基于LabVIEWDSP模块的手持式电力谐波分析仪
基于labview的电能质量监测系统软件设计
基于labview的电能质量监测系统软件设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：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 Monitoring System 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日毕业设计成绩单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：年月日毕业设计任务书题目基于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。
基于DSP技术和LabVIEW虚拟仪器的FFT频谱分析仪
基于DSP技术和LabVIEW虚拟仪器的FFT频谱分析仪
周渡海;陈一民
【期刊名称】《微型机与应用》
【年(卷),期】2010(000)013
【摘要】提出一种基于虚拟仪器LabVIEW的FFT频谱分析仪的设计,分析了DSP 技术在虚拟仪器中的应用.在深入研究DSP处理系统的基础上,开发了基于DSP技术以及USB总线的虚拟式FFT频谱分析仪,具有设计新颖、实用性强的特点.
【总页数】4页(P66-68,71)
【作者】周渡海;陈一民
【作者单位】北京建筑工程学院,电信学院,北京,100044;北京建筑工程学院,电信学院,北京,100044
【正文语种】中文
【中图分类】TP368
【相关文献】
1.虚拟仪器中FFT算法的DSP实现 [J], 万佑红;王锁萍
2.基于虚拟仪器技术的频谱分析仪的设计 [J], 张礼勇;张鹏
3.NI和TI携手合作，虚拟仪器技术将传统的电源监测效率提高10倍——基于NILabVIEW软件和USB硬件的TI电源优化DSP入门套件提供电源监测功能 [J], 无
4.基于虚拟仪器技术的多功能频谱分析仪设计 [J], 胡容;苏文鹤;杨铮;张瑜
5.基于DSP技术的虚拟式FFT频谱分析仪 [J], 吴宏钢;秦树人
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基于labview的频谱分析
摘要信号处理几乎涉及到所有的工程技术领域,而频谱分析正是信号处理中一个非常重要的分析手段。
一般的频谱分析都依靠传统频谱分析仪来完成,价格昂贵,体积庞大,不便于工程技术人员的携带。
虚拟频谱分析仪改变了原有频谱分析仪的整体设计思路,用软件代替了硬件。
使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析。
关键字：Labview；信号处理；频谱分析。
目录1 目的及基本要求 12 频谱分析仪程序设计原理 13频谱分析仪设计和仿真 23.1 总体程序设计 23.2各功能模块详细设计 83.3 程序存在的不足 114 结果及性能分析 124.1 运行结果 124.2性能分析 13参考文献 141 目的及基本要求熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器原理、设计方法和实现技巧，运用专业课程中的基本理论和实践知识，采用LabVIEW开发工具,实现梦幻钢琴程序游戏的设计和仿真。
要求通过本课程设计使学生熟悉LabVIEW开发环境，掌握基于LabVIEW的虚拟仪器设计原理、设计方法和实现技巧，使学生掌握通信系统设计和仿真工具，为毕业设计做准备，为将来的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
利用LabVIEW强大的虚拟仪器开发功能，可实现基于快速傅里叶变换(FFT)的现代频谱分析仪功能，采用数字方法直接由模拟／转换器(ADC)数字对输进信号取样，再经滤波，加窗函数处理后获得频谱图。
