电频率的降低，发电厂工作效率的减小，导致系统供电频率的质量更加糟糕；（6）变压器与异步电机中的实时电流，会随着系统供电频率的减小而提升，无功功率大幅提升，供电系统的电压质量严重变差；总而言之，用电设施的设计都是严格按照供电系统的额定值，电力系统的供电频率质量降低，会严重阻碍社会多个行业的发展进步。当供电频率过小的时候，很有可能会造成整个供电系统的瘫痪，产生大面积停电的大型突发事故。2.4电网三相电压允许不平衡度2.4.1对称分量法介绍在三相交流工作系统里，假如三相运行频率一致、相量数值形同而且相互差2/3的时候，就是最佳理想状态，被称之为三相平衡体系，不然就被称之为三相不平衡体系。在日常电力运行体系中，电力是不可能完全保持平衡状态的，造成上述不平衡状态的原因有很多，分为正常性以及事故性：假如是因为三相体系里，某一相或者两相产生问题而造成的三相不平衡，就被称之为事故性，这类不平衡是运行系统禁止的，通常采用自动设备以及继电防护设备避免产生，在短时间之内就能够令工作系统完全恢复正常工作状态；假如是因为工作系统荷载不平衡或者三相器件不平衡产生的，这类不平衡就被称之为正常性。在此必须郑重说明，“三相电压兼容不平衡性”的提出，是应对常规的不平衡工作条件。根据对称划分法可以得知，当电力体系处于正常运行条件下，三相不平衡性，也就是电量负序分量和它正序分量的比值，使用字母标记，详细如下：（2-3）在上式里：U1 指的是电压正序分量的大小； U2 指的是电压负序分量的大小。根据上式（2-3）计算可得，在运算电压不平衡性之前，需要获得电压负序分量大小以及正序分量大小。同时检测出所有相量的相位以及振幅，之后按照对称分量法，把分量依次分解为正序分量、负序分量以及零序分量，这三类分量相互平衡： （2-4）在上式里， ； （2-5）假如三相电量里不存在零序分量的时候，已知Ua、Ub以及Uc的条件下，能够采用如下计算公式进行求解： （2-6）在上式里：同样，电流的不平衡性也能够采用其他计算公式进行求解，只需要把上式里的电压符号转换为电流符号，即可。2.4.2三相不平衡的危害2 赵展，基于LabVIEW电能质量监测系统设计,2009年.随着社会经济的不断发展进步，电力系统里产生了大量不均衡荷载，包括很多大容量荷载（例如交变电流电弧炉、电气自动化铁路），导致电力网络三相电压不均衡问题尤为突出，严重影响到了电力传输系统的安全性、高效性和可靠性。三相电压以及电流的不均衡，会对电力传出系统以及使用者产生各种影响破坏，详细如下：（1）造成旋转电机产生无用功发热与振动，妨碍设备正常工作。（2）造成以负序分量作为开启作用的多重防护产生失误（尤其是当电网里具有谐波的时候），这对电力网络的正常运行会产生严重影响的。（3）造成半导体交流设备形成额外的谐波电流，但是这类交流设备通常在设计中，只能接受2的调整幅度。（4）造成发电机容量的运用率不高。因为在不平衡的时候，实际电流没有达到额定值，在极其特殊条件下，仅有单相荷载的时候，容量使用率只有0.577。（5）不单单造成荷载较大的绕组由于发热进而缩短使用寿命，还会造成很多漏磁经过箱壁、零部件的时候产生大量热，形成额外电能损耗。（6）在低压工作线路里，还会严重影响电脑的正常运行，造成电灯使用寿命减短，亮度不够以及设备损坏等。（7）当三相不平衡的时候，还会提升电力网络的电能损耗。（8）影响通讯体系，降低通信工作质量。按照国家相关标准规范电能质量三相电压允许不平衡度，在电力体系正常工作条件下，公用连接位置的实际电压不平衡度是平衡值2，短时间内不可以大于4。2.5公用电网谐波2.5.1谐波源及谐波的定义谐波，指的是一类工作频率为基准频率整数倍的周期性分量3 电能质量_公用电网谐波 (GB/T_14549-1993).。上述定义表明，谐波的数目必须是正整数，这种定义必须和电磁兼容里的谐波、分量谐波以及间断谐波等定义区别出来。