基于LabVIEW软件的电能质量监测系统

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基于LabVIEW的变速恒频双馈风力发电电能监测系统

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试灏■菽赢
基于ＬＩＷ的变速恒频ａＶｂＥ双馈风力发电电能监测系统
司媛媛郑莹莹
一
关键词．风力发电系统变速恒频
虚拟仪器电能质量实时监测
司媛媛女士，合肥工业大学电力电子专业硕士研究生郑莹莹女士，自动控制专业
恒频的电能。在风力发电过程中让风车的转速随风速而变化，并通过其他控制方式得到恒频电能的方法称为变速恒
频。在风力发电系统中，对电能质量的监测相当重要。本文以ＬｂＩ为平台ａＶＥＷ
限变流器组成。系统的结构框图如图１
所示。其工作原理是：通过计算机对风
电能质量进行监测和分析（如图２。除）实现实时检测功率、功率因数以及电压电流不平衡度线分析。通过功能强大的ＬｂＩ软件，对各种计算结果进行数ａＶＥＷ
使发电机能在亚同步、超同步两种运行
状态工作。
双馈异步
图７模拟系统结构框图
图２监测系统结构框图
墨堡壅兰旦些
６・２００６１
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２．数据处理
（）１数字同步算法的实现
在实际系统中，由于各种原因电压会发生不同程度的畸变，为了得到非畸变信号，通常采用锁相技术。将三角函
效值和相应的三相电流有效值的乘积之
和。
Ｓ＝＋ＵｌＵｌｂ＋Ｕｌｂ
（）３不平衡度
三相电压不平衡度是指三相电力系统三相不平衡的程度。造成三相电压不
定位，每半个周期过零点都需要重新定义，否则累计误差就会导致错误的结果。这么频繁的定位影响了算法的速

