【《基于虚拟仪器的电能质量检测的系统分析案例》2600字】

附录PAGE3基于虚拟仪器的电能质量检测的系统分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u12382基于虚拟仪器的电能质量检测的系统分析案例 113251.1Labview平台简介 19541.2电能监测平台的硬件设置 1243381.3电能质量监测系统软件设计 477391.3.1数据采集模块 4109111.3.2频率偏差检测模块 5121681.3.3谐波分析模块 6193251.3.4三相不平衡模块设计 8155521.3.5电压波动及闪变的模块 91.1Labview平台简介Labview是一个使用图形化编程的虚拟平台，其是用图标代替文本构建程序的编程方式。Labview在数据采集控制及数据处理方面有很大的优势，且易于后端工程师的调试并附带有便捷的网络功能。在软件中设计需要注意的有以下几点：（1）直观展示的界面设计需要直观易懂，输入输出的界面要合理分布，适当可以使用装饰面板去修饰设计前面板。（2）程序框图的设计要合理。（3）程序的要经过调试。1.2电能监测平台的硬件设置经过深入了解国家对电能质量的标准和对虚拟仪器的分析，本论文设计了基于labview2018软件的电能质量监测系统。电能质量监测系统需要包含互感器、信号调理器、PCI数据采集卡等。软件部分则需要集成数据采集、数据分析、电能质量分析等功能。PCI采集卡选用了霍尔传感器。霍尔传感器是具有高线性度精密变流装置，它能把电网信号变为采集卡能够读取的信息。霍尔传感器还有很多例如精度高、直线性水平高、可输送各种高频信号、过载强度高等。传感器分为开环模式和闭环补偿模式。因闭环补偿模式有着较小的失真度，从而保障数据的真实性，故本系统采用了闭环补偿模式的电流传感器TPC15P和电压传感器JLBV-11.因为霍尔传感器有光电隔离的效果，而且在软件的设计过程中会加入数字滤波器，因此本系统不需要添加信号调理电路。图为电压调整电路图为电流调整电路电压传感器参数额定电压500V测量范围600v额定输出用户指定负载能力电压输出≥10kΩ；电流输出6v带宽DC~100KHz线性度0.2%工作温度范围-10℃~+70℃零点输出≤0.15mA准确度0.2%电流传感器参数额定输入电流A30测量电流范围A60电源电压V±15±5%零电流失调mV±20响应时间μS<1绝缘电压KV5.0工作温度℃-40℃~+85匝比1:3000内接测量电阻Ω400（2）数据采集卡现有条件不允许的情况下加上对速率要求不高，本系统便选取了NI公司的多功能DAQPCI-6221作为采集装置。采用PCI总线有利于多数据传输，利于自动调试且地址和数据可以复用的优点。具体展现在：①能够突发性的传输数据，能够实现同步总线和多主线共同操作的优点。②不受处理器限制，兼容性强于一般采集卡。③能够自动调配并监视主线错误，具有很高的性价比。PCI-6221性能数据主要指标说明总线特性PCI特性及时，可靠，单端控制，边界检测输入端口16个单端输入口，16个模拟输入口，8个差分输入口，最大采样率250ks每秒。分辨率16bit，量程-10V~+10V计数器2个计数器，32bit，（2）计算机采用安装有Labview的笔记本电脑，用来设计电能质量监测系统。1.3电能质量监测系统软件设计基于labview系统的电能质量监测系统的软件需要包括上文出现的5种电能质量监测的功能以及数据库的建立和数据输出的功能。系统框架如图1.3.1数据采集模块本系统采用了NI-DAQmx来创建了数据采集部分。首先创建一个采集通道，再设置采样的各种标准，起动DAQ，最后读取数据，在数据读取完毕以后释放运行的所有进程。以下为数据采集模块的设计图1.3.2频率偏差检测模块在本系统中，最重要的是检测电压。电流基波和谐波的频率以及幅值相位，故可以设计以下流程进行检测：在频率检测中，分为过零检测与频率计算两步骤组成：过零检测在基波数据中取第一个>或=0的点，将其数值定为1，其余则定为0.频率计算有软件中的循环、条件结构和移位寄存器实现，再利用索引值之差和实际的采样时间间隔计算出频率和周期。在系统采样过程，通常希望保证获得的高次谐波的精确性，同时排除谐波造成的误差，在程序中经常会利用滤波器来确保过0点的点是唯一的。若频率偏差大于或小于0.1Hz此系统都会发出报警。1.3.3谐波分析模块需要设计一个模块能对采集到的信号进行谐波分析，其中包含了基波谐波的测量，基波频率的测量，以及谐波幅值的总的失真度的计算等功能。根据《电能质量电力系统频率允许偏差》（GB/T15945-2008）的规定：我国电网系统电力的标准频率为50hz，在正常情况下允许的偏差为+0.2hz—0.2hz之间，若系统的容量相对正常情况下偏小时，频率的偏差可放宽至-0.5hz-+0.5hz。我国主流的频率偏差设置一般为正负0.2hz。本系统还包含了错误输出功能，能够保证在频率偏差超过正负0.5hz时警示人员注意。在下图为谐波分析的模块和程序框图。因labview提供的谐波分析模块很好的融入了FFT算法，别可以根据此算法很好的计算出谐波的含有率、谐波电平和THD（可反应谐波总含量）等。1.3.4三相不平衡模块设计电能质量还包含有的一个指标就是三相电压/电流平衡度。其测量的流程如表格所示：开始开始测量三相电压/电流测量三相电压/电流提取三相电压/电流基波分量提取三相电压/电流基波分量结束结束图中L=a4这一个系统忽略了零序分量，只要得到三相电压或者电流的有效值便能算出三相电压不平衡度。因此信号源的选择就变的非常重要，为了后期更为精准的比较，本系统选用三相三线制系统作为信号采集的来源，在程序中选取一个点去测三相电压/电流不平衡度。此系统集成了对三相电压/电流的不平衡度的分析的输出。下图为三相不平衡度的程序设计框图。1.3.5电压波动及闪变的模块1.波动测量模块该模块主要用于测量电压的波动情况以及对此数据进行计算分析，因为在电压数据的采集中，经常有噪音信号和谐波信号的干扰而使得采集到的信号发生偏差，因此在采用采集卡获取信号的同时也需要通过电压偏差计算公式和软件运算去获取实时的、受干扰较少的电压信号，因此程序的避噪设计在实际使用中非常重要，以下为电压波动的计算程序框图：2.闪变测量模块闪变是因为电网电压波动从而影响灯光的照明效果而对人的视觉系统产生刺激的效果。测量闪变模块主要是计算电网提供电压的短时闪变值和长时闪变值，这两个指标都是基于对瞬时闪变值统计计算的基础上获取。两者不仅可以单独进行分析，也可以同时进行分析。为了实现闪变的测量往往需要进行信号采集、计算有效值、长时闪变值和短时闪变值等组成。以下为闪变测量模块的前面板短时闪变值的单位一般用S（t）来衡量，这就是人对电压波动而产生的主要视觉反应。在CPF曲线中