基于虚拟仪器的电网谐波检测
基于labview的电网谐波监测系统的设计
毕业设计 [论文]题目：基于labview的电网谐波监测系统的设计学院：河南城建学院专业：电气及其自动化姓名：XXX学号：0914113指导老师：XXX摘要在电力系统中由于电力设备不可能达到绝对的线性化，一些非线性设备的使用是必不可少的，正是由于非线性设备的使用才使电网中产生谐波，并且情况也越来越严重。
对电网谐波含量进行严密的测量是分析和控制电网谐波含量的重要手段。
虚拟仪器技术在电力系统中具有很高的应用前景。
Labview在数据采集、信号处理、网络通信等方面的优点更为突出。
虚拟仪器的本质是利用计算机来模拟系统各项功能。
Labview是一种功能非常强大的虚拟仪器开发平台，它不仅将高速发展起来的计算机技术、电子技术、通信技术和测试技术有机地结合起来，而且为仪器的发展提供了一条崭新的道路。
Labview在谐波分析检测系统中提供了一个可靠而有效的途径。
在Labview的检测过中通过对电网谐波信号的仿真模拟，来观察谐波的特性。
在本文中主要论述了谐波产生的原因，谐波的危害，抑制谐波的方法，电力系统中电能质量的基本规定，labview的概念，特点，各个仿真控件的介绍等等。
为更好的应用labview技术完成谐波检测，最终使用Labview8.5软件来进行谐波的模拟仿真。
关键词：LABVIEW,谐波分析,傅里叶变换AbstractDue to power equipment in power system is unlikely to be absolute linearization, the use of some nonlinear devices when necessary, it is because of the use of nonlinear devices to power grid harmonics, and is also more serious.Tight for harmonic content measurement is an important means of analysis and control of power grid harmonic content.Virtual instrument technology has the very high application prospect in the power bview in data acquisition, signal processing, network communication etc. Advantage is more outstanding.The essence of virtual instrument is using computer to simulate the system bview is a very powerful virtual instrument development platform, it will not only high speed development of computer technology, electronic technology, communication technology and testing technology organically, and for the development of instrument provides a new bview in harmonic analysis detection system provides a reliable and effective way.In labview tested through the simulation of power grid harmonic signal, to observe the characteristics of harmonic.In this article mainly discusses the cause of harmonic, harmonic harm, the methods to restrain the harmonics, the basic rules of power quality in power system, the concept of labview, characteristics, the introduction of various simulation control and so on.For better application of labview complete harmonic detection technology, finally use labview8.5 software for simulation of harmonicKey words: LABVIEW, Harmonic analysis,The Fourier transform目录摘要 (1)Abstract (II)目录 (III)绪论............................................... 错误！未定义书签。