不仅如此，还需要和暂态情况区别出来，谐波的电压、电流波形整体保持一致，但是，暂态情况下的电压、电流波形，所有周期都会产生改变。谐波的形成，主要是因为在电力体系里添加了电力整流设施以及大功率电力设施或者其它非线性荷载，上述设施对电力系统的破坏性非常大。在工业中，通常选用总谐波突变、谐波占有率等专业名字来描述谐波的破坏程度。第h次谐波工作电压的占有率：（2-7）在上式里：第h次谐波工作电压； ：基波工作电压。谐波工作电压：（2-8）工作电压总谐波突变率：（2-9）电流的谐波运算和电压的运算方式一致，在此就不详细论述。一般条件下，针对谐波的检测通常都会选用使用者或者电网连通的公共节点，当作为谐波的检测点位，但有的时候为了全面分析电网谐波范围，还需要在电厂里、主变电站中添加检测点位，从而检测相关工作线路的谐波电流大小以及谐波电压大小。体系里的谐波源基本上可以划分为如下两类：（1）含有电弧或者非线性设施的谐波源，例如，白炽灯、电动机、压缩机以及焊接机等。家用电器通常来说，体积小，数量多，同样不能忽视小看。铁道动车通常选用大功率单相整流设施，这不仅会对电网产生三相紊乱，还会形成各种谐波；例如电焊设施以及冶金设备，都会形成间断谐波，此外还可以形成高次谐波，简谐波的产生会造成电压波动以及闪变效应。上述设施的大规模使用，都会对电力网络的电压、电流波形产生严重影响，与此同时，对电力设施、通信设施、广大使用者电气设施以及多种电子设施造成严重污染与破坏。（2）具有半导体器件的谐波源，例如多种整流设施、电流转化设施、整流设施、变频设施以及高科技工业设备等；2.5.2谐波的危害在电力体系里，基本上都是多种谐波造成的谐波对电能质量产生严重污染，从而导致整个电力系统的周围环境受到严重影响，主要有广大使用者与电力系统自身。由于其污染的作用范围很广、程度很深，甚至比一些工厂对自然环境的破坏更为恶劣。第一种是针对计算机处理器、运行体系、继电保护设备的运行、仪表检测以及视听装置的影响作用，它可以导致设备的性能衰弱并且工作产生故障，甚至多种损坏；第二种是针对机电装置的影响作用，它可以导致设备运行速率降低、使用寿命缩短、产生故障等。通常表现如下：（1）造成无功补偿电容设备的谐振或者谐波电流扩增，从而使得电容设备由于电压或者超高负荷而损坏，出现故障。（2）电动机产生脉动旋转力矩与运行噪音，提升功率消耗和无用功发热。（3）当形成谐振或者扩增的时候，供电网络与通电导线的电量损耗提升。（4）当产生负荷电流突变的时候，电流波形突变将会严重影响设备的断路容量，尤其是在零点附近，有可能会导致电流波动变化过快， 断路设备的开启更加困难，大大延长开启运行时间，从而延长了问题电流的去除时间，导致电路闭合之后的重燃。（5）减小了变压设备的荷载能力，荷载电流里的谐波通过变压设备的时候，一定会在变压设备里形成电量损耗，造成无用功发热。总的来说，谐波的产生将会对各类电力设备的正常工作产生重大影响。严重的时候，还会造成电力系统意外事故或者设备故障。尤其是近些年以来，各种电力设备迅猛发展增长的时期，在电网中产生了大量谐波，但是，截至目前对谐波的影响作用还没有充分、完善、系统的研究。因此，本次研究意义重大。2.5.3国标中关于谐波的规定国家相关标准在电能质量方面的规定中，针对公用电网谐波有很多限制条件，具体如下表2-1 所示：表2-1公用电网谐波的限值我国对谐波的检测设备具有相关的评价规范：（1）必须符合本标准规范的测量规定。（2）为了把谐波与暂态问题区分出来，需要进行如下处理：针对荷载变化较大的谐波，检测结果是3s之内检测的平均大小，一般选用如下公式进行运算：（2-10）在上式里：3s之内第k次检测到的h次谐波的实际值； m ：3s之内选取均匀间断的检测次数，m6。（3）谐波检测设备的最大允许误差，必须保证在规定要求之内。（4）因为实地环境一定会产生电磁干扰，所以需要检测设备具有相应的抗电磁干扰效果。