毕业设计(论文)-基于labview的离线电参数采集分析程序

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3、析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计目 录1.1 引言. 11.2 本课题研究的目的和意义 . 11.3 虚拟仪器技术综述 . 31.3.1 虚拟仪器技术的优势 . 31.3.2 虚拟仪器产生的背景 . 41.4 电能质量参数分析方法 . 61.4.1 国内外衡量电能质量的指标 . 61.4.2 电能质量参数的分析方法 . 61.5 本文的研究思路和主要内容 . 82 电能质量指标综述 . 92.1 供电电压允许偏差 . 92.1.1 概念. 92.1.2 电压偏差产生的原因和对电力系统的危害 . 92.1.3 电压偏差标准（GB 12

4、325-1990） . 102.2 电力系统的频率偏差 . 102.3 电压谐波分析. 112.3.1 谐波的含义和性质 . 112.3.2 谐波产生的原因和影响 . 122.3.3 谐波限值标准（GB/T 145491993） . 122.3.4 谐波畸变的指标 . 122.3.5 谐波测量中的采样问题 . 132.4 三相电压不平衡度 . 142.4.1 含有零序分量的三相系统 . 142.4.2 没有零序分量的三相系统 . 152.4.3 三相电压不平衡度的限值 . 153 系统软件开发平台 LABVIEW . 163.1 LABVIEW简介. 163.2 LABVIEW 中的常用数据类

5、型 . 17I 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计3.3 采用 LABVIEW 编制虚拟仪器程序的步骤 . 183.4 采用 LABVIEW 实现数据处理分析 . 193.5 LABVIEW 的仪器驱动 . 204 基于 LABVIEW 的离线电参数采集分析系统的工作原理 . 214.1 系统的总体结构. 214.1.1 系统的软件部分 . 214.2 系统的功能模块. 214.3 各电能质量参数的数字化实现 . 224.3.1 基本参数的数字化测量 . 234.3.2 频率测量

6、. 244.3.3 谐波分析. 244.4 本章小结. 255 离线电参数采集分析系统各功能模块的软件实现 . 265.1 系统的总体设计思路 . 265.2 离线电参数采集分析系统的软件实现 . 265.2.1 登陆界面. 275.2.2 主界面. 285.2.3 电压电流有效值测量 . 315.2.4 功率测量模块 . 325.2.5 不平衡度及相角模块 . 355.2.6 谐波分析模块 . 365.3 本章小结. 396 系统软件测试 . 406.1 软件测试方法的介绍 . 406.2 系统软件的测试过程 . 407 总结与展望 . 41致谢 . 43参考文献 . 44II 毕业设计（论

7、文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计摘要近年来，计算机技术、通信技术以及测试测量技术的不断发展推动了虚拟仪器(Virtual Instrument ，简称 VI)技术的不断发展。虚拟仪器具有丰富的软件功能、简单的硬件结构、高度的智能化等特点。以虚拟仪器技术为平台建立的电能参数监测分析系统能够克服传统的监测系统功能单一、升级复杂、成本高等缺点。关键词：虚拟仪器，数据分析处理，数据图像显示，LabVIEWI 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工

8、大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计AbstractInrecentyears,thedevelopmentofcommunicationtechnology,Computertechnologyandmeasuringtechniqueimpulsevirtualinstrumenttechnicalprogressivedevelopment.Virtualinstrumentpossessperfectsoftwarefunction,simplehardwareconfigurationaswellashighintelligentetc.Thepowerqua

9、lityparametersmonitoringsystemmainlybasedonvirtualinstrumentisbettertraditionalmonitoringandanalysessystem,whichfunctioniscrudeandupdateiscomplicate.Sothispaperputforwardanddesignthepowerqualityparametersmonitoringandanalyzesystembasedthenewesttechnologyofthefieldofmeasurementandcontrolnow-thevirtua