基于虚拟仪器技术的谐波测量
图 6 谐波含有率柱状图
误差分别如图 4 所示 。 谐波信号的相位误差分别如图 5 所示 。 在 3个谐波信号相互影响的情况下 , 3次、 5次、 11次 谐波幅值误差最大值分别为 0. 0715%、 0. 0818%、 0. 0238% , 相位误差最大值分别为 0. 006° 、 0. 0185° 、 0. 0122° ,且随着基 波频率 f1 越靠近 50Hz,误差就越小。电力系统中频率偏 差很小 ,我国国家标准 G B / T 15945 - 1995 《 电能质量 电 力系统频率允许偏差 》 规定 :电力系统正常频率偏差允许 值为 ± 0. 2Hz。下面就以基波频率为 49. 8Hz时 ,来分析校 验信号的误差 ,仿真结果如表 1所示。
N Ts T1
ω j
Φ = arg [ X2 ] - arg [ X1 ] - 2 π, 且其取值范围在 其中 Δ ( - π,π ]之间 。 求得 λ1 以及各次谐波的幅值与相角后 , 可进一步 求得各次谐波含有率 , 以及各次谐波的有功 、 无功功率 等参数 。
3 算法的实现及仿真
= k1 +λ1
谐波测试系统的程序包括数据采集模块和谐波分 析模块 。数据采集流程如图 2。
加 B artlett窗 ,可使谱分析时谐波相互之间的影响 大大减小 ; 同步误差不大时 ,一般有 |λi | < 1,可以认为 第 i次谐波对应第 ki 根谱线 ,即
X ( ki ) = Ai
Hale Waihona Puke 2Aiω - ωi ) e W 0 ( kiΔ
2 基于 D FT 校正的谐波测量方法
( 2)
于是 , x ( n ) 的频谱为
基于虚拟仪器的谐波自动测量系统
第28卷第4期增刊2007年4月仪器仪表学报Chinese Journal of Scientific Instr umentVol 128No 14Apr 12007基于虚拟仪器的谐波自动测量系统3刘金清(福建师范大学物理与光电信息科技学院 福州 350007)摘 要:本文介绍微机技术和虚拟仪器技术在谐波自动测量中的应用,阐述了系统的组成、测量原理及设计方法。
该系统能够实时动态地测量电信号的各谐波含量,而且能够实时显示分析的数据和波形,具有较广的应用价值。
关键词:虚拟仪器;谐波分量;自动分析;计算机技术Automa tic mea sur ement system o f har monic ba sed on vir tua l instr umentLi u Jinqi ng(Sc hool of Physics and O ptoelectr onics Technology ,Fujia n N ormal U niversity ,Fuzhou 350007,China )Abstract :The applicat io n of personal comput er t echnique a nd vi rt ual inst rument t echnique for a utomatic anal 2ysis of harmonic was i nt roduced.The confi guration a nd t he measurement pri nciple of analysis syste m were al 2so int roduced.Each har monic content of elect ric si gnal coul d be measured ,and t he anal ysis re sult s were dis 2pl ayed by syst em timely.It may have wide 2range appli cation.K ey w or ds :vi rt ual i nst r ument ;ha rmo nic conte nt ;automatic anal ysi s;comput er t echni que3基金项目福建省科技厅基金(K D )资助项目1 引 言随随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展,电子测量仪器技术发生了巨大的变化,新的测试理论、测试方法、测试领域以及仪器结构不断出现,在许多方面己经冲破了传统仪器的概念[1]。
基于虚拟仪器的变电站谐波监测与分析系统的实现