基于LabVIEW的电能质量监测系统研究

基于LabVIEW的电能质量监测系统研究李冬明;王厚志;高玺亮;肖洋【摘要】针对传统的电能质量分析仪以硬件为核心、功能单一、成本高、数据处理慢等问题,设计了一种基于虚拟仪器平台LabVIEW的电能质量监测系统,采用多线程处理技术实现了对电压电流8路采集信号的并行处理,采用FFT和小波变换实现对稳态参量和暂态参量的计算,最终达到对电能质量的5项指标进行实时监测与分析经测试,系统性能稳定、操作简单、可扩展性强、并达到国家电能质量检测A 级仪器标准.%The conventional power quality analyzer with the hardware as the core had single function, high cost, slow data processing and other issues. The design of a LabVIEW based virtual instrument platform for power quality monitoring system, using multi-thread processing technology for voltage and current eight-way parallel processing of acquired signals , using FFT and wavelet to calculate the steady-state parameters and transient parameters, eventually reaches the five indicators of power quality real-time monitoring and analysis. Through test, it is stable and can reach the national power quality testing A level instrument standards.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2012(017)004【总页数】7页(P57-63)【关键词】LabVIEW;电能质量;多线程;快速傅里叶变换;小波分析【作者】李冬明;王厚志;高玺亮;肖洋【作者单位】哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TM930.12随着社会不断进步发展，电能质量问题引起了企业和用户的高度重视．一方面由于电力电子装置以及非线性设备的广泛使用，给电网造成了大量谐波和波形畸变;另一方面各种高精尖仪器设备的使用，对电能的稳定提出了更高的要求［1］．针对目前国内市场的电能质量检测设备被国外产品所垄断，而国内的大部分能质量分析设备存在实时性差，处理速度慢，分析指标偏少等问题［2］，设计了以虚拟仪器为核心能质量分析系统，采用多核计算机的多线程并行处理技术［3-4］，提高了执行效率，通过快速傅里叶变换对采集信号进行50次谐波分析．根据IEC给出的模型标准，建立闪变检测评定模型;通过调用Matlab小波函数库实现信号突变检测．系统主要包括信号采集部分和LabVIEW的数据计算部分，其中信号采集部分包括信号传感器、信号调理、A/D转换、STM32、以太网数据发送;Lab-VIEW数据计算部分包括电能质量基本参量的计算、稳态参量的计算以及暂态参量计算，如图1所示．信号采集包括:信号传感器、信号调理、A/D模数转换、STM32、以太网数据发送，如图2所示．电压部分采用电阻分压的方式测量，测量范围为0～456 V，精确度为万分之五．电流部分采用元星零磁通电流互感器，测量范围为0～3．6 A，精确度等级为0．02级．A/D转换模块在整个电能质量监测系统中具有举足轻重的作用．如果A/D转换器的性能不能达到要求，将引起较大的测量误差，所以本监测装置采用TI公司08年推出的ADS1178，可以达到16位的数据采集精确度，带宽25 kHz，具有97 dB的信噪比和105 dB的总谐波失真，支持8路同时采样．同时对4路电压和4路电流信号进行采样，消除了信号由于采样问题而导致的相位延时，有效地降低了监测误差．STM32是具有ARM Cortex-M3内核的高性能低成本低功耗的嵌入式芯片，主要为A/D提供采样时钟以及将采集的数据加上UDP地址进行发送．W5300是一款多功能的单片网络接口芯片，内部集成10/100以太网控制器，主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本嵌入式系统中．网络数据传输，速率可达到80 Mbps．文本编程语言采用的是自上而下的顺序结构，但是LabVIEW是采用G语言基于数据流的编程方式，其本身就是一种并行的编程结构．在LabVIEW中数据流的起点就是一个任务的开始，所以在程序中每一条数据流，就代表一个线程．只要程序中使用了独立的数据流，LabVIEW就会给它分配一个线程．编译器可以自动识别线程并创建线程到不同的任务和循环上，再由操作系统分配到不同的核上运行［5］．根据电能质量分析的实际需要上位机同时完成数据的接收以及基本参量、稳态参量、暂态参量的计算［6］．由于数据量较大，计算过程复杂，所以将上位机部分分为4个线程．线程一:根据UDP协议接收原始数据并转换数据类型以及将混合数据分解为对应的8路信号;线程二:电能质量基本参量的计算;线程三:稳态参量的计算;线程四:暂态参量的计算．图3为软件按照数据流的方式绘制的软件流程图，程序开始至入队列为第一线程，其余3个出队列分别对应着3个线程．只有在数据接收线程执行完成后，3个出队列才能执行，由于3个基本参量，稳态参量，暂态参量是同步关系，所以这3个出队列操作同步执行，以节约时间．为了达到线程间数据的同步，线程与线程之间采用队列操作，如果计算数据队列执行较慢，数据将会自动被压缩到堆栈中，等到空闲时再出栈处理．采用UDP协议作为通信协议．UDP协议传输具有资源消耗小，处理速度快的优点，没有了TCP协议握手等复杂的校验，相比TCP协议而言具有强大的速度优势，UDP由于排除了信息可靠传递机制，将安全和排序等功能移交给上层应用来完成，极大降低了执行时间，使速度得到了保证．所以在大数据量的普通数据在传送时使用UDP较多．对UDP接收端进行端口配置，由于数据发送端每次发送8路数据，每路512个点，共8 192个字节．设置本地接收端口，UDP接收最大字节数设置为8 200，超时设置为无限等待．电能质量的基本参量包括相电压有效值、相电流有效值、线电压有效值、线电流有效值、相平均有功功率、相无功功率、相视在功率、相功率因数．采用标准的三相信号源发生器提供被测信号，以便检测系统的测量精确度．标准信号源提供的可设信息有三相电压、电流、功率因数、频率等．以电压有效值为例，相电压有效值为Ux，ux(n)为电压离散采样的序列值(x为A、B、C相)，有LabVIEW程序面板中采用索引数组将离散采样值一一选出，如图4所示．按照计算公式进行平方后求和，采样数以数据是否过零点来判定一个周期的数据个数．通过比较真实值和测量值可以分析出本系统的测量精确度如表1所示．通过真对比可以发现，系统的相电压、线电压和相电流的测量误差低于0．2%，而频率测量误差小于0．02 Hz，功率测量误差小于0．5%．图5为LabVIEW软件前面板显示结果．3.4.1 电压偏差电压偏差［7］是指实际运行电压对系统标称电压的偏差相对值，以百分数表示．根据GB/B 12325-2008供电电压偏差测量方法，将采样数据的连续10个周波的数据，连续测量并计算电压有效值的平均值，计算获得供电电压偏差值．3.4.2 频率及频率偏差由于采用了非同步采样，所以为了得到准确的频率值，采用过零点比较法，在采集的数据中寻找过零点值．由于采集数据波形是近似的正弦或者余弦函数，在过零点处近似直线，且点于点之间的采样间隔的时间固定，则可以根据图6找到零点的值．频率偏差指的是系统频率的实际值与标称值之差［8］．测量电网基波频率，每次取 1 s、3 s或 10 s间隔内计等到得整数周期与整数周期累计时间之比(和1 s、3 s 或10 s时钟重叠的单个周期应丢弃)．测量时间间隔不能重叠，每1 s、3 s或10 s间隔应在1 s、3 s或10 s时钟开始时计．