10、linstrumenttechnical，itcanmonitorelectricpowerparameterincludingvoltage,electricalcurrent,phase,frequency,three-phasevoltageunbalanceandharmonic,andcanalsoprovidethedetailedpowerqualitymonitoringanalysisandresults.Firstly,theshortcomingoftraditionalpowerparametersmonitoringanalysessystemandthenecess

11、ityofmonitoringtopowerparametersareoutlinedinthispaper,besidesthepaperanalyzethefeasibilityforusingthevirtualinstrumenttodevelopthepowerqualitymonitoringsystem.Subsequentlymypapermainlystudythealgorithmofmonitoringvoltagedeviation,frequencydeviation,harmonicsandthree-phasevoltageunbalance,anddispose

12、dispersedlythealgorithmofthematthetime. Then,integrateddesignisascertained,besidesthispaperputemphasesonthedevelopmentofthefunctionalmoduleofpowerparametersmonitoringanalyzesystemusingLabVIEW.Finally,theconcludingremarkssummariesthedeficienciesandtheimprovementofthesystem,andoutlookthefurtherresearc

13、htoo.Key words: Virtual instrument, Data analysis&processing, Data & Image display,LabVIEWII 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计1 绪论1.1 引言前在开发虚拟仪器的应用程序中，美国 NI 公司的 LabVIEW 是应用最为广泛的。1.2 本课题研究的目的和意义泛应用，对于测量和仪器提出了更高的要求，测试项目和范围与日俱增，测试精度和测试速度要求急剧提高。七十年代以来，是电子测量和仪器领域

14、发生飞跃变化的年代，1 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计算机之间的系统结构。在这种背景下，1982 年出现了一种与 PC 机配合使用的模块式的。在电力发展的初期，电力供应比较紧张，人们把关注的焦点放在电力供应的量上，对电能质量的关注程度不多。从 20 世纪 80 年代末以来，随着电力供应的紧张局面逐步缓解以及电力电子技术的蓬勃发展给电力系统自动化带来了很大的变革。但是，电5通常通过以下两条措施对电能质量的问题进行治理 :一方面利用现有的技术2 毕业设计（论文）- 基于labvi

15、ew的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文6,7基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计欠缺:1)功能单一性问题。常规的电能参数监测系统由于受到硬件条件的限制，每一个系统只能实现一个或者少数几个电能质量参数的检测。1.3 虚拟仪器技术综述1.3.1 虚拟仪器技术的优势虚拟仪器技术主要的优势主要表现在以下几个方面：(1) 性能高在驱动和应用两个层面上，NI 高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面3 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计(4) 无

16、缝集成准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。1.3.2 虚拟仪器产生的背景(1) 微处理器和 DSP(digitalsignalprocessing)技术的快速进步以及其性能价格比不断上升大大改变了传统电子行业的设计思想和观念，原来许多由硬件完成的功能今天能够依靠软件实现；(2) 面向对象技术、可视化程序开发语言在软件领域为更多易于使用、功能强大(1) 现代测量控制要求仪器不仅仅能单独测量到某个量，而更希望它们之间能够相互通信，实现信息共享，从而完成对被测系统的综合分析、评估，得出准确判断。传统仪器在这方面显然存在严重不足，甚至根本不可能实现；(2) 对于复

17、杂的被测系统，面对各个厂家的不同测试设备，使用者需要的知识很多。这样的仪器不仅使用频率和利用率低，而且硬件存在着冗余。鉴于上述原因，基于计算机的测试仪器逐渐变成现实，其出现和广泛使用对测控仪器产生较为深刻的影响。1.3.3 虚拟仪器的概念4 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计便地由用户自己来增减硬软件模块，或重新配置现有系统以满足系统的测试要求。虚拟仪器与传统仪器的比较见表 1-1。表 1-1 虚拟仪器与传统仪器的比较传统仪器虚拟仪器关键是硬件，系统升级成本高，而且要 关键是软件