同时设备的工作频率需要控制在49Hz51Hz范围之内，电源在额定电压的15%范围之内。2.6电压波动和闪变2.6.1电压波动和闪变的定义及简介电压闪变，指的是肉眼针对因为电压波动造成的照明异常的人体视觉主观感受，它一般都是采用白炽灯的工作情况作为判断指标，电压闪变通常划分为非周期性与周期性两类，非周期性是因为电压的随机波动产生的，例如，电焊机、切割机等；周期性是应为电压的规律性波动产生的，例如，打桩机、压缩机等。上述不均匀的非线性荷载，会造成有功功率或者无功功率规律性大幅调整，当上述波动电流通过阻抗的时候，一定会造成电压骤降，进而导致和它连接起来的电网电压产生波动，这类波动就是常说的电压波动，其振动频率以及电流频率保持一致。电压波动，指的是电压大小在一定范围之内随机或者规律性的变化，这个变化范围一般是在额定值的90%-110%。电压波动值的运算方式如下：一般采用额定电压的百分比表明其相对百分比d，也就是：（2-11）在上式里：Umax和Umin是电压均方根的极值一般来说，电压波动会造成屏幕画面质量改变、电子设备检测故障、电动机形成转动脉动、导致白炽灯不停闪烁等，进而，很多电器设备无法顺利运行。在多数电器设备里，白炽灯针对电压波动的敏感度比较高，并且非常普遍。所以，选用肉眼作为白炽灯灯光闪烁的主观视觉，称之为“闪变”，作为判断电压波动程度的测评标准。2.6.2电压波动和闪变的测量方法闪变，指的是观察到的灯光闪烁总数，所以，闪变不单单和波动电压的振幅、周期相关，同时还和照明设备的质量、人体的视觉相关。肉眼可以觉察到闪变的频率最大值是005-35Hz，其中，反应敏感度最高的频率是88Hz。一般来说，选用长时间与短时间闪变值、两类指标，来检测闪变的作用程度4林海雪，现代电能质量的基本问题，电网技术，2002（10）Vol. 25：5-12.。在使用过程中，通常选用如下五个时间段的检测值，来运算短时间闪变（在10min之内）的估计值。代表短时间闪变的严重程度，运算公式如下：（2-12）在上式里：依次是CPF曲线中5个时间节点，0.001、0.01、0.03、0.10和0.5时的S（t）大小。N个波动电压产生的闪变在相同时间节点初，可以相互加和，闪变值通常按照下式（2-13）进行运算：（2-13）式中：m值取决于主要闪变源的工况的重叠可能性以及性质短时闪变值只适用于对单一闪变源造成的干扰进行评价，对于系统长时间运行并且工作占空比不确定的多闪变源运行的随机情况，则必须计算长时间闪变值，可由下式计算获得：（2-14）式中n为测量长时间闪变值的时间内，短时间闪变值出现的个数。2.6.3国标中电压波动与闪变的规定在电压波动和闪变一文中，对电压波动和闪变有以下限值，详见下表2.2,表2.3。在规定时间范围之内，针对变动频度比较小的情况下，电压改变的范围还可以进一步放宽。但是，针对随机性不规律的电压改变，按照95概率整体进行调整，下表里标记有“*”的值就是它的极限大小。在本规范中，系统标记电压级别按照如下方式进行划分，高压（35kV220kV），中压（1kV35kV），低压（lkV）。标准中和每次测量周期分别取为2h和10min。表2-2电压变动限值表2-3各级电压的闪变限值3电能质量测量过程中的相关问题在本章节里，笔者主要针对采样原理、FFT分析谐波以及闪变的检测方式，展开了系统的分析研究。选择合适的提升谐波分析准确度的方法与措施，有效避免在谐波分析过程里产生的各种不利条件。针对闪变检测过程中产生的问题，笔者提出使用IEC提供的数值化算法，提高了闪变的测量精度。3.1采样定理在具体工作里，数据信号的收集是选用 A/D 型芯片来完成的。数据信号的收集原理把连续数据信号以及离散数据信号有效的结合起来，是完成离散型设计以及离散型数据运算的基础。根据采样原理：假如连续数据信号 x（t）是有限型的，那么频谱频率的最大值是 ，在x（t）进行采样过程中，若果采样工作频率保持 2，则，可以根据 x（n）推算出 x（t），可知 x（n）保留了x（t）的全部信息。