基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统的设计与实现

摘要

在电力市场环境下，电能质量将影响电能的价格。随着我国经济的发展，各种工业生产对电能质量的要求越来越高，及时准确地得到电能质量参数，对于工业生产有重要的指导意义。不同的电力用户对电能质量有不同的需求，解决电力系统的电能质量问题，首先就需要对电能质量参数进行实时的监测和分析，从而能够正确评估电能质量的好坏，及时地找出引起电能质量恶化的原因，进一步提出解决电能质量问题的整改方案，为有关部门采取有效措施隔离或降低电能质量恶化的危害提供决策支持，因此需要对电能质量进行科学的评估。 目前国内使用的各种电能质量测量仪器由于开发时间早、技术相对落后、测量的精度和实时性尚不能完全满足测量要求。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即(Virtual Instrument，简称VI)技术的不断发展。由于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，本论文提出了电能质量参数综合测试仪的设计思路及其实现方法，该方法应用数字信号处理技术和虚拟仪器技术，利用LabVIEW灵活的数据流编程能力和强大的函数库，完成电能质量在线监测终端的开发，该终端能够同时监测电网谐波、电压偏差、频率偏差、波动闪变、三相不平衡度五项国家标准所规定的稳态电能质量指标。该装置开发维护费用低，技术更新快，克服了传统的监测系统功能单一、升级复杂、成本高等缺点，能很好进行远程测量和监控，并能对监测结果进行深入分析，从而可为电力部门提供较为详细的电能质量监测分析结果。 本文概述了电能质量问题的背景，从有关标准着手，对测量中遇到的一些共有问题进行了详细的理论分析，采用了多种改进的的分析测量方法和实现方式提升测量精度简化系统构成，如采用用补偿迭代算法计算闪变，利用内插的方法对过零检测测频法进行改进频率参数的测量，采用LabVIEW图形化软件实现了原来用硬件实现的FFT变换、防频谱泄漏和抗混叠等一系列功能。 通过实际的测量，证明了本系统能够进行高精度的电能质量测量和分析。 最后，对系统测量的误差和干扰提出了提升精度的措施，对研究中存在的不足和需要加强的地方做出了总结，指出项目的进一步研究工作展望与设想。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1电能质量问题研究的意义及重要性

1.2电能质量监测技术的研究现状及发展

1.2.1国际电能质量监测系统研究状况

1.2.2国内电能质量监测系统研究状况

1.2.3电能质量监测技术的发展方向

1.3本文的主要工作

第二章 电能质量指标及其测量方法

2.1电能质量指标的制定

2.2供电电压允许偏差

2.3电力系统频率允许偏差

2.4谐波的定义及谐波源

2.5电压波动和闪变

2.6三相不平衡度

第三章 电能质量测量中的信号处理方法及其要点

3.1交流电量的数字测量实现方法

3.2利用傅立叶变换实现电能质量各项指标的计算

3.2.1离散傅立叶变换(DFT)计算原理

3.2.2快速傅立叶变换(DFT)的计算原理

3.3谐波测量中的要点

3.3.1采样定理

3.3.2混叠现象

3.3.3泄漏效应

3.3.4栅栏效应

3.3.5软同步采样

3.4闪变测量的数字化实现方法

3.4.1闪变的基本概念

3.4.2闪变测量的理论原理

3.4.3 IEC推荐的闪变仪

3.4.4用补偿迭代算法测量闪变

第四章 虚拟化电能质量监测系统的设计与实现

4.1虚拟仪器的构成及特点

4.1.1虚拟仪器的基本概念

4.1.2虚拟仪器的典型构成

4.1.3虚拟仪器与传统仪器的比较

4.2硬件设计

4.2.1传感器

4.2.2抗混叠低通滤波器

4.2.3.A/D采集卡

4.3软件设计

4.3.1 LabVIEW的概念与特点

4.3.2电能质量监测系统的软件结构

第五章 实验结果及误差分析

5.1实验系统设计

5.2实验结果与比较分析

5.3提高系统精度的方法

5.3.1干扰源及抑制干扰措施

5.3.2系统的误差补偿

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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