3.4.3 三相不平衡三相不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度．用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根百分比表示．首先根据零序分量的计算公式计算三相电压电流中的有零序分量式中:uAn、uBn、uCn为 A、B、C 相电压、电流包含正负号的采样值．若零序分量不为零则按照含有零序分量三相不平衡度得求法，先求的三相电压电流的正序和负序分量，再根据含有零序分量不平衡度的计算公式求出电压和电流不平衡度．电压、电流的负序不平衡度和零序不平衡度分别用εU2、εU0和εI2、εI0表示．在含有零序分量的三相系统中不平衡度的表达式如下:式中:U1为三相电压正序分量方均根值，V;U2为三相电压负序分量方均根值，V;U0为三相电压零序分量方均根值，V．如果不存在零序分量则可按照在不含有零序分量的三相系统中不平衡度的表达式如下(已知三相量 a、b、c 时):电压波动指的是电压均方根一系列相对快速变动或连续改变的现象，其变化周期大于工频周期［9］．电压波动采用检测最大值最小值法，检测相邻的电压平方根值，电压波动为2个极值Umax和Umin只差，常以标称电压的百分数表示采用For循环结构查找极大值极小值，每次取3个点，比较这3个点的大小，逐次查找，找出所有的极值点，在分别判断相邻极大极小值得差值［10］，根据公式计算出电压波动．闪变是电能质量需要测量的重要指标，反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响［11］;图7为IEC给出的闪变测量模型．其中带通加权滤波器由截止频率为0．05 Hz的一阶巴特沃斯高通滤波器和截止频率35 Hz的六阶巴特沃斯低通滤波器组成．框图中平方和一阶低通滤波器用来模拟人脑对视觉神经的反应和记忆功能，其一阶低通滤波器的传递函数为式中τ=300 ms．利用Matlab的bilinear函数得到各个传输函数的系数，滤波器采用巴特沃斯滤波器，视感度加权滤波器采用IIR滤波器．22从IEC相关标准及国标的定义来看，通常所说的谐波(harmonics)定义为工频整数倍的频谱分量．利用LabVIEW中信号处理中的变换菜单下的FFT．vi控件对信号进行处理，得到n次谐波的实部Ur和虚部Ul，则第n次谐波的幅值为通过仿真标准电压电流信号对谐波进行测试，表2为谐波测量结果，从中可以看出基波含量为100%，其余谐波含量都小于0．0004%．式中:Uh为第h次谐波电压(方均根值);U1为基波电压(方均根值)．电压总谐波畸变率THDu:暂态参量包括短时电压中断，电压骤降，电压骤升，暂态震荡，暂态脉冲．短时电压中断:持续时间在3 s到1 min．电压骤降:电压暂降是指由于系统故障或干扰造成用户持续时间0．5周波至1 min 内下降到额定电压或电流的10%～90%．电压上升:电压上升是指电压的有效值升至额定值的110%以上，典型值为额定值的110%～ 180%称为电压上升，即暂时性超过标称值10%以上，系统频率仍为标称值，持续时间为0．5周波～ 1 min．对暂态参量的分析通常采用小波变换［12］，小波变换被称为数学的显微镜，改变各种焦距便可以探测到被测信号中所隐含的奇异点并识别出它的性质，或分析出平衡信号所包含的各种成分，从而有效地探测出电能质量波形中的突变和奇异点［13］．在小波母函数中Haar是不连续的;Shannon小波和线性样条小波分别在无穷时衰减较慢和较快．Duabechies小波具有正交、高正则性而且具有Mallat快速算法等特点，对于分析电能质量问题有很好的优势．在对DB4，DB2，DB20几种Duabechies系列小波进行比较后，DB4小波最适合电能质量问题的分析．因此本文用DB4小波对信号进行分解，对信号突变点进行定位．为了检测电能质量扰动，必须确定合理的分解层数，对信号的频带进行正确的划分．频带划分的原则是尽量是信号的基频位于最低子频带的中心，从而限制基频分量对其它子频带的影响．设采用频率为fs，基频为fb，频带的划分数目由下式取整求得:采用专业的电力系统仿真软件PSCAD进行暂态仿真，建立从三相电机输电线路到负载的仿真图，图10所示为部分电路图．利用LabVIEW中的Matlab Script节点调用Matlab工具箱中的小波函数，对带有突变的信号进行分析．由图10所示的断路器在0．08 s时发生断路，导致电路中负载减小，造成电压暂升，在0．1 s是断路器恢复．将PSCAD产生的数据转化为LabVIEW波形的测量文件．LabVIEW由于自身的小波函数库还不完善，所以通过LabVIEW和Matlab的互连接口调用Matlab小波工具包，对测量数据进行分析，再将分析结果回传给LabVIEW，整个过程如11所示．通过式(16)可得，对信号进行采用DB4小波函数进行8层分解．图12为小波分析结果，从上至下依次为S为PSCAD产生的原始信号、近似信号A8、细节信号D8、细节信号D2、细节信号D1，从D1中可以清楚的确定频率突变点的位置．电压骤升发生在2 047点，到2 559处恢复．由于每周期采样512点，所以发生暂升的时间为从0．08 s到0．1 s．系统暂态扰动检测时间分辨率的大小决定了扰动现象开始和结束时间的测量误差．系统每8个周波进行一次暂态检测，而每周波提取采样点数为512点．假设原始信号频率为50 Hz，那么系统暂态扰动检测时间分辨率为39．06 μs．本研究通过LabVIEW强大的计算功能，通过多核计算机并行数据处理，通过实时数据采集和计算，根据电能质量的参考标准，对电能质量电压电流有效值、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、频率偏差、电压波动和闪变、电压电流的各次谐波含有率以及畸变率、电压骤降、电压骤升，暂态脉冲等参量进行了计算和仿真，经过测试，系统满足电能质量标准，计算速度快，指标多而且数据精确度较高，具有很强的实用性．由于程序较大，中间用了很多局部变量，局部变量会复制内存中数据，可能会导致数据冲突．本试验方法对电能质量测量实时性较好，能实施显示电能质量各个参量的变化情况，同时界面简单美观易读．同时可以综合多种计算方法，对电能中的谐波的处理可以综合运用小波变换和神经网络对暂态的参量进行计算比较．王厚志(1986—)，男，硕士研究生，E-mail:wanghouzhi-1986@163．com．【相关文献】［1］沈斌，胡阳成．LabVIEW在电能质量监测系统中的应用研究［J］．工业控制计算机，2010，23(9):29-30．［2］裴恒，宋立新，张开玉．基于DSP的电能质量参数采集装置的设计［J］．哈尔滨理工大学学报，2009，14(6):57-59．［3］阎鸿程，黄建业，高伟．基于LabVIEW软件的电能质量监测系统［J］．电工电气，2010，7，:13-14．［4］张红民，李晓峰．基于LabVIEW的多线程编程技术比较研究［J］．测控技术与仪器仪表，2008，10:89-91．［5］郝磊，麻硕士，裴喜春．基于LabVIEW测试系统的多线程模拟［J］．内蒙古农业大学学报，2008，2:150-152．［6］姜志玲，王勋．电能质量的在线分析与监测［J］．电测与仪表，2007，44(501):10-13．［7］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 12325-2008，电能质量供电电压偏差［S］．［8］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 15945-2008．电能质量电力系统频率偏差［S］．［9］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局．GB/T 12326-2008．电能质量电压波动与闪变［S］．［10］成林锋，陈庆官，张鑫，等．基于LabVIEW的极值查找［J］．现代丝绸科学与技术，2010，6:16-17．［11］王彭．电能质量在线综合监测系统中闪变检测方法的研究［D］．保定，华北电力大学，2008:24-26．［12］刘涛，曾祥利，曾军．实用小波分析入门［M］．北京:国防工业出版社，2006:132-137．［13］徐明义．小波算法消除突然三相短路试验数据的噪声［J］．哈尔滨理工大学学报，2001，16(2):118-119．。

