基于LabVIEW的电能质量检测和分析系统
基于 Labview 的电能质量监测系统设计
基于Labview 的电能质量监测系统设计以虚拟仪器技术为基础来进行监视电能质量的研究，在应用Labview 软件进行解析的前提下，设计出强大的信号处理和数据分析能力的虚拟仪器检测装置，能够满足实时捕获电能质量的多种指标数据的功能，实时参数可以通过各模块准确显示。
标签：Labview；电能质量；监测0 前言Labview 故名思意，是以图形为基础的一种编译开发语言，以框图的样式展现在我们面前，目前在开发测量和控制系统方面被经常使用。
Labview 的开发环境具有研发人员和工程人员在工作中所需要的各种工具。
1 系统总体设计电能质量的监测将在Labview 中进行，首先，三相信号通过信号调理电路后把数据转换成适于数据采集板（DAQ）的电压信号（一般是±5V～±10V），DAQ 板将模拟信号装换能软件能识别的数字信号，之后模拟信号被传输进入Labview 软件，再进一步分析，完成测量任务。
本系统的特色之一就是结合了电力系统分析、虚拟仪器技术以及模拟电子技术，选用了适合的传感器，使得测量更加准确。
并利用模拟电子技术的知识，设计出合适信号调理电路。
该系统不但可以在电力系统正常运行时监测电能质量，还可以在电力系统暂态波动时，对电压的急剧变化进行监视和记录，在实际使用中有着优秀的表现。
该系统逻辑性，数据解析能力和控制力较强，因为使用了高级语言编译软件，所以高稳定性和高挪用性也是该系统的特点。
以MPU 和MCU 为核心的常规电能质量检测仪器，功能比较单一，解析处理数据和信号的能力不够优秀，比较适宜于电能质量的定时巡检和专项检测，在电能质量检测方面不具有主动性，并且没有全面展示电能质量问题的能力。
现如今，测控技术的发展方向和大体趋势是以虚拟仪器为代表，所以推行和探究以虚拟仪器技术为基础的电能质量监测装置和系统是电能质量监测领域当前发展的方向，也是一种新方法、新技术。
2 Labview 开发平台设计Labview 开发平台主要由功率测量模块、谐波分析模块、不平衡度和相角模块、基础参数模块等4部分组成。
LabVIEW在电力系统电能监测与分析中的应用
LabVIEW在电力系统电能监测与分析中的应用LabVIEW是一种强大的虚拟仪器平台和开发环境，广泛应用于测量、控制和数据采集等领域。
在电力系统中，电能的监测与分析对于提高电能的利用效率和确保电力供应的安全稳定具有重要意义。
本文将介绍LabVIEW在电力系统电能监测与分析中的应用。
一、LabVIEW在电能监测中的应用1. 数据采集和信号处理LabVIEW具有强大的数据采集功能，可以通过各种传感器和仪器获取电能监测所需的数据，如电压、电流、功率、功率因数等。
同时，LabVIEW还提供了丰富的信号处理工具和算法，可以对采集到的数据进行滤波、傅里叶变换、谱分析等处理，提高数据的质量和可用性。
2. 实时显示和报警通过LabVIEW的用户界面设计工具，可以方便地创建电能监测系统的实时显示界面。
用户可以实时查看电能参数的变化趋势和波形图，并设置报警条件，当电能参数超过预设范围时自动触发报警，及时采取措施避免潜在的电力故障或事故。
3. 数据存储与管理LabVIEW支持将采集到的数据保存到数据库中，以便后续的查询和分析。
用户可以自定义数据存储格式和频率，合理管理历史数据，便于对电能的长期监测和分析。
二、LabVIEW在电能分析中的应用1. 负荷分析LabVIEW可以对电能数据进行负荷分析，包括负荷曲线绘制和负荷变化预测。
通过对历史数据的分析，可以了解电能负荷的变化规律和趋势，提前做好负荷调整和优化。
2. 故障检测与诊断LabVIEW提供了丰富的故障检测和诊断工具，可以基于采集到的电能数据进行故障分析。
通过对电流、电压等参数的变化进行实时监测和分析，可以及时发现电力系统中的故障，诊断故障原因，并采取相应的修复措施。
3. 能效评估与优化LabVIEW可以通过对电能参数的监测和分析，评估电能的利用效率和能效水平，找出能效低下的设备和系统，并提出改进措施。
通过电能优化设计和管理，可以提高电能的利用效率，降低能源消耗和排放。
Labview在电能质量监测与分析中的应用探讨
Labview在电能质量监测与分析中的应用探讨现代社会对电能质量的要求越来越高，特别是在工业和商业领域中。
电能质量问题可能导致设备故障、能源浪费以及对环境和人体健康造成潜在危害。