Telecom Power Technology设计应用技术基于虚拟仪器的变电站谐波监测与分析系统的实现康锴（国网固原供电公司，宁夏固原近年来，我国经济发展速度不断加快，不同类型的电力电子设备在各个领域得到了广泛应用。
然而，大量使用电力电子设备会导致电网受到电磁污染，加之工业和商业领域的电能质量要求不断提高，因此对电力系统谐波来源和分布状况进行科学的监测和分析，寻找消除和限制电力系统谐波的措施至关重要。
通过分析变电站谐波的特点，提出基于虚拟仪器的变电站谐波监测与分析系统的实现方法，为有效解决变电站谐波问题提供帮助。
虚拟仪器；变电站；谐波监测与分析系统；电力电子设备Realization of Substation Harmonic Monitoring and Analysis System Based onVirtual InstrumentKANG Kai(State Grid Guyuan Power Supply Company, Guyuaneconomic development has beenelectronic equipment have been widely used in various fields. However, the extensive use of power electronic equipment 2023年10月10日第40卷第19期11 Telecom Power TechnologyOct. 10, 2023, Vol.40 No.19康 锴：基于虚拟仪器的变电站谐波监测与分析系统的实现力系统的运行成本。
第二，谐波会引起电压波形失真，使得电压不再是纯正弦波，而是含有谐波成分，影响电力设备的正常工作，降低设备的可靠性和寿命。
第三，谐波会导致电流波形失真，使得电流不再是纯正弦波，而是含有谐波成分，导致电流过载，使得电力设备的运行不稳定，甚至引起设备过热、损坏或触发保护装置。
基于虚拟仪器技术的电网谐波测试系统
ｍ ａｎｅ ａ ｃ ｉ ｔｎ ｎ ｅ、 ｄ ｓ ｌｙｉｇ ａ ｄ ｒｃｏ ｄｎｇ ｄ ｔ ｉｐ ａ ｎ ｎ ｅ ｒ ｉ ａ ａ、ｃ ｅ ｔｎ ｎｔｇ ａｅ ｅ ｒ、 ｈ ｇ ｅ ｔｅｆｃｅ ｃ ｒ ａｉ ｇ ｉ ｅ ｒ ｔｄ ｒｐｏ ｔ ｉ ｈ ｔｓ ｆ ｉ ｎ ｙ、 ｈｇｈ ｐ ｒｏｒ ｎ ｅｐ ｃ ｎ Ｏ ｏ ｉ ｉ ｅ ｆ ｍａ ｃ ｒ ｅａ ｄ Ｓ ｎ． ｉ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｖ ｒｕ ｌｉ ｓｒ ｄｓ ｉ ａ ｎ ｔｕｍｅ ｔ ａ ｍｏｎｃ ｅ ｔ ｔ ｎ ；ｈ ｒ ｉ；ｔｓ
技术和测量技术相结合 的产物 。 它充分发挥 了计算机 强大 的功能和软件 设计的灵活性 。 使用 图形编程语言
Ｌ 、 记录、自动 生成综 合测试 报告、 检测效 率高、 性价 比高等优 点。 关键 词： 虚拟仪器 ；谐波 ；测试 中图分类号：Ｔ ９ ０ ２ Ｍ ３ ． 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ — １ ５ （０ ６ ０ — ０ ０ ０ ０７３ ７一２０ ）４０４ —２
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
基于虚拟仪器的电网谐波检测
Detection of Harmonic on Virtual Instrument 作者： 王建平 林纯
作者机构： 南通大学电气工程学院,江苏南通226000
出版物刊名： 梧州学院学报
页码： 72-77页
主题词： 电力谐波 瞬时无功理论 快速傅立叶变换
摘要：该文对电力谐波的基本概念、特征参数、产生原因、危害与抑制方法进行了研究，详细探讨了目前国内外电力谐波检测方法。
实现了MATLAB环境下基于FFT、基于瞬时无功理论的谐波检测仿真研究。
LabVIEW作为一种强大的虚拟仪器开发平台，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
该文通过调用MATLABScript节点的方式完成了与MATLAB语言通讯接口，利用数据采集卡、互感器电路、PC机完成了LabVIEW环境下的电力信号谐波检测。
基于虚拟仪器技术的电能质量监测装置
置 外 观 图
虚拟仪器是现代 电子技术 与计算机技术发展的产物 ．它将逐步取代传统 电子仪器 ， 是现代 电工
电子测量仪器 的发展方 向。众所周知 ，在 当前推行 的电力市场环境下 ．电作为商品 ，其质量越来越
为用户 和供 电部 门重视 基于虚拟 仪器技 术的电能质量监测装置能进行监测 。现 场实验表 明 该装 置所监 测的各项参数能够很好地对供电网的基波 和高次谐波进行监测 ，并具有用户界面友好 、操作 简单 、分析功能 突出的特点 。
基于虚拟仪＂ 术 霾 盼电能质量监测装