LabVIEW在电能质量分析中的应用

LabVIEW在电能质量分析中的应用电能质量是指电力系统中各种电能参数与规定的标准之间的差异，它对电力系统的安全稳定运行和电力设备的正常工作有着重要的影响。

为了快速、准确地分析电网中的电能质量问题，使用合适的软件工具是必不可少的。

而LabVIEW作为一种功能强大、灵活易用的虚拟仪器软件，已经被广泛应用于电能质量分析领域。

一、LabVIEW的基本特点及其在电能质量分析中的应用LabVIEW是一种基于图形化编程的软件开发环境，其特点包括易学易用、功能强大、支持多种硬件设备等。

在电能质量分析中，LabVIEW可以通过与各种测试仪器和设备的接口，实时采集电能参数数据，并通过数据处理和算法分析，得出电能质量指标和分析结果。

同时，LabVIEW还支持自定义界面，可以根据用户的需求进行界面设计，方便用户对电能质量数据进行实时监测和分析。

二、LabVIEW在电能质量分析中的具体应用1. 数据采集与实时监测LabVIEW可以通过与各种测试仪器的接口，实时采集电能参数数据，如电压、电流、功率等。

通过数据采集模块，可以对电网中的电能质量问题进行实时监测，及时发现和解决问题。

2. 数据处理与算法分析LabVIEW提供了丰富的数据处理和算法分析工具，可以对采集到的电能质量数据进行滤波、谐波分析、频谱分析等。

通过合理的算法选择和参数设置，可以对电能质量问题进行准确的分析和判断。

3. 结果展示与报表输出LabVIEW支持自定义界面设计，可以根据用户的需求进行界面定制，将分析结果以图表、曲线等形式直观地展示出来。

同时，LabVIEW还可以输出相应的报表，方便用户对电能质量问题进行整理和归档。

三、LabVIEW在电能质量分析中的优势1. 灵活性LabVIEW的图形化编程风格使其易于掌握和使用。

用户可以根据具体需要进行界面设计和功能定制，并根据要求对数据处理算法进行调整和优化，以适应不同的电能质量分析需求。

2. 扩展性LabVIEW可以与各种测试仪器和设备的接口对接，实现数据的实时采集和分析。

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。

试论基于LabVIEW的电能质量监测系统软件

试论基于LabVIEW的电能质量监测系统软件作者：柳莺来源：《数字技术与应用》2015年第08期摘要：电能质量分析是电力系统中一项十分重要的工作之一，对于电力系统安全、稳定的运行具有十分重要的意义。

传统的电能质量分析仪的主要核心是硬件，同时存在着数据处理缓慢、成本高、功能少等缺陷，已经无法满足电力系统高速发展的需求。

对此，可以LabVIEW 为基础，设计出新的电能质量监测系统。

该系统能够很好的处理谐波含有率、三相电压不平衡度、电压偏差、电压波动、频率偏差等问题，是一种综合性的电能质量在线监测系统。

在实际的应用实践当中，该系统体现出了监测参数多、拓展灵活、操作简单、处理能力强、所需应减少等优势。

关键词：LabVIEW 电能质量监测系统中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）08-0000-00在当前的社会生产和人们的日常工作生活中，对于电力能源的需求量越来越大，对电力能源供应的稳定性要求也在不断的提高。