因此，实时监测和准确分析电能质量变得尤为重要。
Labview是一种广泛应用于工程与科学领域的图形化编程语言和开发环境。
它以其灵活性、可扩展性以及易于使用而受到了广泛关注。
Labview可以与各种硬件设备和传感器进行集成，可用于采集、测量和分析各种类型的数据。
在电能质量监测与分析中，Labview的应用逐渐受到了重视。
首先，Labview提供了一种直观、可视化的方法来监测电能质量。
通过连接传感器和采集卡，Labview可以实时采集各种电能质量参数，如电压、电流、功率因数、谐波等。
使用Labview的图形化编程界面，用户可以自定义监测界面，将实时数据以图表、曲线等形式展示出来，直观地了解电能质量的情况。
这种直观可视化方式不仅提高了数据的可理解性，也便于各类人员进行实时监测和分析。
其次，Labview提供了丰富的分析工具来评估电能质量。
Labview具有强大的数据处理和分析功能，可以对实时采集的电能质量数据进行计算、滤波、傅立叶变换等操作。
借助这些分析工具，用户可以检测电能质量中的异常波形、谐波、间歇性事件等，并进行深入分析。
Labview还支持自定义算法和模型的开发，用户可以根据实际需要进行灵活的分析和判断。
这种数据处理和分析的能力大大提高了电能质量监测的准确性和效率。
此外，Labview还支持与数据库和其他软件系统的集成，实现电能质量数据的长期存储和管理。
通过将Labview与数据库系统进行连接，可以将实时采集的电能质量数据存储到数据库中，便于后续的查询和分析。
同时，Labview还可以与其他软件系统集成，比如SCADA系统、能源管理系统等，实现电能质量监测数据的共享和综合分析。
这种集成能力为用户提供了更多的选择和灵活性，使电能质量监测更加便捷和高效。
基于LabVIEW的电力系统电能质量监测与管理设计
基于LabVIEW的电力系统电能质量监测与管理设计电能质量是电力系统的重要指标之一，它与电力供应的稳定性和可靠性密切相关。
为了确保电力系统的正常运行和用户的用电质量，需要进行电能质量的监测与管理。
本文将介绍一个基于LabVIEW的电力系统电能质量监测与管理设计方案。
一、引言电能质量问题包括电压波动、电压闪变、电压谐波、电流谐波等，它们会影响电力设备的正常运行和用户的用电质量。
因此，电能质量监测与管理变得至关重要。
本设计方案基于LabVIEW软件，通过采集、分析和处理电能质量相关数据，实现对电能质量的监测与管理。
二、系统架构本系统由三个主要模块组成：数据采集模块、数据分析模块和报警管理模块。
其中，数据采集模块负责采集电能质量相关数据，数据分析模块用于对采集的数据进行分析和处理，报警管理模块用于实时监测电能质量，并在异常情况下发送警报。
三、数据采集模块数据采集模块采用LabVIEW的数据采集功能，通过连接电力设备与计算机，实时采集电能质量相关数据。
电力设备可以是电力质量分析仪、电能表等，采集的数据包括电压、电流、功率因数等。
通过LabVIEW的数据采集功能，可以实现对数据的实时采集和传输。
四、数据分析模块数据分析模块通过使用LabVIEW的数据处理功能，对采集的电能质量数据进行分析和处理。
首先，对采集的数据进行滤波去噪处理，以消除数据中的干扰和噪声。
然后，利用LabVIEW的信号处理工具箱，对数据进行频谱分析，以检测电压谐波和电流谐波等问题。
最后，根据国家标准和电力系统的要求，对数据进行判断和评估，以确定电能质量是否符合规定。
五、报警管理模块报警管理模块用于实时监测电能质量，并在异常情况下发送警报。
当电能质量超出设定的阈值范围时，系统会自动发送报警信息，以提醒相关人员及时处理。
报警信息可以通过短信、邮件等方式发送，确保异常情况能够及时得到处理。
六、系统实现与应用基于LabVIEW的电力系统电能质量监测与管理设计方案可以在电力系统中广泛应用。
基于LabVIEW的电能质量参数监测系统的研究
基于LabVIEW的电能质量参数监测系统的研究摘要针对传统硬件为基础的电能质量参数监测系统进行改进，设计了一套以LabVIEW为核心平台的电能质量监测系统。
通过软硬件结合，利用数据采集卡实时采集电能质量参数信号，实现了长期高效自主运行，实时测算，用户分权限管理等功能。
与传统分析仪相比，使用成本低，数据处理能力强，产品升级迭代快等优点。