该装置 的主要特点 ：
ａ 可 以分别监测从基波到 ２ ． ０次谐波 的电能 。
ｂ 可 以测量从基波到 ２ ． Ｏ次谐波 的电压 、电流 、有功、无功、功率因数和电压总谐波畸变率等 参 数 ，对治理谐波提供依 据。
ｃ 可 以对测量的数据进行存档 ．
要 把 电 流 、 电压 互 感 器 的 二 次 侧 信
号引入该装置 再通 过通讯 的方式 就可进 行远方操作和 数据传输 。
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赫 ～１ 一６ １… ： ０
◆黑龙江省 电技进 步三等奖
日
管理 ，借助通信 网进行 数据远方传
输和远 方测量。 该装置可在 受谐波 污染较严重
基 于虚 拟仪 器技术的电能质量监测 装置程序主界面
的变电站安 装 ，具备 了推广应 用的
条件 。 该装置 为进行谐波 治理提 供 了
基虚 仪 技 的 能量 测置 于 拟器 术 电质 监装
数据基础 ，为谐 波对电能计量 的影 响分析提供 了定量 的数据 。 该 装置接线简单操作 灵活 ，只
基于支持向量机和虚拟仪器谐波频率检测
基 于支持 向量机 和 虚 拟 仪器 谐 波 频 率检 测
张树 团， 张 凯 ， 李建 海
（ 军航空工程学 院， 东 海 山 烟台 ２４０ ） ６ ０ １
摘
要 ： 持 向量 机 是 采 用 结 构 风 险 最 小 化 原 则 代 替 传 统 统 计 学 中 的基 于 大 样 本 的 经 验 风 险 最 小 化 原 则 的新 型 机 器 学 支
Ｚ ＨＡＮ Ｇ ｈ —ｕ ｎ，Ｚ ＡＮＧ ｉ Ｓ ｕ ｔａ Ｈ Ｋａ ，ＬＩＪａ — ａ ｉｎ ｈ ｉ
（ ａ ａ ｒ ｎ ｕ ｉ ａ ｎ ｔ ｏ ａ ｔｃ ｌＵｎ ｖ ｒ ｉ Ｎ ｖ ｌＡｅ ｏ ａ ｔ ｌａ ｄ Ａｓｒ ｎ ｕ ｉａ ｉ ｅ ｓｔ ｃ ｙ，Ｙａ ｔ ｉ２ ４ ０ ， ｉ ａ ｎ ａ ６ ０ １ Ｃｈ ｎ ）
平 台 ， 计 了 谐波 检测 系统 。经 实 验 发 现 ， 系 统 在 采 样 点 数 较 少 的 情 况 下 ， 能 比 较 准 确 检 测 出各 次谐 波 频 率 ， 统 具 有 操 设 该 仍 系 作 简单 ， 定 可靠 、 试 精 度 高 等特 点 。 稳 测
关 键 词 ： 持 向量 机 ， 波 分析 ， 测 系 统 ， ａ Ｖ Ｅ 支 谐 检 Ｌ ｂ Ｉ Ｗ
ｐ ｐｅ ． Ｔｈ ｈａ ｍｏ ｃ ｅ ｔ ｙ ｔ ｍ ｉ ｄｅ ｉ ｎｅ ｂ ｕｓｎｇ ａ ｒ ｅ ｒ ｎｉ ｔ ｓ ｓ ｓ ｅ ｓ ｓｇ ｄ ｙ ｉ ＳＶＭ ａ ｔ ｏｒ ｔｃ ｌ ｏｕ ａ ｉ ｎ ｎｄ ａｋ ｎ ｓ ｈｅ ｅ ｉａ ｆ ｎｄ ｔｏ ａ ｔ ｉ ｇ Ｌａｂ ＥＷ ． Ｉ ｃ ｓ ｈ ｆ ｗ ａ ＶＩ ｎ ａ ｅ ｏｆ ｔ ｅ ｅ ｓ ｍｐｌ ｎ ｅ ｕｍｂｅ ｒ，ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ ｃ ｎ ｈｉ ｓ ｓ ｅ ａ ｍｅ ｓ ｒ ｔ ｈ ｒ ｏ ｉ ｆ ｅ ｅ ｃ ｗｉｈ ａ ｕ ｅ ｈｅ ａ ｍ ｎ ｃ ｒ ｑｕ ｎ ｙ ｔ ａ ｃ ｒ ｃ ｏｍｐ ｒｎｇ ｄ ｆｅ ｅ ｍ ｐ ｉｕｄ ．Ｔｈｅ ｒ ｓ ｔ ｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｂｙ ｃ ａ ｉ ｉｆ ｒ ｎｔａ ｌｔ ｅ ｅ ｕｌｓｓ ｏｗ ｈａ ｈｅ ｓ ｔ ｍ ｓ ｄ ＳＶＭ ｎｄ Ｌａ ｔ ｔｔ ｙｓ ｅ ｂａ ｅ ａ ｂＶＩ ＥＷ ｓ ｉ ｅｆｉ ｉｎｔａ ｄ ｆ ａ ｉ ｌ ． ｆｃｅ ｎ ｅ ｓｂ ｅ Ｋｅ ｒ ｓ： ｕ ｏ ｔｖｅ ｔ ｒ ｍ ａ ｈ ｎ ｈａ ｍｏ ｃ ａ ａ ｙ ｉ ， ｅ ｔｓ ｓ ｅ ， ｂ ＥＷ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｐｐ ｒ ｃ ｏ ｃ ｉ ｅ， ｒ ｎｉ ｎ ｌ ｓ ｓ ｔ ｓ ｙ ｔ ｍ Ｌａ ＶＩ
基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计的开题报告
基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计的开题报告一、题目基于虚拟仪器技术的电力谐波检测系统设计二、选题的背景和意义随着现代工业、信息化程度的不断提高，电力质量问题越来越受到关注。
谐波是电力中普遍存在的一种波形，它的存在导致电流、电压失真，产生热损耗、电磁干扰等问题，严重影响了电力设备的稳定性和安全性。
因此，对电力谐波进行检测很有必要。
传统的电力谐波检测方法一般依靠专用的仪器进行，这些仪器功能强大，但价格昂贵，使用也较为繁琐，难以普及应用。