18、，系统升级方便，可通过网络上门进行升级服务，开发周期长开发与维护的费用高下载升级程序，开发周期短开发与维护的费用低技术更新周期长（周期一般为 5-10 年） 技术更新周期短（周期一般为 1-2 年）价格高、体积较大价格低，并且可重用性喝可配置性强；体积较小，便于携带和野外工作用户定义仪器功能厂商定义仪器功能系统封闭，固定不易与其它设备连接1.3.4 虚拟仪器的组成信号调理电路数据采集卡GPIB 接口GPIB 接口计算机虚拟仪器软件工作平台现场总线控制图 1.1 虚拟仪器系统组成框图5 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于La

19、bVIEW 的离线电参数采集分析程序设计因此测量信号在软件的控制下，经由电子测量硬件平台的采集，再经电子计算机1.4 电能质量参数分析方法1.4.1 国内外衡量电能质量的指标国际上，IEEE 第 22 届标准协调委员会和其它国际委员会最新采用 11 种指标来衡量电能质量，大致可以分为两大类:电压幅值(断电、电压下跌、电压上冲、瞬时脉冲、电压波动与闪变、电压切痕、过电压、欠电压)和电压波形(谐波、间谐波、频8率偏差) 。GB/T 15945-1995电能质量电力系统频率允许偏差、GB 12326-2000电能质量电14, 16压波动和闪变)。1.4.2 电能质量参数的分析方法对电能质量问题的分析

20、是关系到电能质量问题解决的一个重要环节。近年来，基于数字技术的的各种分析方法己经在以下的电能质量领域中得到广泛地应用：分析谐波在网络中的传播、分析各种扰动源引起的波形畸变、开发各种电能质量控制装置等。1,15按照所采用的不同分析方法，电能质量参数分析有时域、频域、变换域三种。(1)时域仿真方法对于电能质量中的暂态事件由于其持续的时间短、发生的时间不确定，对频谱分6 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计析提出了较高的要求，通常采用时域仿真方法。在三种分析方法中，时域仿真分析方法在电能

21、质量分析中的应用最为广泛。目前较通用的时域仿真程序主要有 EMTP,EMTDC, NETOMAC 等系统暂态仿真程序和 SPICE, PSPICE, SABER 等电力电子仿真程序时域仿真计算的缺点是仿真步长的选取决定了可模仿的最大频率范围，因此必须事先知道暂态过程的频率覆盖范围。此外，在模仿开关的开合过程时，还会引起数值振荡。因此，要采用相应技术抑制发生数值振荡。(2)频域仿真分析频域分析方法主要用于电能质量中谐波问题的分析，包括频率扫描、谐波潮流计算等。(3)基于变换的方法此外，国内外对于电能质量问题也越来越多地采用了模糊数学、神经网络、人工8智能等方法以及各种方法的结合，极大地丰富了处理

22、电能质量问题的算法。7 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计1.5 本文的研究思路和主要内容论文的主要内容有:(1)简要介绍课题研究的目的和研究意义，详细论述了电能质量分析系统存在的实(2)详细阐述了电能质量指标的定义并对电能质量参数的数学模型进行了深入的研究。(3)通过对基于虚拟仪器监测系统的简要分析，提出了本课题所要研究的系统的总(5)利用仿真的方法对系统的各个功能模块进行了试验，并给出了试验结果。8 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百

23、度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计2 电能质量指标综述结构的改进、有功功率和无功功率的平衡、各种调频、调压、滤波和无功补偿装置的使用以及调度和运行技术的管理等)。因此，电能质量指标的偏差时刻存在，而偏差是否能够满足规定的限值是我们进行电能质量指标监测分析的依据。8,14在本章中，简述了电能质量指标的定义，对电能质量五项指标的数学模型进行了一定的研究，为后续章节的数学模型的离散化设计奠定了基础。下式求出电压偏差：电压偏差（%）=100%（2-1）电力系统中的负荷以及发电机组的出力随时发生变化，网络结构随着运行方式的9 毕业设计（论文）- 基于labview