同时，随着科技的发展，人们应用的非线性负载和电力设备大增，从而给电网运行带来了巨大的压力。

而在这些工业交直流电变换器、静止变流器等非线性负荷中，正弦电压并不能产生出正弦电流。

同时，非正弦电流还将会引起非正弦压降，进而造成电网电压的波形畸变。

在这种情况下，将会发生三相不平衡、电流闪变、电压波动等电能质量问题。

因此，需要利用基于LabVIEW的电能质量监测系统对其进行监测，及时发现和解决其中的问题，从而保证良好的电能质量。

1 电能质量监测系统的基本结构在电能质量监测系统当中，主要包括了带有虚拟仪器系统的计算机、数据采集部分、信号调理器等。

在信号调理部分当中，主要包括电流传感器、电压传感器、信号校正电路等部分。

在数据采集部分中，主要是数据采集卡。

在计算机当中，装有虚拟仪器应用软件，为了使其能够更好的应对较为恶劣的应用环境，选用的工控机应当具备较强的抗干扰能力。

2 电能质量参数的测量原理2.1电压的偏差电力系统在运行当中，在额定电压与供电电压之间，可能出现一定的偏差，进而会对用电设备的使用寿命、运行参数等产生影响。

基于LabVIEW的电能质量自动监测系统

基于LabVIEW的电能质量自动监测系统
方向东
【期刊名称】《计算技术与自动化》
【年(卷),期】2007(026)001
【摘要】根据电能质量检测技术的现状及传统仪器测试系统存在的问题,开发一种基于虚拟仪器技术的新型电能质量自动测试系统.采用LabVIEW软件作为系统的开发平台,只需一块数据采集卡安装在微机内即可通过系统软件实现快速、在线、准确测量各项电力参数,实时分析电能质量,显示、打印、保存测试结果,并可实现远程监测.系统功能的扩展与变更可以由用户自定义,实现"软件即仪器".
【总页数】3页(P33-35)
【作者】方向东
【作者单位】湖南大学,电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082
【正文语种】中文
【中图分类】TP29
【相关文献】
1.基于LabVIEW的微电网电能质量实时监测系统设计 [J], 刘辉
2.基于Labview的电能质量监测系统设计 [J], 吕利旭;王凡;侯果山;巩斌杰
3.基于LabVIEW的电能质量分析与监测系统 [J], Lu Yulan
4.基于LabVIEW的电能质量新型监测系统 [J], 赵迎会; 张丹丹; 陈威志
5.基于LabVIEW的低压电能质量监测系统 [J], 赵迎会;陈威志
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基于LabVIEW电能质量监测仪设计

基于LabVIEW电能质量监测仪设计西南交通大学本科毕业设计〔论文〕电能质量监测仪设计DESIGN OF THE ELECTRIC QUALITY MONITOR年级: 2020级学号: 20208470姓名: 方夏专业: 铁道电气化指导老师: 吕晓琴2021 年6 月院系电气工程系专业铁道电气化年级 2020级姓名方夏题目电能质量监测仪设计指导教师评语指导教师 (签章)评阅人评语评阅人 (签章)成绩答辩委员会主任 (签章)年月日毕业设计〔论文〕任务书班级电气2020级1班学生姓名方夏学号 20208470 发题日期：2021年2 月 25日完成日期：2021年的6月21日题目电能质量监测仪设计1、本论文的目的、意义随着电力电子技术的快速进展，电力系统电能质量问题成为学者关注对象。

通过学习和使用相关软件，设计基于Labview的电能质量监测仪，使能够较准确的检测出电网三相视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、电压电流有效值等。

2、学生应完成的任务〔1〕收集电网电能质量指标等方面资料：〔2〕熟悉软件使用方法；〔3〕设计软件部分和硬件电路；〔4〕给出相关结果及结论。

3、论文各部分内容及时刻分配：〔共 14 周〕第一部分收集相关资料文献，把握LABVIEW应用。

(3周) 第二部分把握电能质量监测仪设计方法。

(2周) 第三部分相关运算。

(4周) 第四部分主电路模拟图。

(2周) 第五部分完成论文写作及整理。

(3周) 评阅及答辩审定，答辩。

(2周) 论文整改 (1周) 备注指导教师： 2021年 2 月 25 日审批人： 2021年 2 月 25 日摘要目前国家关于能源重视度越来越高，同时大力提倡节能减排，各个企业关于电网中电能的质量问题的重视度也在逐步提高，与之同时关于电能质量的检测问题也由此而产生。