3.2混叠现象与FFT分析采用计算机处理运算多种数字信息，常规方法是采用针对已有的电气数据信号完成采样，之后再传输到计算机里。在综合应用里，假如采样的工作频率太小，就达不到采样定理对频率的要求，会造成FFT分析时频谱的混叠；假如采样数据信号的工作频率过高，那么在单位时间中收集到的样点数目就会太多，严重影响数据的有效存储从而导致数据运算时间超时。例如，假设一个信号由两个频率为 、的正弦波叠加而成，其幅值分别为、，采样频率如果选为，并且有1 为闪变不允许值。3.3.2电压波动测量的理论原理电压波动检测方式很多，例如：最大值检测方式、平方检测方式以及系统检测方式。我们这里选着IEC推荐的平方检测法。为了准确检测出电压的实际波动分量，采用额定电压作为波动电压的荷载，同时采用荷载波动量用作为调幅波的控制。为了不失一般性，这里我们以只含有单一频率调幅波的电压为例，也可以使分析简化，因此调幅波解析式为：（3-3）式中，V调幅波工作电压的有效幅值，U工频荷载电压的有效幅值，调幅波工作电压的角频率，工频荷载电压的角频率由此可推算出（3-4） 分析可知，调幅波工作电压平方项里具有如下频率大小：、2、2、2（）、2。能够选用0.05hz-35hz的滤波设备去除直流量以及高频量，同时，又因为调幅波电压的频率分量的实际值远远低于调幅波，所以基本上可以忽略不计，从而推算出调幅波电压的近似大小。（3-5）3.3.3IEC推荐的闪变仪介绍UIE/IEC 闪变设备的基本工作原理示意图，如下图3.4所示。在图3.4 里，表示出了闪变检测工作流程，通常把它划分为三个阶段：第一阶段是数据信号调理以及自动检测阶段，如框 1 所示，；第二阶段由图中框 2、框 3 和框 4 组成，用来模拟灯-眼-脑环节。第三阶段由框 5 组成，主要功能为将测量到的瞬时闪变视感度进行分析。输入适配自测信号平方检测滤波器带通和加权滤波平方低通滤波器闪变的统计评定框1 框2 框3 框4 框5灯-眼-脑模拟环节图3-4闪变仪的简化原理框图框 1 为包括两个主要部分，也就是数据信号发生设备以及电压配置设备。其中，数据信号发生设备经常用作生成调制波工作电压。电压配置设备则通常用作针对被测电压数据信号完成调整工作，令数据信号可以满足各种仪器对输入电压的要求。框 2 使用平方解调器取出电压波动的量，此波动量与调幅波幅值成线性关系，用来来模拟灯的作用。框 3 模拟人眼的功能，IEC 推荐的传递函数为：（3-6）在上式里, , , 框 4 模拟人脑的功能，采用积分、平方两种滤波方式来完成。其中，平方设备的主要作用是模拟人、眼、脑的觉察过程。框 5 为输出级。通过数字分析方法进行概率统计处理框 4 输出的瞬时闪变视感度 S（t）。此时采样频率必须满足奈奎斯特定理，最后根据实测计算得到长时间闪变值 和短时间闪变值 。4基于虚拟仪器技术的电能质量检测系统设计4.1硬件部分设计虚拟设备的中心思想是“软件就是仪器”，上述思量很多的处理了电能质量检测的核心问题。在本文中，笔者就是选用虚拟设备技术来成立操作系统，即使虚拟设备采用软件为核心，但还是需要对应的硬件部分来支持。在本操作系统里的硬件部分有：感应设备、数据信号调理设备、收集卡以及上位机等。其中，感应设备的主要作用是完成电量的检测以及隔离的效果；数据信号转化设备的主要作用是把感应设备检测到的电压、电流调整成到适合传输的范围之内；收集卡可以很好的完成模数转化以及采样的作用；上位机的主要作用是完成数据运算处理以及配套硬件的安装。4.1.1传感器感应设备有很多不同类别，在本次设计中，选用的实时互感设备，是针对相对比较大的电压电流展开检测同时获得合理、有效地电压、电流量，所以，实时互感设备还具有隔离的效果，从而避免过高的电压、电流烧坏检测设备。