24、的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计改变而改变，系统故障等因素都将引起电力系统功率的不平衡。系统无功功率不平衡9是引起系统电压偏差的根本原因。用电设备设计在额定电压时性能最好、效率最高，电压偏离额定值时，其性能和效率都会降低，有的还会减少使用寿命。电压偏差超过一定值时，会引起设备的损坏。(2)对电网稳定运行的危害(3)对电网经济运行的影响2.1.3 电压偏差标准（GB 12325-1990）允许限制: 1）35kV 及以上为正负偏差绝对值之和不超过 10%；2）10kV 及以下三相供电为7%。3）220V 单相供电为+

25、7%，-10%。2.2 电力系统的频率偏差13的可靠性和经济性。电力系统频率是指单位时间内电信号周期性运动的次数，所谓频率偏差是指系统10 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计16频率的实际值和标称值(工频)之差，其表达式为：Df = f - f(2-2)N式中 f 指实际供电频率，Hz国标中对系统频率的规定如下:1) 电力系统正常频率偏差范围为 -0.2Hz+0. 2HZ。当系统容量较小时，偏差值可以放宽到-0.5Hz+0.5Hz。2.3 电压谐波分析2.3.1 谐波的含义和性质

26、谐波含义为:谐波是一个周期性电量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。12由于谐波的频率是基波频率的整数倍数，常常也称之为高次谐波。(1)谐波次数 n 必须是一个正整数。例如，我国的电力系统额定频率为 50Hz，则其基波为 50Hz，二次谐波为 100Hz，三次谐波为 150Hz。 n 不能为非整数，因此也不能有非整数谐波。11 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计2.3.2 谐波产生的原因和影响题。52.3.3 谐波限值标准（GB/T 145491993）表 2.1 电压谐波限

27、制THD5奇次4.03.22.41.6偶次2.01.61.20.86.10435.663110、22022.3.4 谐波畸变的指标谐波分析的方法有很多种，如傅立叶变换、卡尔曼滤波、小波分析等。傅里叶变换作为经典的信号分析方法己经比较成熟。特别是快速傅里叶变换(FFT)的应用，有效地提高了信号处理的实时性。电流和电压信号通过傅立叶变换来进行谐波分析，根据电压、电流谐波的幅值和相位可以计算出各次谐波的功率因数角，进而计算出有功、无功、视在功率。12 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计

28、(1)谐波含有率(Harmonic Ratio HR): k 次谐波分量的有效值(或幅值)与基波分Uk100%HRU =kU1第 k 次谐波电流的含有率：IHRI = 100%kkI1(2)总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion ;THD):谐波总量的有效值与基波U = U +U +L+U +L =U(2-5)k=2电压总谐波畸变率：U2H100 % =(HRU ) 100%kTHD =u（2-6）U1k=2同理，用（2-5）式和（2-6）式亦可得出电流总谐波畸变率。提高电能质量，防止谐波的危害，限制电力系统的谐波，就是要把上述指标限制在国标规定的允许范围之内。2.3

29、.5 谐波测量中的采样问题对周期为 T 的连续信号做等间隔的 N 点采样时，采样周期为 T/N，对应的采样频率为为周期信号频率的 N 倍，分析其频谱可知，其频谱为以采样频率13 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计通常将采样频率的一半称为奈奎斯特频率。当采样频率低于 2 倍的奈奎斯特频率( fs 2 fc)时，原信号中高于 fc/ 2的频谱分量将会在低于 f / 2频谱中再现，即会出c现频谱混叠，会使频谱分析出现误差。11发生频谱的混叠，这样就能够准确表达原信号的信息。2.4 三相

30、电压不平衡度10压的不平衡度通常以负序分量的均方根值与正序分量的均方根值的比值来表示:2=100%(2-7)式中U 为三相电压负序分量的均方根值2如果将式中的电压符号换为电流符号，就可以求出电流的三相不平衡度。2.4.1 含有零序分量的三相系统14 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计21 a a U aU = 1 1 a2a U 2b3(2-8) U1 1 1 U 0c式中 U 是正序分量1Ua 为 a 相基波电压Ub 为 b 相基波电压Uc 为 c 相基波电压a 是旋转因子13