2频谱分析仪设计原理采用数字处理式频谱分析原理设计虚拟频谱分析仪.工作流程如下:连续时间信号经过采样变为离散时间信号,利用LabVIEW强大的数字信号处理功能,对数据进行滤波、加窗、FFT运算处理,得到信号的幅度谱、相位谱及功率谱等. 采样过程中,对不同的频率信号,选用合适的采样速率,以满足采样定理,防止频率混叠.进行傅里叶变换的数据在理论上应为无限长的离散数据序列.实际上,只能对有限长的信号进行分析与处理,所以必须对无限长的离散序列进行截断,只取采样时间内的有限数据,从而存在着频谱泄漏问题.本文设计中分别用矩形窗、汉宁窗、哈明窗、布来克曼窗等窗函数减少频谱泄漏.由于取样信号中混叠噪声信号,因此为了消除干扰,在进行FFT变换前,应先进行滤波处理.本文设计采用巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、椭圆(Ellipse)、贝塞尔(Bessel)等滤波器进行滤波.3 频谱分析仪设计与仿真3.1总体程序设计本文设计的虚拟频谱分析仪由周期性信号发生器和频谱分析器两个子模块组成。
基于虚拟仪器的谐波分析测试仪
元 是该 系统 的 关键 环 节 之 一 ，其 性 能 直 接 决 定
箱
整个系统所 能达到 的精度等级。本系统按照 以
上 指标 选 用 了精度 达 ０ ０ 级 的高 性 能 ＣＴ／ ．１ ＰＴ 传 感 器 ，电压 的变 比约 为 １ ６ （ ６ ０ ｍｓ ／１６ 即 ０ Ｖｒ
显示器 、打 印机 以及 连接 电缆 。 ３ １ １ １ 工控 机和 数 据采 集卡 。 ．．
窗 （ ｅｔ ｎ ｕ ａ － ｎ ｏ Ｒ ｃａ ｇ ｌｒ ｗｉｄ ｗ）后做快速傅立叶 变换 （ Ｆ Ｆ Ｔ）的方法得到准确的谐 波值 ，能完 成待测 电气 电子设备的谐波 电流发射 限值 的测 量 ，同时具备连续保存数据和波形、历史数据
பைடு நூலகம்
强 ／电压 ）等 。 当输 入 信 号 被 适 当调 理 后 ，即 可 输 给数 据 采 集 单 元 进 行 模 数转 换 。数 据 采 集
信
ＥＴ Ｕ
由工控机 （ Ｃ）进行控制 ，工控机 中 ｃ Ｕ 的 １ Ｐ Ｐ 性能决定 了整个采集过程的速度 。
号 调
理
谐波分析系统的传感器主要有 电流互感器
谐 波 算法 ：Ｆ Ｔ Ｆ
３ 本测试仪器构成与工作原理
３ １ 仪 器的构成 ．
波频率的分量 ，后者 电量 即称为谐波 。谐波频 率与基波频率的比值 （－ ｎ Ａ￣ ）称为谐 波次数。
谐 波 实 际上 是 一 种干 扰量 ， 电 网受 到 “ 使 污染 ” 。
与 传统 的仪 器 不 同，虚拟 仪器 （ ｒｕ ｌ Ｖｉｔ ａ
Ｉ ｓｒ ｍｅ ｔ ｎ ｔｕ ｎ ）是基于计算机和标 准总线技术的
基于LabVIEW的频谱分析仪的设计--开题报告
XXXX大学学生开题报告表课题名称基于LabVIEW的频谱分析仪的设计课题来源实际课题类型 E 导师XXX学生姓名XXX 学号XXX 专业电子信息工程开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。
）1、调研资料的准备在毕业设计前期，利用图书馆、互联网获取了LabVIEW软件及频谱分析仪的设计的相关资料；对于题目关键技术要点，通过向导师答疑以及与同组同学讨论的方式得到解决，从而确定了题目的技术方案；在后续的设计过程中，还将继续利用图书馆、互联网等途径获取与设计有关的知识，并加强与导师的沟通。
2、设计目的、要求题目主要是利用LabVIEW软件设计出简单的频谱分析仪，根据频谱分析仪的原理确定其功能，结合LabVIEW软件平台的特点对仪器做出设计和软件编程，实现对信号的分析和研究。
整个系统由虚拟信号发生器模块、虚拟信号滤波器模块和频谱分析模块三部分组成。
虚拟信号发生器模块能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，并且可以叠加各种干扰噪声；频谱分析模块主要对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。
掌握基于LabVIEW编程的相关知识和信号的频谱分析方法，要求系统能够产生正弦波、三角波、方波等标准信号，可以叠加各种干扰噪声并对上述信号进行时域分析、频域分析和谐波分析等。
完成15000字以上的毕业设计论文，并翻译3000汉字以上的相关英文资料。