由于市场供求关系的阻碍，电能质量监测仪器被广泛运用于电力电子设备和非线性装置之中。

本文重点介绍了基于模拟软件VI的电能质量监测仪的现状和进展状况，以及如何使用VI构建合理的模拟电路模型。

基于LabVIEW风电场电能质量监测系统

基于Ｌａｂｖｉｅｗ风电场电能质量监测系统
基于ＬａｂＶＩＥＷ风电场电能质量监测系统
ＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｎＷｉｎｄＦａｒｍＢａｓｅｄｏｎＬａｂＶＩＥＷ
ｙｓｉｓａｎｄｓｔｏｒｉｎｇｄａｔａ．ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｓｈｏｒｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅａｎｄｔｈｅｇｏｏｄｖｉｓｕａｌｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅｉｎｔｅｆｒａｃｅ，
的灵活性和易用性。
关键词：电能质量；Ｉ＿ａｂＶＩＥＷ；三相不平衡；电压偏差；谐波分析
中图分类号：ＴＭ７６文献标识码：Ａ文章编号：１００３ — ０１０７（２０１３）１２－００１ｌ — ｏ４
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｖｉｅｗｏｆｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙａｎａｌｙｚｅｒｏｆｔａｋｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅａｓｔｈｅｃｏｒｅ，ｓｉｎｇｌｅｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈｃｏｓｔ．ｓｌｏｗｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＳＯｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｃｏｍｂｉｎｅｓｓｏｆｔｗａｒｅｗｉｔｈｈａｒｄｗａｒｅ，ｗｉｔｈｔｈｅａｉｄｏｆｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｅｓｗｉｎｄｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＬａｂＶｌＥＷｓｏｆｔ－ｗａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｌａｔｆｏｒｍＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｌｌｅｃｔｓｔｈｒｅｅ —ｐｈａｓｅａｃｓｉｇｎａｌｏｆｗｉｎｄｆａｒｍｓｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄａｔａａｃ－ｑｕｉｓｉｔｉｏｎｃａｒｄｍｏｎｉｔｏｒｓｖｏｌｔａｇｅｄｅｖｉａｔｉｏｎ．ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｅｖｉａｔｉｏｎ，ｈａｒｍｏｎｉｃ，ｔｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅｕｎｂａｌａｎｃｅ，ｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎａｎｄｏｔｈｅｒｉｎｄｉｃａｔｏｒｓａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｗｉｎｄｆａｒｍａｎｄｗｉｎｄｆａｒｍｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｅｆｏｐｏｗｅｒｇｒｉｄ．Ｓｙｓｔｅｍｈａｓａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｌｏｎｇ－ｔｅｒｍｒｕｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ。ｒｅａｌｔｉｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄａｎａｌ —

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
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基于 LabVIEW 电能质量监测系统设计

基于 LabVIEW 电能质量监测系统设计齐超;刘伟健;王烨;庄园;齐赛【摘要】The traditional core hardware power quality monitor has such disadvantages as long development cycle , poor extended performance , and high maintenance costs .Based on Lab-VIEW software development platform , virtual power quality monitoring system was designed . By means of the simulating grid , power quality index deviations such as bias voltage , fre-quency , phase imbalance , and harmonic analysis had been achieved and monitored in order to meet the increasing test requirements of electricity system , and improve the operational ef-ficiency of the power grid .%针对以硬件为核心传统的电能质量监测仪，它具有开发周期长，扩展性能差，维护成本高等缺点。

基于LabVIEW软件开发平台，设计了虚拟电能质量监测系统，通过模拟电网实现了电压偏差、频率偏差、三相不平衡度及电网谐波分析等电能质量指标并对其实时监测，以满足电力系统日益增加的测试需求，提高电网运行效益。