31、3j1202a = e= - + ja = e222.4.2 没有零序分量的三相系统1- 3- 6=100%1+ 3 + 6（2-9）U +U +U=其中(2与此类似，三相电流不平衡度也可以用其相应的公式计算，只需将其中的电压符号换为相对应的电流符号。2.4.3 三相电压不平衡度的限值15 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计3 系统软件开发平台LabVIEW的 LabWindows/CVI 等；二是用专业图形化编程平台开发。如 NI 公司的 LabVIEW，HP公司的 HPVEE

32、 等。其中美国 NI 公司的图形化编程平台 LabVIEW 最为科研学者和工程师们推崇，本离线电参数采集分析系统就是用 LabVIEW 开发的。3.1 LabVIEW 简介与传统编程语言相比，图形化编程语言的主要特点包括：1 系统提供各种测试、控制和数据分析功能模块；2 编程过程就是设计和定义程序流程图，通过连接代表各种功能模块的图标来建立具体的应用程序；3 继承了传统编程语言中结构化和模块化的变成优点；4 为仪器模拟面板设计、数据可视化分析提供了许多专门工具或对象，简化了系统开发，缩短了开发周期；5 通过成熟的计算机网络技术，可将针对不同测控任务的仪器与设备连接成一个分布式虚拟仪器系统，从而

33、避免了系统功能重复所造成的浪费。本课题采用 LabVIEW 作为开发虚拟数据采集分析仪的软件开发环境。但是在初16 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计1 VC+使用文本语言编程，前面板布局和设计不是很直观；而LabVIEW 使用图形语言（即各种图标、图形符号和连线等）编程。界面非常直观形象，而且使用的都是测试工程师们熟悉的旋钮、开关、波形图等，用户比较容易上手。2 在 VC+下编写菜单等界面工作比较简单，但在 VC+下编写动态曲线显示程序比较困难，编程量较大。LabVIEW 的动

34、态曲线显示功能非常强大，且非常方便。法，实现起来很方便，但对于复杂的算法，如模糊控制等，实现就比较困难，且不便于阅读和调试。4 使用VC+需要拥有比较丰富的编程经验，开发时间比较长；而用LabVIEW器程序所调用。可以根据需要将某个虚拟仪器模块建立成 SubVI，从而设计出多层系统，并可以改变它的功能，以满足同其它程序连接时不断变化的应用需要。总之，用LabVIEW 进行测试比较方便，在测试领域有广阔的发展空间。3.2 LabVIEW 中的常用数据类型表 3-1 列出了 LabVIEW 中常用的几种数据类型及其相对应的前面板对象的默认的边框为细实线，端口左侧有一个向左的箭头，表示输入数据。17

35、 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计表 3.1 LabVIEW 中常用的数据类型双精度浮 0.0点枚举布尔False字符串数组簇路径3.3 采用 LabVIEW 编制虚拟仪器程序的步骤1 确定程序设计总体方案和子程序之间的关系、虚拟仪器程序与硬件的连接关系等。2 确定虚拟仪器程序前面板18 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计3 构建图形化流程图图 3.1 LabVI

36、EW 中的主要结构函数这些结构被描述成图形化的边界结构，开发人员不必注意传统程序设计所需的语4 调试和优化程序和传统程序一样，在编制虚拟仪器程序时，需要不断对程序进行调试分析，LabVIEW 程序调试功能十分强大易用，可以灵活设定程序断点，进行带数据探针的单步运行，加亮执行程序进行数据流追踪判断。同时， LabVIEW 是目前唯一带有编辑器的图形化编程环境，它可根据用户编制程序自动产生最优化代码，加快程序运行速度。另外，用户还可以利用内置的绘图器对程序代码部分进行分析和优化。3.4 采用 LabVIEW 实现数据处理分析LabVIEW 之所以强大易用，很大程度上是因为 LabVIEW 内置了极