关键词电能质量；虚拟仪器；数据采集；实时测算Abstract Based on the traditional hardware，the quality parameter monitoring system is improved，and a set of power quality monitoring system is designed with LabVIEW as the core platform. Through the combination of hardware and software，the data acquisition card is used to collect the power quality parameter signal in real time，and realize the function of long-term，high efficiency，autonomous operation，real-time measurement，user’s permission management and so on. Compared with the traditional analyzer，the cost is low，the data processing ability is strong，the product is upgraded iteratively and so on.Key words Power quality；Virtual instruments；Data collection；Real-time measurement目前，伴随着社会高速发展，对电能需求与日俱增的同时，电能质量的要求也愈加严格[1]。
基于LabVIEW的电能质量检测和分析系统
基于LabVIEW的电能质量检测和分析系统基于ＬａｂＶＩＥＷ的电能质量检测和分析系统李震梅胡⽂军饶明忠（⼭东理⼯⼤学电⼦系２５５０１２）确１乃摘要介绍了虚拟仪器的电能质量监测和分析系统的组成，介绍了ＬａｂＶＩＥＷ软件实现的频率跟踪技术，并介绍了使⽤⽹络对电能质量进⾏远程检测和数据分析的⽅法，最后给出了部分程序。
关键词虚拟仪器电能质量ＬａｂＶＩＥＷ频率跟踪技术１引宦现代社会中，电能是⼀种最为⼴泛使⽤的能源，其应⽤程度是⼀个国家发展⽔平的主要标志之⼀。
随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求越来越⾼。
电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益，提⾼电能质量有巨⼤的经济效益，因此，建⽴和实施电能质量的检测和分析是提⾼电能质量的⼀个重要技术⼿段。
本⽂⾸先介绍已开发出的基于虚拟仪器的电能质量测试与分析系统所采⽤的硬件、软件及部分参数的检测和分析⽅法，介绍该系统采⽤的频率跟踪技术及使⽤⽹络对电能质量进⾏远程的检测和数据分析的⽅法。
２系统采⽤的硬件本系统的硬件采⽤传感器、信号调理模块、数据采集卡、计算机，主要硬件配置如图１所⽰。
图１硬件配量这⾥要把被测的强电信号转换成弱电信号。
出于对系统的可靠性与安全性⽅⾯的考虑，仪器与各种强电信号在电⽓上必须是隔离的，不能把电压和电流信号直接送到虚拟仪器，因此使⽤了电压互感器（ＰＴ）和电流互感器（ＣＴ）。
为了⽅便测量，可以选⽤不同规格的钳式电流传感器，隔离部分使⽤了ＡＤ公司的专⽤ＣＭＯＳ隔离放⼤器ＡＤ２０４。
它是⼀种变压器耦合的双端⼝隔离放⼤器，其特点是体积⼩，精度⾼，通带宽，输⼊灵活。
抗混叠滤波器是前向通道的主要组成部分，滤波芯⽚采⽤ＭＡＸＩＭ公司的ＭＡＸ２７５，组成四阶低通滤波器。
数据采集卡选⽤ＮＩ公司⽣产的全功能数据采集卡ＰＣ－－６０２３Ｅ，它由多路开关、放⼤器、采样保持电路、Ａ／Ｄ转换器及Ｄ／Ａ转换器组成。
它能够完成信号采集（Ａ／Ｄ）、数字信号的模拟输出（Ｄ／Ａ）以及定时／ｉｆ数等功能，１２位精度，具有１６个模拟输⼊通道，３２条数字Ｉ／Ｏ线、两路２４位的计数器（⽤于定时／计数等功能），能提供三种信号输⼊⽅式，量程为±１０，单通道最⼤采样率是２００ｋＳ／ｓ。
基于LabVIEW电能质量测量系统设计
近年来 ， 随着电力供应 紧张局 面的初步缓 解 、 电能质 量 的 日益恶化和 用户对 电能质量 要求 的不断 提高 ， 一问 题 这 已引起 了各级 电力部 门的高度 重 视 ， 国家 已颁 布 了有关 的 技术标准 。专 门监视记 录电压合格 率 的 自动装 置已在一 些 电力部 门投入实际运 行 ， 不少 的微 机式故 障录波 器 、 电站 变 自动化系统等 装置 中也 考虑 了兼顾 电能质 量监 视 的问题 。 然而 ， 目前 为止 ， 到 国内对 电能质量 的检测 分析手 段 比较 落