【期刊名称】《哈尔滨商业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)004【总页数】6页(P468-473)【关键词】电能质量;LabVIEW;虚拟仪器;信号处理【作者】齐超;刘伟健;王烨;庄园;齐赛【作者单位】哈尔滨工业大学哈尔滨150001;哈尔滨工业大学哈尔滨150001;哈尔滨工业大学哈尔滨150001;国网吉林省电力有限公司培训中心长春130022;黑龙江省电力有限公司培训中心哈尔滨150030【正文语种】中文【中图分类】TM76电能作为人类主要能源，其应用程度是衡量一个国家生产力发展水平和综合国力的重要标志之一.提倡节能降损、增强用电效率，电能质量的好坏也成为提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的必要条件.随着科技进步，我国电力系统负荷发生巨大变化，大功率开关设备投入使用，大批新型电力电子器件批量应用，使得它们对供电电能质量要求越来越高.另一方面，我国电网规模不断扩大，大量的非线性负荷给电力系统电能质量带来了严重的影响，电压和频率偏差过大将影响异步电动机运行参数及其寿命，严重时会影响用户产品的数量和质量；三相系统的零序分量和负序分量会影响设备正常运行；谐波污染则降低了供电可靠性，极有可能引发供电事故[1-3].这就使得对电网电能质量各项指标实时、准确地监测显得十分必要，在线监测电能质量各项指标，可以做到心中有数，预防电网故障发生，即使在电网出现问题时，也能够及时有效的处理故障，把影响降到最低，保证了系统运行的安全性，可靠性及经济性.传统的基于DSP、单片机电能质量监测仪具有开发周期长，灵活性差，功能单一，升级不方便等弊端[4-5].无法与模块化、系统化、网络化的电能质量装置发展趋势相适应.综上所述，本文提出了一种基于LabVIEW虚拟仪器电能质量监测系统的设计，以适应模块化、智能化，标准化电能质量监测仪发展的需求.1 电能质量指标1.1 电压偏差与频率偏差供电系统在在正常运行下，某一节点的实际电压与系统标称电压之差对系统标称电压的百分数称为该节点的电压偏差，数学表达式为：(1)其中：δU为电压偏差；Ure为实际电压；UN为系统标称电压.电压偏差过大对用电设备以及电网经济、安全和稳定运行都将产生极大的危害，而系统无功功率不平衡是引起系统电压偏离标称值的根本原因，为了使系统能够稳定运行，必须使系统具备充分的无功功率，同时使用必要的调压手段来保证电力系统各节点电压在正常水平.供电系统频率偏差是指电力系统在正常运行条件下，系统频率的实际值与标称值之差，表达式为：δf=fre-fN(2)其中：δf为频率偏差；fre为实际频率；fN为系统标称频率.频率偏差主要是由系统有功功率不平衡产生的，频率偏差将会降低发电机组效率，增大感应式电能表计量误差；偏差过大也将使电子设备不能正常工作，甚至停止运行.1.2 电压三相不平衡度三相系统电压不平衡时，对于三相四线制电路，电压中除了含有谐波分量外，还包括正序、负序、零序分量；对于三相三线制电路，只含有正序、负序分量.电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均方根值之比定义为该电量的三相不平衡度，用符号ε表示，以电压为例表达式为：(3)其中：εU为三相电压不平衡度；U1、U2分别为电压正序、负序分量均方根值. 对于含有零序分量的任何不对称三相四线制系统，从电工理论可知应用对称分量法可分解为三组对称的正序、负序、零序分量，即：(4)其中：α为旋转算子，分别为相电压的正序、负序和零序分量；分别为A相、B相和C相电压分量.当三相系统中不含零序分量时，国标给出了三相不平衡度的准确算式：(5)式中：为三相线电压的幅值[6].1.3 电网谐波参数在工程上，为了抑制和补偿某次谐波的数值，常以其谐波含有率来表示.电压畸变波形的第k次谐波电压有效值Uk与基波有效值U1的百分比称为该次谐波的含有率HRk，表达式为：(6)畸变波形偏离正弦波的程度，常以总谐波畸变率表示.它是高次谐波各有效值的平方和的平方根值与基波有效值的百分比.电压总谐波畸变率THDU为：(7)电压波动与闪变也是衡量电网电能质量很重要指标之一，但由于这一指标不仅与波动电压波形、幅值、频率等因素有关，而且与照明灯具的性能等外界因素和人的视觉等主观因素有关，在本次设计中没有涉及.2 系统组成一个典型的基于PC机的电能质量监测系统如图1所示，包括传感器、信号调理电路、数据采集硬件设备及装有DAQ软件的计算机.图1 电能质量监测系统传感器可以测量各种不同的物理量，并将他们转换成电信号.通过传感器的信号必须经过加工处理，以适合数据采集输入的范围.实现这一功能的是信号调理电路，它对采集到的电信号进行放大、滤波、隔离等处理.数据采集设备将数据送到PC机后，PC机运用强大的数据处理能力并结合LabVIEW软件对数据进行分析处理.软件设计在这一系统中占有极其重要的地位，软件把传感器、信号调理、数据采集设备集成一个完整的数据处理系统.3 电能质量监测虚拟实现3.1 数据采集模块数据采集模块是电能质量检测仪的重要组成部分，包括对设备号、通道号、信号连接方式、采样率、采样点数及采样模式的设置及控制.数据采集模块设计过程如下：首先利用DAQmx创建通道节点创建虚拟通道，并创建用于选择设备、通道号及信号测量的输入控件；接着使用DAQmx定时节点对时钟进行设置，并创建用于输入采样点数、采样方式和采样率的输入控件.添加While循环，在循环内利用DAQmx开始任务节点启动数据采集任务，然后使用DAQmx读取节点数据，本文在DAQmx读取节点下拉菜单中选择模拟1通道N采样VI实例.采集结束后需用DAQmx停止任务节点来停止数据采集任务，最后在循环外使用DAQmx清除任务节点来清除数据采集任务.这样便实现了模拟数据输入采集，程序如图2 (A)所示.切换到前面板，调整各控件的大小和位置，相应的数据采集前面板输入控制，如图2 (B)所示，用户可以在这里选择采集数据的物理通道；根据采集信号的特点和类型选择信号测量方式；根据实际情况输入采样率和采样点数；并确定采样模式. 图2 数据采集3.2 电压、频率偏差模块根据国家电能质量标准中有关于电压偏差、频率偏差的相关规定，本程序以正弦信号与均匀白噪声叠加作为模拟电网电压数据，对信号有效值进行计算，同时对信号频率进行单频测量.将得出的电压值和频率值，分别与额定值进行比较，利用公式计算出电压、频率的绝对值和相对值，从不同的角度表示偏差的大小.为了使界面具有较好的可视性，我们在程序框图中加入时间延迟子VI，该模块的程序如图3 (A)所示.对应前面板设额定电压为220 V，额定频率为50 Hz，得到的电压、频率绝对量和偏差量如图3 (B)所示.图3 电压频率偏差模块3.3 三相不平衡度模块三相电压中不含零序分量时的情况，根据公式(5)计算电网电压三相不平衡度结果如图4 (A)所示.该模块的程序如图4 (B)所示，给定A相电压为219.998 V、B相电压为219.997 V、C相电压为220.001 V.图4 三相不平衡度测量模块3.4 谐波分析模块谐波分析作为电能质量监测仪主要功能，实现测量各次谐波频率、幅值、畸变率等参数.在进行谐波分析时，通常使用DFT和FFT等算法实现信号处理，但实际不可能对无限长的信号进行运算，而是从信号中截取一个时间片段对其进行周期拓延，得到虚拟的无限长信号后进行相关分析等数学处理.这种周期性地拓延将导致信号不连续并引起突变，造成频谱畸变，使原来集中在F(0)处的能量被分散到两个较宽的频带中，这种现象称之为频谱泄露.为了减少频谱泄露，本设计基于LabVIEW 中提供的谐波失真分析子VI，采用FFT加窗算法，窗函数用Hamming窗，程序如图5 (A)所示.加窗前后信号的波形对比如图5 (B)和图5 (C)所示.图5 FFT加Hamming窗模块A相加窗前后频谱对比如图6 (A)和(B)所示，C相加窗前后频谱对比如图6 (C)和(D)所示.由频谱图对比可知，当正弦信号的频率不是整数时，将会出现信号周期延拓时的突变现象，即频谱能量泄露.使用加窗处理后，频谱泄露现象减弱.本系统设计还对信号进行了频域分析，LabVIEW提供了大量VI函数用于幅度谱和相位谱的频域分析，其图标和端口如图7 (A)所示.对B相电压信号进行频域分析，前面板如图7 (B)所示.4 结语本文基于LabVIEW虚拟仪器开发软件，设计了虚拟电能质量监测系统，通过模拟电网实现了电压偏差、频率偏差、三相不平衡度及电网谐波等电能质量实时监测.尤其针对出现的频谱泄露问题，通过FFT算法，采用Hamming窗函数对原信号频谱进行处理，从而有效减小频谱泄露对电网带来的影响.设计的波形存储和回放模块可以LabVIEW特有的LVM文件格式存储各项分析结果，以便日后再分析或再处理.只是电压和频率偏差模块仍采用传统方法对其测量，没有考虑谐波等因素影响，这有待于今后的完善和改进.图6 A、C两相加窗前后频谱图图7 频域分析模块参考文献：[1] 肖湘宁.电能质量分析与控制[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004.[2] 国家电压电流等级和频率标准化技术委员会.电压电流频率和电能质量国家标准应用手册[M].北京: 中国电力出版社, 2001.[3] 李东明, 王厚志, 高玺亮. 基于LabVIEW的电能质量系统研究[J]. 哈尔滨理工大学学报, 2012,17(4): 57-63.[4] 邹正华, 刘永强. 基于DSP和LabVIEW的分布式电能质量监测装置设计[J]. 电力自动化设备, 2010, 30(1): 122-126.[5] 彭勇, 潘晓烨, 谢龙汉. LabVIEW虚拟仪器设计及分析[M].北京: 清华大学出版社, 2011.[6] 马永强, 周林, 武剑, 等. 基于LabVIEW的新型电能质量实时监测系统. 电测与仪表, 2009(3): 40-41.。

