基于虚拟仪器的电力谐波分析仪简介

1、基于虚拟仪器的电力谐波的监测与分析系统的设计电子信息工程 J07240222 潘飞 指导老师 林洁 讲师摘要与计算机技术相结合，是测试仪器发展的主流，由此而产生的虚拟仪 器技术，已经成为测试仪器技术中的重要领域。本课题将虚拟仪器技术引 入电网谐波测试之中，开发和研究了基于虚拟仪器的便携式谐波分析仪， 采用计算机和 UA301A 数据采集器作为虚拟仪器的硬件平台， LabVIEW 作 为虚拟仪器的软件平台，使用 FFT 算法进行谐波分析。论文首先分析了谐波的危害，国内外谐波研究现状以及谐波测量算法， 介绍了虚拟仪器的开发技术，系统所依据的基本理论以及系统软硬件开发 平台。然后详细说明了系统软件体

2、系结构，包括数据采集器与 LabVIEW 的 接口驱动设计和软件应用程序设计。使用采集器提供的准同步和同步采样 方式对信号进行采样，对采样的数据使用 FFT 算法进行实时谐波分析。最 后进行仿真，实验电路的搭建及实验系统的参数测量。该系统软件部分由人机界面，数据传输和数据处理部分组成。系统主 界面测量功能包括频谱测量，谐波分析和功率测量三个模块。对测量数据 保存为 Excel 格式，显示图形保存为 bmp 格式。经仿真和实验系统的参数测量，证明了系统设计的合理性和可行性。关键词：LabVIEW,谐波，虚拟仪器，FFTAbstractThe mainstream of test instrume

3、nts development is that it is combined with the computer technology. Therefore virtual instruments technology has become an important field of test instruments technology. In thispaper the virtual instrument technology is used to the power system harmonics measurement and the virtual instrument on h

4、armonics analysis is developed and stud ied using a computer and UA301A data acquisition as the hardware platform and LabVIEW as the software platform of the virtual instrument. FFT algorithm is used for harmonics analysis.First ly it is the analysis of the harmonics hazards, the harmonics research

5、status in home and aboard and the measurement algorithms on harmonics in the paper . Then it introduces the development technology of virtual instruments, the basic theory that the system depends on and the hardware and software development platform of the system, and then a detailed description of

6、the system software architecture is shown, including the interface driving program design between the data acquirement and LabVIEW and the software application program design using the way of the quasi-synchronous sampling and synchronous sampling to acquire data of the signal. FFT algorithm is used

7、 to make the reame harm onics an alysis. Fin ally it carrys through a simulatio n, the experiment circuit design and the measurement of parameters of the experiment system.The software of the system is composed by the human-machine interface, data transmission and data processing. The measurement fu

8、nctions of the main interface in the system include three modules-spectrum measurements, harmonics analysis and power measurements. The measured data are saved to excel format and the shown graphics are saved to bmp format.Through the simulation and the measurement of parameters in experiment system

9、, it proves that the design of the system is reasonable and feasible.Key Words: LabVIEW, Harmonics, Virtual Instrument s, FFT1. 课题研究的背景“谐波 ”一词起源于声学。国际上公认的谐波含义为， “谐波是一个周期电气量 的正弦波分量， 其频率为基波频率的整数倍” ，由于谐波的频率是基波频率的整 数倍。我们也常称它为高次谐波 。谐波频率与基波频率的比值称为谐波次数。 近年来，随着全球工业化进程的不断加快， 对地球的污染和破坏空前加剧电 力系统也面临着污染， 公用电网中的谐

10、波电压和谐波电流就是对电网环境最严重 的一种污染， 已成为影响电能质量的公害。 理想的公用电网所提供的电压应该是 单一而固定的频率以及规定的电压幅值。 谐波电压和谐波电流的出现， 对于公用 电网是一种污染，对用电设备，周围的通信系统和公用电网以外的设备带来危害。 在电力电子设备广泛应用之前， 人们对谐波及其危害就进行一些研究， 有了一定 的认识，但那时谐波污染还不严重，没有引起足够的重视。近些年来，公用电网 的谐波污染日益严重， 谐波危害的严重性才引起人们的关注。 谐波电压和谐波电 流问题以及如何使它们处于控制之下的方法是常规的电力系统分析的课题。2. 本文主要工作 本文是基于便携式虚拟谐波分

11、析仪的开发与研究这一项目展开工作的， 侧重 于硬件电路搭建和采集器分析以及软件体系的分析与设计。具体工作内容如下 :1. 对课题研究的背景，谐波的危害，谐波的测量方式以及虚拟仪器开发技术 作了较全面的论述。2. 详细阐述本课题主要依据的理论， 包括数据采集的理论基础和谐波分析理 论。3. 介绍基于本课题的虚拟仪器软硬件开发平台。 分析课题所采用的数据采集 器结构和其性能指标。4. 完成虚拟谐波分析仪系统的软件设计。 重点描述了数据采集程序的设计和 应用程序各子模块的设计和实现方法。5. 进行仿真和实验电路的搭建以及实验系统的参数测量， 并对实验结果进行 了误差分析以及对误差产生的原因进行了讨论

12、。3. 系统软件体系结构虚拟仪器系统以软件为核心，依靠软件及硬件（采集器）实现仪器功能，并利 用计算机强大的运算，显示与扩展功能，使系统具有传统仪器无法比拟的优越性。按系统工作流程划分，其软件结构如下图所示。数据采集器采集到数据并通 过计算机总线传递至计算机。是数据采集程序的起点。数据通过设备驱动程序到 达计算机内部，在计算机内通过LabVIEW软件平台构成的应用程序对数据进行 处理，其中应用程序是由多个LabVIEW 子程序构成。软件结构4. 系统工作流程被测电网的高电压，大电流信号通过信号转换调理电路变换成符合要求的-5V +5V模拟信号送UA301A数据采集器，数据采集器将模拟信号滤波与

13、信号 处理后变换成计算机能识别的数字信号通过 USB总线送至计算机。计算机中的 VI开发系统完成测控，显示，数据存储任务。系统的工作流程如下图所示。软件整体框图A栢串再-Ja .B相申,飞.-TH电乐Uh_kC帽申圧.分IKUA301A戰据A构电瀟.输入B榕电就.电浇I2iS .(:楼串濡；转换(V JIP实验电路设计框图5. 结论本课题尝试开发出基于VI技术的谐波分析系统，该系统具有频谱分析，谐 波参数测量和功率参数测量等功能。在仿真和实验系统的参数测量中测量了19次谐波的各参量，并进行了误差分析。总结前面几章的分析，主要结论有：(1) 采用具有丰富分析与处理函数的LabVIEW软件，通过调用动态链接库的 方式较快完成数据采集器和LabVIEW接口连接，顺利完成应用程序设计：运用 LabVIEW程序运行控制技术可以使数据采集，数据处理，数据存储以及结果显 示测试程序等几个环节得到较好的配合与衔接；(2) 经过仿真和实验系统的参数测量，系统存在