中图 分 类 号 ：ＴＭ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
Ｐｏ ｒ ｑ ａ ｉｙ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｂ ＥＷ ｗｅ ｕ ｌｔ ａ ｕ ｅ ｎｔｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ａ ｅ ｎ Ｌａ ＶＩ
Ｌｉ ｅ ｎ’ Ｓ
（ ． ｈ ｎ ｓ ａ ｏ ｙ ｅ ｈ ｉ ， ｏ ｇ ｈ ｎ ５ ８ ０ ； ．Ｓ ｔ ｉ ａ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ １ Ｚ ｏ ｇ ｈ ｎ Ｐ ｌ ｔ ｃ ｎ ｃ Ｚｈ ｎ ｓ ａ ２ ４ ４ ２ ｏｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌｇ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０）
ｒ ｓ ｌ ａ ｄ ｄ ｔ ａ ｋ ｅ ｕｔ ｎ ａａｂ ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖｒ ｕ ｌ ｎ ｔ ｕ ｎ ；Ｌ ｂ Ｅ ；ｐ ｗｅ ｕ ｌ ｙ；ｄ ｇ ｔ ｌ ｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｙ ｒ ｓ ｉｔ ａ ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ＶＩ Ｗ ｏ ｒ ｑ ａｉ ｔ ｉｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｓｎ ． ａ ｓ ｐ
ｐ ｅ ｉ ｕ ｌ ａ ｒ ｄ ｏ ｔｂ ａ ｄ ｒ ． Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｉｐ ａ ｈ ｅ － ｈ ｓ ｏｔ ｇ ｖ ，ｐ ａ ｅ ａ ａｙ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｖｏ ｓｙ ｃ ｒ ｉ ｕ ｙ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｅ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｄｓ ｌｙ ｔ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｖ ｌ ｅ ｗａ ｅ ｈ ｓ ， ｎ ｌ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ａ…电子测
利用LabVIEW进行电力系统电能质量分析与改善
利用LabVIEW进行电力系统电能质量分析与改善电力系统电能质量（Power Quality）对于现代社会的正常运行至关重要。
由于电力系统中存在诸如电压波动、谐波等问题，电能质量的分析与改善成为了迫切需求。
本文将介绍如何利用LabVIEW进行电力系统电能质量分析与改善的方法和技巧。
第一节：LabVIEW简介与基础知识LabVIEW是一款基于图形化编程语言G语言的开发环境，广泛应用于各领域的数据采集、数据处理和控制系统设计等方面。
在进行电力系统电能质量分析与改善时，我们可以充分利用LabVIEW的强大功能和图形化开发界面来完成相关任务。
第二节：电能质量参数分析为了进行电能质量分析，我们首先需要确立一些关键的电能质量参数，包括电压波动、电压谐波、电流谐波、电压暂降与电压暂升等。
利用LabVIEW的信号处理、频谱分析等功能模块，我们可以对采集的电力系统数据进行处理，获得相应的电能质量参数值。
第三节：电能质量改善方法在实际应用中，电力系统电能质量的改善是十分重要的。
通过采用合适的方法，可以有效减少电能质量问题对设备运行的影响。