37、其丰富的数据分19 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计析处理函数模块。可以说，正是因为采用了这些由软件实现的功能模块，替代了原来1 与外界信号接口模块这部分模块与 DAQ 硬件系统结合，可以将已经过信号调理和 A/D 转换的外界信号与流程图进行接口，实现原始数据的输入，2 平滑窗口模块3 数字滤波器模块数字滤波器可以消除由电于元件产生的噪声信号，或者由环境影响产生的噪声。LabVIEW 软件有三种类型的滤波器，IIR 滤波器、FIR 滤波器以及非线性响应滤波器。4 时频域转换模块

38、函数模块，典型的如 FFT，在虚拟仪器程序中，用户直接调用即可，非常方便，见图3.2。图 3.2 时频域转换函数3.5 LabVIEW 的仪器驱动20 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计4 基于 LabVIEW 的离线电参数采集分析系统的工作原理4.1 系统的总体结构4.1.1 系统的软件部分自己开发应用程序的时间，由于不需要学习那些复杂、低级的程序设计协议、使得用6户对仪器的控制非常的简单 。4.2 系统的功能模块21 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析

39、程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 4.1 系统的功能模块4.3 各电能质量参数的数字化实现电能质量的五个主要指标为:电压允许偏差、电力系统频率允许偏差、三相电压允许不平衡度、电力系统谐波和电压波动和闪变。虽然电能质量国标中仅规定了五个指标，但是需要计算的量却很多。这些量主要包括:三相电压有效值、三相电流的有效值、电网频率、三相有功功率、三相无功功率、三相视在功率、功率因数、电压与电流的各次谐波含有率及谐波总畸变率、电压波动值等。在出现电压闪变的情况下，对闪变的性质进行分析，并记录闪变暂态过程中的电压波形、三相电压不平衡系数等。22

40、毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计4.3.1 基本参数的数字化测量电力系统基本电气量的测量主要包括:电流有效值、电压有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数。对随时间变化的电压信号 u(t)、电流信号 i(t)，相电压的有效值定义为:1T2=Uu dt(4-1)A0T 相电流有效值的定义为:1T2I = i dtAT01T= ( )( )Pu t i t dt功率：AT0对 u(t)、i(t)进行离散化采样，得到离散化序列 、 ，若D 为相邻的uiTkkk两次采样时间间隔，

41、 为第 k 个时间间隔电压采样的瞬时值，N 为一周期内的采样点uk数，则离散情况下的电压的有效值可以表示为:1 N-12U =A(4-4)Tk=0=I电流有效值可表示为：（4-5）Akk=0采样时采用了频率跟踪技术，使得一个周期内采样点点数为 N 个，相邻两次采样的时间间隔相等，及 C 为时间常数D , N=T/D 则:TT1NN -11 N-1 22=IiUu;Ak(4-6)AkNk=0k=0单相有功功率为:23 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计N -1=Pu i(4-7)A

42、N k kk=0单相的功率因数：（4-8）U IAA三相总的有功功率为:1 N-1N-1N-1(4-9)= Pu iu iak akN k=0k=0k=0三相总的视在功率为:=+S U I U I U I（4-10）A AB BC Ccos = P三相总的功率因数:（4-11）S4.3.2 频率测量本文采用傅立叶变换的算法来测量频率。4.3.3 谐波分析谐波分析通常是先将信号的各次谐波 (电压或电流)的幅值和相角求出，然后由相应的公式可以方便的求出总谐波畸变率 THD、谐波含量等值。11含量。以电压量为例，若用 FFT 算法求出的第 k(k=2,3 32)次谐波的实部和虚部分别是 ( ), (