实时互感设备主要有如下两类：电压互感设备（VT）与电流互感设备（CT）,本操作阶段在检测流程中发挥着非常重要的作用，如果这个操作阶段产生问题，则接下来的运行处理都没有任何价值，所以，实时传感设备的参数选取是非常关键的。在本次操作系统中，选用DVDI-0001型卧式多功能感应设备，不仅能够作为电压感应设备，还能够用作检测工作电流。运行频率范围是2HZ-20KHZ，在一般工作条件下，绝缘电阻都高于1000。4.1.2信号调理器数据信号调节设备的主要功能，在前文里已经有了详细论述，在这里笔者不再做过多的解释说明。本次操作系统中，数据信号调节设备主要由电压跟随设备以及数据信号放扩增设备构成。电压跟随设备的主要效果是输出实时跟随输入的改变而不断改变，这样以来，后续的采样才可以获得电网有效的波形；信号扩增设备的主要效果是把电压数据信号的幅值，调整到满足采样卡的传输范围之内。此外，数据信号调节设备是一类多通道、高效率、稳定性的操作平台，能够完成多路数据信号的调节。4.1.3数据采集卡本系统采用NI公司推出的数据采集卡PCI-6024E,实物图如图4.5所示，此采集卡的系统功能以及主要运行指数，详细如下：16路端口/8路模拟传输12位准确度200KS/s收集效率200KS/s磁盘读写运行速率0.05-10V的传输范围一路或者两路12位模拟传输24位计数设备/定时设备 数据采集卡驱动程序是由NI公司开发的DAQmx，在使用LABVIEW时，需要创建采集任务，首先要安装Mesurement&Automention Explorer，安装成功后在LABVIEW的函数选板中打开EXPRESS,选择DAQ助手函数，将该VI放到程序框图上，对其进行设置，选择需要采样的数据类型以及通道数和信号输入范围。4.2LABVIEW虚拟仪器简介虚拟设备是一类源于计算机的设备。计算机与设备的有效结合是目前机械设备研发的一个主要方向。简单来说，这类结合主要有如下两类结合方式：一类是把计算机添加到设备中，经典的例子就是常说的智能化、自动化设备。随着电脑功能的不断完善以及外形体积的逐渐缩小，上述设备的系统功能也会逐渐提升，截至目前，已经研发出并且推广使用了的采用嵌入式操作系统的设备。另一类结合方式是把设备添加到计算机中。采用普通的计算机硬件以及运行系统作为基础，满足多种设备的功能需求。虚拟设备基本上都是采用这类结合方式。5 李震梅，胡文军，饶明忠. 基于 LabVIEW 的电能质量检测和分析系统，电工技术杂志，2003（5）：25-27，49.6王晓华,刘观起,孙营.基于虚拟仪器的电压闪变测量研究J.中国电力教育2006,S1:84-86.7姚刚，赵成勇，邓霄云，基于虚拟仪器用于闪变计算的补偿迭代算法，电网技术，2004，28（10）：63-65，75.8王政,刘国海,沈跃,张钰.基于LabVIEW的电能质量监测系统及其数据存储格式的研究J.电测与仪表,2013,v.50;No.570 06:83-879高玺亮.基于LabVIEW的电能质量分析系统的研究D.导师：林海军.哈尔滨理工大学,2012.10李冬明,王厚志,高玺亮,肖洋.基于LabVIEW的电能质量监测系统研究J.哈尔滨理工大学学报,2012,v.17 04:57-63.11韩烨,刘志刚,李文帆.基于LabVIEW的新型电能质量分析软件开发J.电力系统保护与控制,2012,16:121-125.12马永强,周林,武剑,方群会.基于LabVIEW的新型电能质量实时监测系统J.电测与仪表,2009,03:40-44+71.13WangShenghui,ChaoYong,JinXing.DesignofPowerQualityMonitoringSystembasedonLabVIEWA.ComputerScienceandElectronicTechnologyInternationalSociety,ComputerScienceandElectronicTechnologyInternationalSociety,2012:4.14缑新科,牟英,郑伟.