在本节中，我们将介绍一些常见的电能质量改善方法，并结合LabVIEW的控制系统设计功能，展示如何利用LabVIEW进行电能质量的改善。
1. 电能质量改善方法一：安装滤波器滤波器是一种常见的电能质量改善设备，可用于抑制谐波和滤除电力系统中的干扰。
通过LabVIEW控制系统设计功能，我们可以实现对滤波器的在线监测和控制，实时调整滤波器的工作参数，以达到电能质量改善的目的。
2. 电能质量改善方法二：控制谐波产生设备谐波产生设备是引起电能质量问题的主要原因之一。
通过对谐波产生设备进行控制和管理，可以有效减少谐波对电力系统的影响。
LabVIEW提供了丰富的控制系统设计功能，我们可以利用这些功能实现对谐波产生设备的控制与管理。
3. 电能质量改善方法三：优化电力系统拓扑结构合理的电力系统拓扑结构可以降低电力系统中电能质量问题的发生率。
基于labview的电能质量监测系统软件设计
石家庄铁道大学毕业设计基于LabVIEW的电能质量监测系统软件设计Software Design of Power Quality MonitoringSystem Based on LabVIEW2013届电气与电子工程学院专业电气工程及其自动化学号学生姓名指导教师完成日期2013年6月10日学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化毕业设计题目基于LabVIEW的电能质量监测系统软件设计指导教师姓名指导教师职称教授评定成绩指导教师得分评阅人得分答辩小得分组组长成绩：院长签字：年月日题目基于LabVIEW的电能质量监测系统软件设计学生姓名学号班级专业电气工程及其自动化承担指导任务单位电气与电子工程学院导师姓名导师职称教授一、主要内容本课题的主要内容是基于LabVIEW平台的电能质量监测系统软件设计。
二、基本要求要求在LabVIEW平台上实现对变电所电压的幅值、频率、三相不平衡度、谐波、波动与闪变及电流等的相关参数的检测、分析和显示等功能。
三、主要技术指标(1)实现电能质量相关参数的监测和数据分析；(2)系统应具备数据实时采集、分析统计、图形显示和报警功能模块；(3)具备友好的人机界面。
四、应收集的资料及参考文献与LabVIEW软件技术相关的书籍；电能质量相关国家标准；与波形分析相关文章和书籍资料；界面设计的相关规范等。
五、进度计划第1周–第3周：学习LabVIEW编程技术、查阅相关资料；第4周–第6周：系统划分模块及概要设计；第7周–第13周：各模块软件详细设计及调试；第14周–第16周：系统联调、设计说明书撰写与答辩。
教研室主任签字时间年月日毕业设计开题报告题目基于LabVIEW的电能质量监测系统软件设计学生姓名学号班级专业电气工程及自动化一、研究背景从20世纪80年代以来，伴随着高技术的新型电力负荷迅速发展以及它们对电能质量不断提出的更高要求，电能质量问题得到了普遍的关注和深入的讨论。
其原因归纳起来有以下二个方面：(1)现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，具有非线性、冲击性以及不平衡用电特性的负荷(如电弧炉、电气化铁路、整流装置等)迅速发展，很大程度上削弱和干扰了电网的经济运行；(2)为了提高劳动生产率和自动化水平，大量基于计算机系统的控制设备和电子装置投入使用，这些装置对电能质量问题非常敏感。
基于LabVIEW的电能质量监测系统设计
基于LabVIEW的电能质量监测系统设计杨猛1 程林21. 身份证号码：1102241987****3214 陕西 西安 710000；2. 身份证号码：2101811987****2416 陕西 西安 710000 摘 要 为实现电能质量指标参数的精确、高效、快捷监测分析，以进一步改善电能质量，本文在给出电能质量监测指标计算分析方法的基础上，结合虚拟仪器技术，进行监测系统的硬件设计，并在LabVIEW平台下，给出数据采集以及三相电压、频率、三相不平衡度、电力谐波等电能质量指标监测的软件实现。
仿真测试结果表明，本文所设计的电能质量监测系统能够实现电能质量指标的实时监测，满足国标测量精度要求，且具备长时间运行的稳定性。
