暂态电能质量信号发生与检测.doc

基于LabVIEW的暂态电能质量信号发生器的设计齐会会 沈阳农业大学吴鹏飞 沈阳农业大学摘要 简要地介绍LabVIEW的结构和特点,并详细地介绍一种基于LabVIEW环境下自行开发的虚拟函数信号发生器。该仪器不但界面友好,而且功能强大、操作简便【1】。经过仿真实验表明,它能够产生电能质量的电压骤升信号、电压骤降信号、波动和暂态振动信号。可以完成不同环境下的测量要求。关键字 暂态电能质量 信号发生器 LabVIEWAbstract: This paper introduces briefly the structure and characteristics of LabVIEW, and provides a detailed description of the design of a kind of function signal generator based on LabVIEW. This instrument has a friendly interface, powerful function and easy operation. The results of simulated experiments indicate that this virtual function signal generator can generate voltage swells, voltage sags, transient harmonics, transient oscillation. Thus it can possibly meet the various measuring requirements in different situations.Key words: Transient Power Quality, Signal Generator,; LabVIEW1引言电能质量作为一种高效清洁的能源，正以特殊商品的形式在工农业生产和人民日常生活中扮演着越来越重要的角色。同其他商品讲求质量一样，电网电能也有其质量要求。高质量的电能对于保证电网和电气设备安全、经济运行，提高产品质量和保障居民正常生活有着重要的意义【2】。随着电力电子装置在电力系统中的广泛应用，暂态电能质量问题已成为众多领域关注的热点。信号发生器作为科学实验中比较重要的装置,被广泛地应用到电能质量领域。而对于暂态信号难以捕捉，在教学和科研过程中,需要能模拟实际信号源的信号发生器,传统的信号发生器不能很好满足这个要求。其次，为了验证硬件设备，也需要信号发生器，传统的模拟信号发生器一般只能产生几种常规的波形，传统台式任意波信号发生器体积庞大、接口不灵活、系统封闭、功能固定、价格昂贵等缺点。基于此本文设计了一种基于LabVIEW的新型虚拟信号发生器。利用该仪器可以轻松、快捷地产生并显示各种所需的信号波形,为理工科学习【3】【4】。2 信号发生器的软件设计思路设计一个虚拟信号发生器首先要进行前面板的设计,前面板的设计主要需要考虑到所设计的信号发生器实现什么功能,再根据这些功能,在控件选板中选择相应的控件,放在前面板相应的位置上,摆放也有一定的讲究,使前面板看起来比较协调。再者是后面板的设计。后面板的设计要用到函数模板,根据本程序需要实现的功能,在函数选板中选择相应的函数。程序调试成功后就产生一个虚拟信号发生器。3信号发生器的前面板设计软件设计是虚拟函数信号发生器设计的核心，LabVIEW程序由两部分组成:前面板程序和框图程序。整个程序基于多线程设计,即前面板和系统程序各占用一个线程。虚拟函数信号发生器的前面板如图1所示。前面板是用户接口,即交互式界面,用于用户向程序中输入各种控制参数和观察输出量,在前面板中,使用了各种仿真图标,如开关、旋钮等。前面板的设计,充分发挥了LabVIEW的特长,即建立了友好的人机操作界面,是虚拟信号发生器的最上层。在使用中直接通过鼠标和键盘设定信号的相关参数。使用波形显示器对输出波形进行观察和测量,并且可以直接读出信号的幅值和频率。图1 电压骤降信号发生器前面板4 系统程序设计本函数信号发生器的后面板框图程序主要包含四个模块:4.1电压骤降发生器该模块后面板框图程序如图2所示。这一模块是应用波形产生子模板中的电压骤降信号发生器. 根据EIEE1159一1995标准，电压骤降是指工频电压或电流降低到0.1pu一0.9Pu之间，持续时间在0.5个周波到30个周波之间的暂态电压质量问题。在程序框图中电压骤降信号是在一个正弦信号的基础上叠加一骤降扰动信号。程序开始时按下开关按钮就能输出骤降信号。骤降幅度和骤降起始时间根据要求是可调的。图2 电压骤降信号发生器程序框图2.2电压骤升信号发生器该模块后面板框图程序如图3所示.电压骤升是指供电电压有效值上升到1. lpu一1.9pu之间，持续时间在0.5周波到30周波之间的电压质量问题【5】。电压骤升的程序框图和电压骤降程序框图是类似的，这里我们不再多说。图3 电压骤升信号发生器程序框图3.3电压波动发生器该模块后面板框图程序如图4所示。电压变动(voltage change)是指供电电压在两个相邻的、持续ls以上的电压均方根值之间的差值。在图5程序框图中，我们可以看出电压波动是在50HZ正弦基波的基础上叠加一扰动正弦波，此扰动正弦波的幅值和频率在前面板控件上设置。其中扰动正弦波的幅值的范围是0.1-0.2（原信号的幅值设置为1V），频率是0.1-0.2倍的基波频率.图4 电压波动信号发生器程序框图3.4暂态振荡发生器暂态振荡是指电压或电流在其稳态条件下的一个突发的、非电源频率的变换。且这种变化是双极性的(即有正有负)。振荡暂态由瞬时值迅速改变极性的电压或电流组成，可有其频谱成分、持续时间和幅值来描述。从程序框图中可以看出，暂态振荡是在一正弦波的基础上叠加一振荡扰动信号，扰动信号可以设置相应的周期，也可以设置振荡频率，幅值和相位。图5 暂态振荡信号发生器程序框图4信号示例本虚拟函数信号发生器所产生的骤降信号、骤升信号、波动信号和暂态振荡信号的前面板波形显示分别如下图6所示。 图6 暂态电能质量信号发生器前面板5结论 应用虚拟仪器软件设计开发的仪器，操作更加简单，功能也更强大，可方便地应用于实验与教学，在自动测试领域有广阔的应用前景。参考文献：1杨乐平,李海涛,杨磊. LabVIEW程序设计与应用M 第2版.北京:电子工业出版社, 20052程忠浩，艾芊.电能质量M.北京：清华大学出版社，2006，3刘君华,贾惠芹,丁晖,等.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程M.西安:西安电子科技大学出版社,2007.4.邓焱、王磊.LabVIEW 7.1测试技术与仪器应用M.北京:机械工业出版社,2004.75 MathH.J.Bollen，Understanding Power Quality Problems: Voltage Sags and Interru Ptio