基于LabVIEW的电能质量分析系统J.电子测量技术,2008,09:72Labview是一类运用图形化的模式取代操作语言的编码软件。Labview进行编码的时候，选用数据流的工作模式，和一般的编程语言以及指令区别开来。VI指虚拟仪器，是Labview的程序模块。当运用这类工作语言编程出的系统程序，工作效率要比采用C语言编程出的程序小很多，然而，针对高处理内存的计算机来说，上述的时间延迟完全可以忽略不计，因此，运用图形化编码软件的优势就是可以充分降低程序员编码系统程序的工作时间，这种技术上的进步对降低编程成本方面，意义是非常重大的。4.3虚拟仪器技术的电能质量检测系统软件设计从系统功能方面，将本次设计出的系统程序划分为如下五个基本部分：1、 电压误差的检测2、 频率误差的检测3、 供电电压改变以及闪变的检测4、 谐波检测5、 三相电压不稳定性的检测4.3.1供电电压和频率允许偏差测试的程序设计针对电压误差与频率误差的基本原理以及检测方法，在上文中已经做出了详细的论述，系统程序检测的程序流程图以及前面板，如下图所示。在本次设计里，选用的额定电压是220V，额定,频率是50HZ。传输控件选用的是“基本函数产生设备”模中的控件，这类工作模块能够按照设计的实际要求，产生正弦波、方波以及三角波等多种常见的波形。例如，模块可以把正弦波的额定频率以及振动幅度调整成为传输控件，就可以有效的传输规定的正弦波，这样以来，就可以很好的解决针对电网实时检测过程中波形随时间不断改变的问题。运用Labview软件包里的“平均值与均方”控件，能够检测出电压，判断电压的有效性。运用Labview软件包里的“获取单频数据信息”控件，能够检测出工作频率，之后结合这些数据信息，就能够绘制出传输过程的误差百分比图形。第二章已经作出说明，电压偏差在-7%到10%，频率偏差在0.2H到0.5Hz即为正常。图4-1电压和频率偏差设计程序框图图4-2电压与频率误差运行程序前面板4.3.2谐波测量主程序的设计谐波的检测是电能质量标准的主要构成部分，截至目前，常用的检测方式有DFT与FFT，显而易见，后者比前者的应用更为广泛，运算速率更快，所以我们选FFT作为这次设计中的主要的算法，同时，Labview中有现成的FFT工具包，使用起来很方便。因为在电网谐波里，常常会产生大量的高次谐波，这些高次谐波的幅值通常都很小，所以检测设备的精确度、准确度需要很好，有的时候，可能由于一个细小的误差，导致最后的检测结果和实际状况完全不符。为了充分保障检测结果的有效性、可靠性，在本次操作系统中的基本要求如下：（1）、采样原理与频谱混叠对采样工作频率的合理、有效调整，能够很好的预防产生频谱混叠问题，通常做法是提升采样工作频率，在本次检测系统中，规定检测谐波次数最高是五十次。（2）、频谱泄漏与调控因为FFT分析不可以对时间跨度很长的数据信号完成有效分析处理，因此就必须展开截断处理，之后，对截断处理的数据信号展开周期性延拓，这样一来，就很有可能会产生频谱泄露，简单来说，就是原本不属于某个频率区间的频谱，由于截断作用以及延拓处理扩散到了其他频率范围之内。所以，必须对数据信号展开加窗，充分削弱频谱的旁瓣作用，在本次运行系统里，笔者采用了海宁窗函数，Labview可以供应高效率、功能强大的数据信号运算工具包。针对工作周期是的非正弦型电量，完成傅立叶级数处理，不仅可以获得和波频率保持一致的电量分量，还可以获得各种大于波频率的电量分量。例如，电压U（t），在满足狄单赫利分解要求下，可以分解处理成为如下计算式:（其中n=1,2,3,k）（4-1）在上式里：即作为n次谐波，是N次谐波的幅值。总的来说，Labview可以为FFT运算以及其他多种频域的分析创造了巨大的便利。其中，选用Waveform Me