关键词 电能质量；LabVIEW；监测指标；实时监测Design of Power Quality Monitoring System Based on LabVIEWYang Meng1Cheng Lin21. 1102241987****3214 Xi’an 710000, Shaanxi Province, China;2. 2101811987****2416 Xi’an 710000, Shaanxi Province, ChinaAbstract In order to realize the accurate, efficient and fast monitoring and analysis of power quality index parameters and further improve the power quality, on the basis of the calculation and analysis method of the power quality monitoring index, this article combines the virtual instrument technology to design the hardware of the monitoring system, and in the LabVIEW platform, the software achieves the functions of data acquisition and three-phase voltage, frequency, three-phase unbalance, power harmonics and other power quality index monitoring. The simulation test results show that the power quality monitoring system designed in this article can realize real-time monitoring of power quality index, meet the measurement accuracy requirements of the national standard, and have long-term operation stability.Key words power quality; LabVIEW; monitoring index; real-time monitoring引言电能作为一种特殊能源，被广泛应用于现代社会的各行各业中[1]。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于LabVIEW 的电能质量检测和分析系统李震梅 胡文军 饶明忠(山东理工大学电子系 255012) 摘 要 介绍了虚拟仪器的电能质量监测和分析系统的组成,介绍了LabV IEW 软件实现的频率跟踪技术,并介绍了使用网络对电能质量进行远程检测和数据分析的方法,最后给出了部分程序。
关键词 虚拟仪器 电能质量 LabV IEW 频率跟踪技术1 引言现代社会中,电能是一种最为广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。
随着科学技术和国民经济的发展,对电能质量的要求越来越高。
电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益,提高电能质量有巨大的经济效益,因此,建立和实施电能质量的检测和分析是提高电能质量的一个重要技术手段。
本文首先介绍已开发出的基于虚拟仪器的电能质量测试与分析系统所采用的硬件、软件及部分参数的检测和分析方法,介绍该系统采用的频率跟踪技术及使用网络对电能质量进行远程的检测和数据分析的方法。
2 系统采用的硬件本系统的硬件采用传感器、信号调理模块、数据采集卡、计算机,主要硬件配置如图1所示。
这里要把被测的强电信号转换成弱电信号。
出于对系统的可靠性与安全性方面的考虑,仪器与各种强电信号在电气上必须是隔离的,不能把电压和电流信号直接送到虚拟仪器,因此使用了电压互感器(PT )和电流互感器(CT )。
为了方便测量,可以选用不同规格的钳式电流传感器,隔离部分使用了AD 公司的专用CMOS 隔离放大器AD204。
它是一种变压器耦合的双端口隔离放大器,其特点是体积小,精度高,通带宽,输入灵活。
抗混叠滤波器是前向通道的主要组成部分,滤波芯片采用MAXIM 公司的MAX275,组成四阶低通滤波器。