而虚拟仪器技术则正好弥补了这些缺点，它具有价格低廉、使用方便、灵活性强等优点，因此在电力谐波检测领域中的应用也得到了广泛的关注。
三、研究内容和研究方案本文设计的电力谐波检测系统基于虚拟仪器技术，主要包括以下几个方面的内容：1. 设计电路模拟模块电力谐波检测系统需要模拟电力中存在的谐波波形，因此需要设计一个电路模拟模块。
该模块可以利用Matlab等数学计算软件进行设计和实现，主要包括谐波发生器和滤波器等。
2. 设计数据采集模块数据采集模块是电力谐波检测系统的核心部分，它需要采集电力中的谐波波形，将其转换为数字信号进行处理。
该模块可以利用NI公司的数据采集卡进行实现，实现对电流、电压谐波的采集，保证数据的准确性和可靠性。
3. 设计数据处理模块数据处理模块是对数据采集模块采集到的数据进行处理和分析的部分。
该模块需要利用虚拟仪器技术进行实现，主要包括信号滤波、谐波分析、数据显示等功能。
具体的研究方案如下：1. 研究电力谐波的基本特性和谐波检测的原理和方法，了解虚拟仪器技术的基本知识。
2. 设计电路模拟模块，通过Matlab等软件实现，模拟电力系统中谐波信号的产生和传输。
3. 设计数据采集模块，利用NI公司的数据采集卡进行实现，实现对电力谐波信号的采集。
4. 利用虚拟仪器技术设计数据处理模块，对采集到的数据进行滤波、谐波分析、数据显示等处理。
5. 进行系统测试，并进行数据分析和评估。
基于labview的电力谐波分析 毕业设计
摘要本文提出了如何利用计算机来分析电力系统中存在的谐波的方法。
电力系统中的谐波危害十分严重，能使电能的利用效率降低，烧毁设备，对通信系统也会产生严重的干扰，因此准确分析电力系统中的谐波信号变的十分必要。
本文论述了采用LABVIEW软件分析电力系统中谐波信号的方法，实时显示谐波的时域信号，频域信号，经过滤波后的时域信号及频域信号。
本文重点研究信号傅里叶变换；各种滤波器的性能，及对谐波信号的影响。
通过如何使用计算机来实现快速傅里叶变换和设计IIR及FIR滤波器来加深对信号分析过程的理解。
本文主要利用LABVIEW软件对信号进行时域及频域分析，用C语言来实现信号的傅里叶变换，和滤波器的设计，并通过matlab来验证C语言实现的傅里叶变换和滤波器的结果。
关键词：电力谐波；快速傅里叶；滤波器设计ABSTRACTThis paper puts forward how to use computer to analysis the harmonic existing in the electric power system The power system harmonic wave is severe, can make the electric energy efficiency in the use of equipment to reduce, burned, communication system can also have serious interference, so accurate analysis of the power system harmonic signal is very necessary.This paper discusses the method how to analysis the harmonic signal existing in the power system ,display the time domain signal ,the frequency domain signal and the ones being processed by filter using the labview software.This paper focuses on Fourier transform, the performance of some kinds of filters and the influence on the harmonic signal. Through how to use computer to realize fast Fourier transform and design IIR and FIR filters to deepen the understanding of signal analysis process.This paper mainly uses the labview software to analysis signal in time domain and frequence domain. Using the C language to design the Fourier transform and the filters. Through the matlab to verify the results of the Fourier