3、设计思路与预期成果根据频谱分析仪的原理确定分析幅度谱、相位谱、自功率谱、互功率谱功能，然后结合LabVIEW软件平台特点实施仪器系统的总体设计和软件编程，最后进行系统调试试验。
本设计采用的是数字处理式频谱分析原理。
频谱分析仪是在虚拟示波器的基础上调用滤波函数、加窗函数、FFT函数得到信号频谱特性参数的仪器。
实现方法如下：经过采样，将连续时间信号变为离散时间信号，接着利用LabVIEW强大的数字信号处理功能，对这组数据进行滤波、加窗、FFT运算处理，得到信号的幅度谱、相位谱以及功率谱。
基于DSP和LabVIEW的分布式电能质量监测装置设计
基于DSP和LabVIEW的分布式电能质量监测装置设计邹正华;刘永强;王强【期刊名称】《电力自动化设备》【年(卷),期】2010(030)001【摘要】设计和开发了一套以DSP和虚拟测量技术为核心的分布式电能质量实时监测装置.装置由EOC模块、馈线监测单元以及监控单元3个部分组成.EOC模块主要实现母线电压高速采样,并将采集数据通过以太网送至监控单元进行瞬态扰动的监测、定位与分类;馈线监测单元对馈线的监测数据实时采集、处理;监控单元对各采集单元上传的数据进行进一步分析和处理,实现数据存储和管理.用于母线电压暂态分析的Mallat算法由监控单元的软件实现,而用于馈线电压和电流分析的数字滤波、加窗、软件定频采样法、线性插值以及FFT运算等工作主要由DSP芯片完成.因此,该监测装置可以对一个变电站所有母线暂态电压以及馈线的状态进行实时监测与分析.【总页数】5页(P122-126)【作者】邹正华;刘永强;王强【作者单位】华南理工大学电力学院,广东广州,510640;华南理工大学电力学院,广东广州,510640;华南理工大学电力学院,广东广州,510640【正文语种】中文【中图分类】TM764;TP277【相关文献】1.基于DSP的农村电网电能质量监测装置设计 [J], 戴明川;张俊佳2.基于TMS320F2812 DSP的电能质量监测装置的设计 [J], 邵玉槐;谢朋海;张德志3.基于DSP和CPLD电能质量监测装置的设计 [J], 林广明;黄义锋;欧阳森;蒋金良4.基于DSP的电能质量监测装置的设计与实现 [J], 谢朋海;张艳玲;杨黄华;邵玉槐5.基于DSP和MCU的新型电能质量监测装置的设计 [J], 余丹;王庆;李晓明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪及频域测量误差分析
=cos 0
+0
0
1/2 O
1/2
t
0
O
0
1/2 O
1 /2
t
主瓣 旁瓣
2/1 O 2/1
1/2
O
1/2 t
0O
0
图 2 余弦信号加矩形窗对频谱的影响
综上所述， 与
之间的近似程度取决于信号数字
化 (采样、A/D 转换、截断) 及傅里叶变换产生的量化误差、混
max
max
(a) 采样前信号的频谱
0
图 3 栅栏效应
max
max
max max
(b) 采样后信号的频谱
(c) 信号发生混叠
图 1 混叠现象
(2) 实 际 的 测 试 信 号 时 间 长 度 可 以 是 无 限 长 的 ，而 采 样 时 间 总 是 有 限 的 ，因 此 用 计 算 机 处 理 的 是 有 限 长 的 信 号 ，相 当 于 截 取 无 限 长 信 号 的 一 部 分 进 行 分 析 处 理 。这 种 截 取 相 当 于 对 被处理信号加了一个矩形窗，加窗后的信号频谱 与原信 号的频谱 是不同的。
例如，图 2 所示为一余弦信号加矩形窗后的频谱 与 原信号的频谱 。余弦信号加矩形窗截断后，两根冲激谱 线变成了以± 0为中心的 Sa ( )形的连续谱，相当于频谱从 0 处“泄 漏”到 其 它 频 率 处 ，即 原 来 一 个 周 期 内 只 有 一 个 频 率 上 有 非 零 值 ，而 现 在 几 乎 所 有 频 率 上 都 有 非 零 值 ，这 就 是 频 谱 泄 漏 现 象 。复 杂 信 号 会 造 成 更 复 杂 的 频 谱 泄 漏 ，信 号 互 相 叠 加 ， 难 以 分 辨 。因 此 ，信 号 在 时 域 只 要 加 了 窗 ，在 频 域 就 会 不 可 避 免 地 产 生 频 谱 的 泄 漏 ，造 成 频 谱 失 真 。 频 谱 泄 漏 是 不 可 避 免 的 ，只 有 尽 量 减 小 泄 漏 。