数据采集卡选用N I 公司生产的全功能数据采集卡PC —6023E ,它由多路开关、放大器、采样保持电路、A/D 转换器及D/A 转换器组成。
它能够完成信号采集(A/D )、数字信号的模拟输出(D/A )以及定时/计数等功能,12位精度,具有16个模拟输入通道,32条数字I/O 线、两路24位的计数器(用于定时/计数等功能),能提供三种信号输入方式,量程为±10,单通道最大采样率是200kS/s 。
3 系统软件开发环境及电能质量主要参数的监测与分析方法311 系统软件开发环境本系统软件开发环境为美国N I 公司开发的LabV IEW ,N I 公司提供的LabV IEW 开发平台是利用G 语言(即图形化语言)进行编程,在国际测控领域它的普及率是非常高的。
LabV IEW 使用可视化技术建立人机界面(即虚拟仪器操作面板),继承了传统编程语言中结构化和模块化的优点,采用编译方式运行32位应用程序,提高了运行程序的速度。
LabV IEW 还提供了一种数据流的编程模式,用户只要连接各个框图即可构成程序,同时还提供了大量的程序库。
因此利用LabV IEW 来开发虚拟仪器可以大大地缩短虚拟仪器系统的开发周期。
312 电能质量主要参数的监测与分析方法本系统能组成智能测控网络,能够实时的显示三相电压电流的波形,经过分析计算将显示以下参数:频率、电压有效值、电压偏差、三相电压不平衡、电压谐波总畸变度率、2～64次谐波电压含有率、电压波动与闪变等40多项指标。
当某指标超过国标则报警,并保留最近超标的原始数据。
同时汇总出日、月、年电能质量统计报表。
下面简单地介绍一下电能质量某些指标的监测和分析方—52—・测控技术・《电工技术杂志》2003年第5期法。
31211 电压允许偏差电压偏差的表达式电压偏差(%)=(实测电压-额定电压)额定电压×100%31212 电压波动与闪变的检测(1)电压波动检测方法 本系统采用的是平方检测法,即电网电压经过平方后,再通过0105～35Hz 的带通滤波器滤去直流分量和工频及以上的频率分量,便可检测出调幅波即电压波动分量。
电压波动值为ΔU =U f -U gU N×100%式中 U f ———调幅波波峰电压U g ———调幅波波谷电压U N ———供电系统的额定电压(2)闪变 闪变是人对照度波动的主观视感,表现于灯—眼—脑,即人眼对白炽灯闪变的反映,而这种感觉又和人的大脑有关,因此在分析闪变时需要建立一个能够模拟灯—眼—脑环节的数学模型,然后对得到的波形进行统计处理。
IEC 已经给出了闪变检测方法的设计标准(模拟方式),我们在数字化实现上,主要用到了高通、带通等数字滤波器,LabV IEW 提供了13种滤波器图标,我们选择了巴特沃斯滤波器,通过统计计算可得到瞬时闪变视感度S (t )、短时间闪变严重度P st 等,同时能输出平方解调后的波形和调幅波形等。
31213 三相不平衡度对电力三相不平衡度的分析可以通过对称分量法进行,在分解出正序和负序分量之后,三相不平衡度就可以求出。
计算三相不平衡度可以通过下面的简化算式求得εU =A 2A 1×100%=1-3-6β1+3-6β×100%式中 β=K 4+L 4+M4(K 2+L 2+M 2)2 K 、L 、M ———三个线电压的幅值31214 谐波分析谐波分析中要测量的内容为各次谐波的含有量、总谐波畸变率、谐波功率等。
谐波分析的方法很多,在理论和实现上都比较成熟的是采用快速傅立叶变换(FFT ),LabVIEW 提供了谐波分析软件包,以供直接进行快速频谱分析。
4 频率跟踪技术当对稳态电力信号进行频谱分析时,通常采用快速傅立叶变换(FFT ),电网中电压的基波频率在50Hz 上下波动,当采样频率和电力信号基频不同步时,将造成信号截断而产生测量误差。
如果按照固定的基波频率为50Hz 来确定采样率,就必然产生频谱泄漏效应,由于系统的惯性,相邻几个周波的频率变化却很小。
因此,可采用频率跟踪技术来跟踪系统基波频率的变化,保证在基波频率出现波动时实现均匀采样。
数据采集使用了AIWave formScan 1vi ,它能够以指定的采样率从指定的通道(单通道)采集指定点数的数据。
在每次测试之前,以尽可能高的速度对电网A 、B 、C 三相电压进行连续8个周波的采样,然后进行过零检测和计算每相频率、周期,最后取三相电压周期的平均值作为电力信号周期。
对计算周期进行N (如128)等分,就得到本次测试的采样间隔。