transform and the filters designed by C language.Keywords: Power harmonic；Fast Fourier transform；Filter designing目录1 绪论 (1)1.1 选题意义 (1)1.2 电力谐波及其危害 (2)1.3 研究内容 (2)2 快速傅里叶变换及实现 (4)2.1 傅里叶变换的推导 (4)2.2 序列的傅里叶变换 (6)2.2.1信号的理想抽样 (6)2.2.2 序列傅里叶变换公式推导 (8)2.3 离散傅里叶变换 (9)2.4 快速傅里叶算法及实现 (10)3 滤波器设计及实现 (14)3.1 IIR 滤波器的设计及MATLAB仿真 (14)3.2 FIR 滤波器的设计及MATLAB仿真 (19)4 LABVIEW谐波分析软件 (22)4.1 系统总图 (22)4.2 信号生成模块 (22)4.3 滤波模块 (25)4.3.1 IIR Filter模块 (26)4.3.2 FIR Filter模块 (27)4.4 Fourier 变换模块 (30)4.5 系统调试 (31)总结 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录 (35)1 绪论1.1 选题意义随着科学技术的发展,各种电子产品在电力系统中得到大量应用，特别是各种非线性负载包括可控整流传动装置及高压直流输电系统的投入，以及各种电力电子装置在电力系统工业、交通、及家庭中的应用日益广泛,理想电力系统的近似程度变差，直接表现是电网中的电压和电流波形产生周期性畸变。
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基于虚拟仪器的电网谐波检测王建平1，林 纯2（1.2.南通大学 电气工程学院，江苏 南通 226000）[摘 要] 该文对电力谐波的基本概念、特征参数、产生原因、危害与抑制方法进行了研究，详细探讨了目前国内外电力谐波检测方法。
实现了MATLAB 环境下基于FFT 、基于瞬时无功理论的谐波检测仿真研究。
LabVIEW 作为一种强大的虚拟仪器开发平台，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
该文通过调用MATLAB Script 节点的方式完成了与MATLAB 语言通讯接口，利用数据采集卡、互感器电路、PC 机完成了LabVIEW 环境下的电力信号谐波检测。
[关键词] 电力谐波；瞬时无功理论；快速傅立叶变换[中图分类号] TP274 [文献标识码] A [文章编号] 1673-8535(2009)03-0072-06Detection of Harmonic on Virtual InstrumentWang Jianping 1, Lin Chun 2（1.2. Electric Engineering College, Nantong University, Nantong 226000, China)Abstract: This paper introduces the conception, the parameter, the cause, the harmfulness and the control means of power gridharmonic, and describes methods of harmonic detection. The simulation of harmonic detection is given via FFT and instantaneous reactive power theory based on MATLAB. LabVIEW is considered as software of standard data acquisition and instrument control. In this paper, the harmonic detection is realized in LabVIEW through the MATLAB Script node by using data acquisition card, mutual induction circuit and PC.Key words: harmonic; instantaneous reactive power theory; FFT1 引言20世纪70年代以来，由于电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
世界各国都对谐波问题予以充分的关注。
[1-2]国际公认的谐波定义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍。