基于LabVIEW的虚拟信号频谱分析仪设计
谱分析仪的软件设计方法 ， Ｌｂ ＩＷ８６ 以 ａＶ Ｅ ． 作为开发平 台， 配合利用 Ｎ 公 司的 Ｐ Ｉ ５ 数据采集卡， Ｉ Ｃ６ １ ２ 实现
信号 采集 、 示 和频谱 分析 功 能． 显
１ 频 谱 分 析 仪 器 功 能
频谱 分 析是将 信 号强 度按 频率顺 序 展 开 ， 其 成 为频 率 的 函 数． 义 介 绍 的信 号 分 析 仪 的 主要 功 能 使 本
前面板用于设置输人参数 、 观察信号及信号分析结果 ， 模拟真实的频谱分析仪面板． 由于虚拟面板直
接 面 向用 户 ， 是控 制 软件 的核 心 ， 因此设 计这 部分 时 ， 主要 考 虑 界 面美 观 、 操作 简 洁 ， 户能 通 过 面板 上 的 用
收 稿 日期 ： ０ ０—１ ２ ２１ ０— ６
数据采集卡 ， 虚拟 信号分析仪能够分析信号频率小 于 ５ Ｈｚ最大 幅值 小于 ５Ｖ的 电压 信号 的频 谱 ； ０ｋ ， 采集 到 的波形通过相应 的程序处理模块 处理 ， 能够得 到波形的频率 、 幅值 、 平均值 和均方根 等信息 ；波形信 号、 号 信 参数信息及波形 的频谱分析 结果 能够通过保存模块 以报表 的形式进行保存 ． 实验 证明 ， 所设计 的频 谱分析仪
人机交互界面． 使用过程中， 用户可 同时观察信号的时域波形 、 单频信号的波形参数和频谱分析结果．
图 １ 虚拟 频谱分析仪前 面板
３ 软 件 程 序 设 计
基 于虚 拟仪 器 的频谱 分 析仪 程 序设 计 主要 包括 ３个 模 块 ： 号 采集 与 处理 、 信 信号 的频谱 分 析 、 号 及 信 信 号 频谱 分 析结 果保 存 ． ３ １ 信 号采 集与 处 理 数 据 采集 模块 利用 Ｎ 公 司 的 Ｐ Ｉ２ １数 据采 集 卡进 行 数据 采集 ， ． Ｉ Ｃ６５ 频谱 分析 仪 的
LabVIEW在电力系统电能质量改善中的应用
LabVIEW在电力系统电能质量改善中的应用电能质量是电力系统中一个非常重要的指标，它涉及到电压的稳定性、电磁兼容性、谐波、闪变等多个方面。
为了改善电力系统的电能质量，许多工程师开始采用LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）这一强大的软件工具。
本文将介绍LabVIEW 在电力系统电能质量改善中的应用，包括实时监测、数据分析和故障诊断等方面。
一、实时监测实时监测是电力系统中提高电能质量的重要手段之一。
通过LabVIEW的图形化编程环境，工程师可以方便地构建监测系统。
基于LabVIEW的监测系统可以实时采集电压、电流、频率等数据，并通过仪表板的形式直观地展示给操作人员。
此外，LabVIEW还可以与其他设备进行无缝连接，实现对电力系统各个节点的远程监测。
通过实时监测，工程师可以及时发现电力系统中存在的问题，为下一步的数据分析和故障诊断提供准确的数据基础。
二、数据分析数据分析是电能质量改善中不可或缺的环节。
通过对电力系统中采集的数据进行分析，工程师可以发现电压波动、谐波污染等问题的根源，并进一步采取相应的措施进行改善。
LabVIEW提供了丰富的数据处理工具，包括滤波、功率谱分析、相关分析等，这些工具可以帮助工程师快速准确地分析数据。
此外，LabVIEW还支持数据可视化，通过绘制波形图、频谱图等图表，工程师可以更直观地了解电力系统中存在的问题，并进行针对性的优化调整。
三、故障诊断故障诊断是在电力系统电能质量改善过程中不可或缺的环节。
通过LabVIEW，工程师可以进行故障诊断的建模与仿真，从而更加准确地定位故障点。
LabVIEW提供了强大的仿真模块，工程师可以根据现实情况搭建电力系统的仿真模型，并通过对模型中的各种故障情况进行模拟，来推测实际系统中可能存在的问题。
通过这种方式，工程师可以事先预知可能发生的故障情况，并制定相应的预防和应急措施。
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.。