在基频测试中,考虑到谐波成分会使一个电压周期中含有多于两个的过零点,所以在频率计算前加入了一个巴特沃兹低通滤波器。
由于三次及以上的高次谐波易引起多于两个的过零点,因此将滤波器的截止频率定为125Hz ,以滤除可能产生多余零点的谐波、扰动、噪声等高频分量。
考虑到实际信号采集时,几乎无法准确采集到零点时刻,在程序的算法实现中,我们是通过信号前一时刻和后一时刻采样值的变化来判断过零点的,通常依据两值乘积为小于等于0来判断(当然也必须考虑到信号采集时,有可能采集到零点时刻),找出信号过零的时刻。
在软件实现时,信号被采样离散化而用一数组表示,假如条件1:前一序号(如为k )所对应的采样值与后一序号(k +1)所对应的采样值的乘积小于等于零;条件2:后一序号(k +1)所对应的采样值与序号(k +2)所对应的采样值的乘积大于等于零。
当条件1与条件2同时满足时,则保留零点前后的序号和这些序号所对应的采样值,然后再根据线性插值法较为准确的计算过零点的时刻。
频率计算主要是通过过零点时刻之差以及实际采样时间间隔,计算出周期和频率的大小。
此外由于低通滤波器有一动态响应过程,输出的波形在达到稳态时候有一个过渡过程,因此,在进行周期计算时—62—《电工技术杂志》2003年第5期基于LabV IEW 的电能质量检测和分析系统需要取出稳态的波形,以保证频率计算的准确性。
过零检测子程序如图2所示。
图2 过零检测子程序5 系统的网络功能把网络技术与虚拟仪器相结合,构成网络虚拟仪器系统,是虚拟仪器系统发展的方向之一。
本系统采用的是C/S (Clients/Servers )模式,即客户/服务器模式。
即有多个客户端来采集数据,有一个服务器充当数据库的角色,客户端通过通信协议把测试数据写入远程服务器数据库。
这要做两方面的开发:一个是客户端采集程序和数据远程发布的程序设计;另一个是服务器端数据的接收程序设计。
511 客户端程序设计在客户机的框图程序中,首先指定网络端口,并用TCP Listen 图标建立听者,等待服务器的连接请求,这是初始化的过程。
程序采用两个TCP Write 图标来发送数据,第一个图标发送数据的长度,第二个图标发送数据。
这种发送方式有利于服务器接收数据。
下面是向服务器写数据的框图程序,如图3所示。
图3 客户端程序512 服务器端程序设计与客户机的框图程序相对应,服务器也采用两个TCP Read 图标来读出客户机送来的数据。
第一个图标读出数据的长度,第二个根据这个长度将数据全部读出,系统采用这种方法可以有效地发送、接收数据,并保证数据不丢失。
下面是服务器读取来自客户端数据的框图程序,如图4所示。
当用TCP/IP 图标进行通信时,需要在客户机程序中指定网络通信端口,服务器也要指定相同网络通信端口,端口值可以任意指定,只要客户机与服务器的端口保持一致即可(如指定端口号为100)。
在服务器程序中必须首先指定客户机的名称才能与客户机建立连接,客户机的名称是指客户机的计算机名。
在实际测量中,客户端不仅仅只是采集数据,它可以安装系统程序,直接对电能质量进行监测和分析,同时还可以通过通信协议把测试数据写入远程数据库服务器。
图4 服务器端程序6 实验与测试我们做了大量的模拟试验,并且进行了现场测试实验,结果表明该监测系统运行可靠,测量方法科学,测量精度高,现场监测方案满足国家标准,适应工程应用的要求。
以下是部分实验结果。
利用高精度的标准信号发生器作为信号源来测量频率,测试结果如表1所示;为检查谐波分析的性能,用方波作为测试信号,测试结果如表2所示。
此结果表明,本谐波分析未超出国家A 级谐波测量仪的允许误差范围。
IEC 通过大量的实验得到使S =1时的各个频率电压波动ΔU ,根据这些数据进行仿真,得到对应的瞬时闪变视感度S 和视感度系数的结果,如表3所示。
从表中看出,实现方法效果良好。
(下转第49页)基于LabV IEW 的电能质量检测和分析系统《电工技术杂志》2003年第5期表4 改造后的历年夏季波动负荷年份实际值/MW改造值/MW年份实际值/MW改造值/MW1996694814199921221882 19971232992200025282260 199811941314200123342334 对改造后的夏季波动负荷进行分析,波动负荷的增长具有较强的规律性,略高于线性增长速度,以幂函数y=728142x016468预测2002年夏季波动负荷大约为2550MW。