43、 )，则第 k 次谐波电压的均方根值：U k U kri( )U k22=+(4-12)r24 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计第 K 次谐波电压的相角 (k)为:k = arctg Uk( )( )(4-13)( )r可以利用某次谐波均方根值相对于基波均方根值的百分数来反应该次谐波的含量，第 K 次谐波的含量为:( )U kHRU k = U 100%(4-14)( ) (1)总的谐波畸变率(THD)反映谐波总含量，可以通过下式求得:32100%(4-15)4.4 本章小结2

44、5 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计5 离线电参数采集分析系统各功能模块的软件实现系统软件各个功能模块的设计和实施。5.1 系统的总体设计思路1 列出系统需要实现的功能。本系统实现的功能主要包括伏安测量、相位测量、功率测量、频谱分析、谐波测量和分析等。2 设计每一个电能参数的数字化实现方案。3 规划每一个功能模块需要显示的内容和显示方式，进而设计每一功能模块的前面板。4 详细设计每一个功能模块的框图程序，保证各模块既可以单独运行，又可以5 先对各模块进行单独调试，当每一个功能模

45、块都调试成功后，然后进行整合。5.2 离线电参数采集分析系统的软件实现系统的功能是对电力参数进行监测和分析，设计内容包括以下几个方面：（1）登录界面的设计,包括密码的设置；（2）主界面规划设计；（3）功率测量模块设计；（4）26 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计5.2.1 登陆界面下图为本系统登陆界面。图 5.1 登录界面的前面板图 5.2 登陆界面的程序框图27 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabV

46、IEW 的离线电参数采集分析程序设计为阻止非法用户登录，本系统设计了以上登录界面。只有输入正确密码按登录键，才能进入主界面。如图 5.2，使用了事件结构和条件结构，事件结构输出结果作为条件结构的执行条件。在程序框图的字符串常量中，设定了密码。当输入正确密码时，事件结构输出False 值，在条件结构 False 帧中，利用顺序结构，采用引用的方法先将“主界面.vi”打开，之后关闭登录界面的前面板；当输入错误密码是，条件结构执行 True 帧中的程序，提示用户重新输入密码。5.2.2 主界面系统的主界面如下图所示。图 5.3 主界面的前面板1 读数据和信号仿真28 毕业设计（论文）- 基于labv

47、iew的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.4 读数据和信号仿真转换程序采集的三相电压、电流的原始数据存储在数据文件“采集数据.xls”中，按列存储，依次为 A 相电压、B 相电压、C 相电压、A 相电流、B 相电流和 C 相电流。共采集5 个周期，每个周期 200 个采样点。采集数据通过“读取电子表格文件.vi”和条件结构的“假”帧中的 6 个“索引数组.vi”逐行读出。图 5.4 中，是子程序“仿真信号.vi”，此 vi 可产生相位互差 120 度的三相板中的一个“单选按钮”控制，程序图如下：图 5.5 “相

48、”选择程序框图29 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计上图中，“测试波形”单选布尔按钮是条件结构的执行条件，其内含“ A 相”、“B相”和“C 相”三个单选项。3 频谱和谐波含量柱状图（1） 频谱可参考“5.2.6 谐波分析模块”所述。4 高级测量用 LabVIEW 虚拟仪器软件开发实际的测控系统时，经常会遇到这样的情况:测试量庞大，另外还要进行数据分析处理、报表的生成打印等任务。面对如此繁多的任务，无法用一个用户界面 (又称为人机界面)来实现，这时将一个完整的测试系统按完成的具

49、体任务不同分成几个功能模块，每个功能模块分别设计成为不同的子程序(在LabVIEW 中称作子 vi ，并且每个子程序都有自己的用户界面。在测控系统的应用程序中首先提供一个友好的用户界面，在此界面上把上述各功能模块组织起来供用户调用，利用菜单来驱动测控系统的各功能模块，以完成不同的测试任务。这种调用关系，反映到用户界面上，表现为菜单的功能。30 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.7 高级测量部分程序图图 5.8 写测量文件程序图写测量文件的程序框图使用了条件结构，用“写测量