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关键词：电能质量；在线ｊ测；虚拟仪器；ＬｂＩＷ软件ｊ；ｉａＶＥ
中图分类号：Ｔ７２Ｍ１
文献标识码：Ｂ
文章编号：１０ — １５２１）７Ｏ１ — ４０７３７（０００一０３０
ＰｗｅａｉｎｔｒｎｙｔｍｓｄｏｂＥｏｒＱｕｌｙＭｏｉｉｇＳｓｅＢａｅｎＬａＶＩＷｔｏ
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ＹＡＮｎ — ｈｎ，Ｈｏｇｃｅｇ。ＨＵＡＮＧｉｎｙＧＡＯｅＪａ — ｅ，Ｗｉ
（ＦｕｈｕＰｏｒＢｕｅ，ｚｏ５０￣Ｃｈｎ１ｚｏｗｅｒａｕＦｕｈｕ３００ｉａ；
２ＣｏｌｅｆｅｔｃｌｎｉｅｒｇａｄＡｔｍａｉｎＦｚｏｎｖｒｉＦｚｏ５１８ＣｉａｌｇＥｌｒａｇｎｅｉｎｕｏｔ，ｕｈｕＵｉｅｓｕｈｕ３００，ｈｎ）ｅｏｃｉＥｎｏ
基于ＬｂＺＷａ电气
（００ｏ７２１．Ｎ）
基于ＬｂＷ件的电能质量监测系统ａＶ软ＩＥ
阎鸿程，黄建业，高伟
（州电业局，福建福州３００；１福５０９２福州大学电气工程与自动化学院，福建福州３ＯＯ）５１８
ｃｔ，ｏｅｃｎｎｉｎｘｅｓｏｔｄａｔｇｓｉｍｒｏｖｅｅｔｅｔｎｉｎｅｃａｖｎａｅ．ｙ
Ｋｅｙｗｏｒ：ｏｒａｉ；ｎｉｅｍｏｔｒｎ；ｒｕｌｉｓｒｍｅｔＬａＶｌｄｓｐｗｅｌｔｏｌｎｎｉｉｇｖｉａｎｔｕｎ；ｂＥＷｑｕｙｏｔ
摘要：设计了一种能够测量电压偏差、频率偏差、谐波含有率、电压波动和闪变、三相电压不
平衡度等电能质量指标的综合在线监测系统。系统由ＴＳ９８型电压互感器和ＴＳ９７０型电流互感Ｖ１０Ａ１０— １器以及ＵＢ总线的数据采集卡Ｎ一２０构成简单硬件电路，以ＬｂＩＷ图形化软件编程代替传统硬件，ＳＩ６１ａＶＥ实现了电能质量各项参数的测量和在线实时显示、数据共享和远程通信。与传统的电能质量分析仪相比，系统具有操作简单、监测参数多、所需硬件少、处理能力强、扩展灵活等优点。
０引言
无论在工业生产还是日常生活中，电力用户对电力的可靠性及电能质量的要求都在不断提高。与此同时，在电力消费领域，现代电力电子设备和非线性负载的大量应用与发展，供电系统中ｓＤ了大￣ｉｌ量的非线性负载，如静止变流器、工业交直流变换