50、文件”布尔按钮的真假作为5 获取系统时间在图 5.2 的右下角可以看出本系统运行时的日期和时间。5.2.3 电压电流有效值测量图 5.9 是电压、电流有效值测量的框图程序。首先用“读取电子表格文件.vi”和“索引数组.vi”将数据按行读出。下图中用到了两个 For 循环，外 For 循环将读出的各相电压电流信号以周期为单位送入到内 For 循环，在内 For 循环中，逐个取出31 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计数据进行平方，然后累加一个周期的平方和，输出到外 For 循环，除

51、以一个周期的采图 5.9 电压、电流有效值测量程序图5.2.4 功率测量模块在本系统中，有功功率的计算通过一个子程序“有功功率.vi”来实现。下面是“有功功率.vi”的程序图。32 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.10 有功功率程序框图2 视在功率、无功功率和功率因数的计算视在功率的计算相对比较简单，利用伏安测量模块已经计算得出的各相电压和电流的有效值进行相乘，所得到的值就是视在功率。功率因数的计算可以利用公式(4-11)进行计算。无功功率的计算有点繁琐。因为已求出功率

52、因数cos ，又知道sin = Q S ，所以可以先利用“反余弦.vi”将 求出，之后用“正弦 .vi”算出Q S ，再乘以视在功率 S 就可得出无功功率 Q。33 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.11 功率测量模块的前面板图 5.12 视在功率、无功功率和功率因数的计算程序34 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计5.2.5 不平衡度及相角模块不平衡度和相

53、角模块的前面板如下图。图 5.13 不平衡度和相角模块的前面板图 5.14 不平衡度和相角模块的程序框图35 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计1 三相不平衡度测出时间信号的频率、幅度和相位以及其它测量信息。在计算三相电压（电流）不平衡度时，要用到每相的基波电压（电流）有效值，而此 vi 检测出的幅度和相位信息是以极坐标的形式表现的，这需要用到“极坐标至复数转换 .vi”，但“极坐标至复数转换.vi”的相位输入是弧度形式的，因此，需要首先将角度形式的相位信息转换为弧度形式，然后通

54、过“极坐标至复数转换.vi”转换成复数形式并求其绝对值。之后，依据公式 2-5，利用公式节点即可得出三相电压（电流）不平衡度。“提取单频信息.vi”输出的相位信息可直接作为各相电压电流的初始相角。3 此 vi 在被“主界面.vi”调用后，图 5.13 左下的事件结构执行时可用来关闭当前 vi 的前面板并返回主界面。5.2.6 谐波分析模块图 5.15 谐波失真分析1 前面板和程序框图36 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.16 谐波分析模块的前面板图 5.17 谐波分析模

55、块的程序框图2 读数据和仿真这部分类似于主界面中的“读数据和信号仿真”，可参考 5.2.23 谐波输入仿真.vi37 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.16 和图 5.17 分别是“谐波输入仿真.vi”的前面板和程序框图。仿真信号图 5.18 谐波输入仿真的前面板图 5.19 谐波输入仿真的程序框图38 毕业设计（论文）- 基于labview的离线电参数采集分析程序- 图文- 百度文库重庆理工大学毕业论文基于LabVIEW 的离线电参数采集分析程序设计图 5.16 左上。

56、5 THD、直流分量和基波幅值“谐波失真分析.vi”输出的“谐波电平”中含有输入信号的直流成分，只需用“索引数组.vi”将其取出即可。基波幅值也一样。6 各次谐波含量及其柱状图各次谐波含量柱状图的显示是这样实现的：先用“ For 循环”索引输出 216 的循环数组，然后和谐波含量数组捆绑成一个簇，用“ XY 图”进行显示。7 THD 越限警告此处只适于电压信号。依据表 2-1，用各级电网电压 THD 限值标准与相应等级电压的 THD 实测值比较，以布尔指示灯高亮警告。8 同样，当“谐波分析模块.vi”被“主界面.vi”调用后，图 5.16 下方的事件结构及其内程序执行时会关闭当前面板并返回主界面。5