”[3]电力系统谐波的定义是对周期性非正弦电量进行傅立叶级数分解，除了得到与电网频率相同的分量，还得到一系列大于电网基波频率的分量，这部分电量称为谐波。
2 瞬时无功理论三相电路的瞬时无功功率理论是1984年由日本学者赤木泰文首先提出[4]，此后该理论经过不断研究和完善，在许多方面得到了成功的应用。
赤木泰文提出的瞬时无功功率理论也被称为p-q 理论，是以瞬时实功率p 和瞬时虚功率q 的定义为基础。
该理论主要的不足是没有对有关的电流量进行定义。
在此基础上，西安交通大学王兆安教授提出了以瞬时有功电流p i 和瞬时无功电流q i 为基础的瞬时无功功率理论 收稿日期：2009-04-18第19卷第3期 梧 州 学 院 学 报 No.3V ol.192009年6月 JOURNAL OF WUZHOU UNIVERSITY Jun.2009体系，被称为p q i i −法。
该方法最大优点是当电网电压发生畸变时，也能准确检测出电流中的高次谐波、无功功率及负序电流。
[5]p q i i −法是在p-q 的基础上改进而来的。
p q i i −法的最大特点是不需要检测三相电网电压，只需要 a 相电网电压同相位的正弦信号sin()t ω和对应的余弦信号cos()t ω−。
因此，即使当电网电压发生畸变时也能准确地检测出高次谐波电流。
p q i i −的检测原理框图如图1所示。
e i i iah bh ch图1 p q i i −法检测原理框图图中的C 表示为sin()cos()cos()sin()t t C t t ωωωω−⎡⎤=⎢⎥−−⎣⎦（1） a e 为A 相电压信号。
PLL 为锁相环，它的作用是产生与A 相电压同相位的正弦信号sin()t ω和余弦信号cos()t ω。
三相电流乘以矩阵32C 得到两相瞬时电流,i i αβ，其中32C 为：32111220⎤−−⎥=−⎣C （2）两相瞬时电流,i i αβ与C 矩阵相乘得到三相瞬时有功电流p i 和无功电流q i 。
p i 、q i 经过低通滤波器LPF 滤波得到三相基波正序有功电流p i 和无功电流q i ，再经过反变换可得三相基波正序电流,,a f b f cf i i i 。
三相,,a b c i i i 与三相基波正序电流,,a f b f cf i i i 的差即为三相谐波及负序电流之和,,ah bh ch i i i 。
p q i i −法的最大优点在于，当电网电压发生畸变时也能准确地检测高次谐波电流及负序电流之和,,ca cb cc i i i 。
因为，当三相电压发生畸变时，会含有谐波成分。
采用p q i i −法时，由于含有谐波成分的三相电压不参与计算，而只是抽取sin()t ω和cos()t ω进行计算，所以检测高次谐波和负序电流的结果不受电压波形畸变的影响，检测结果就更为精确。
所以笔者采用p q i i −法对谐波进行检测。
3 基于Simulink 仿真研究按照以上瞬时无功理论图1中p q i i −运算方式的原理框图，运用Matlab 中的乘法模块、低通滤波器、 加法器等模块搭建出应用于检测谐波电流的simulink 模型，如第74页图2所示。
王建平，林纯：基于虚拟仪器的电网谐波检测图2 p q i i −法谐波检测模型为了具有一般性，笔者对谐波分量为方波时的检测效果进行了研究，因为周期函数方波根据傅利叶级数展开可以看成多个不同频率正弦信号的叠加。
设工频电流表达式为：)a i t π=A；2)3ππ=−b i t A；2)3c i t ππ=+A当谐波电流幅值为100A、周期为0.01s 的方波时，三相电流的波形仿真结果如图3所示（仿真时间为0.1s），（a）为 含有谐波的三相电流，（b）为q p i i −法检测得到的工频三相电流波形。
（a）含有谐波的三相电流 （b）检测得到的工频三相电流波形本（c）检测得到的谐波三相电流波形图3 q p i i −法仿真结果由上图可以看出，检测出来的谐波电流幅值为100A、周期为0.01s 的方波。
该方法可以比较准确地检测出谐波成分，克服了受系统电压波形影响的不足。
因为经过低通滤波环节，经过0.03s 延时波形达到稳定。
梧州学院学报 2009年6月 第19卷第3期4 基于LabVIEW 的谐波检测LabVIEW 作为一种强大的虚拟仪器开发平台，广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
笔者在LabVIEW 环境下通过调用MATLAB Script 节点的方式与MATLAB 语言进行通讯接口。
检测装置总体设计包括以下几个部分，如图4所示。
图4 检测装置总体设计4.1 数据采集卡检测装置建立在LabVIEW 虚拟仪器开发平台上，为了采用与之相匹配的数据采集系统，本实验采用的是NI 公司提供的板卡系列——数据采集卡PCI-6024E，它主要由多路开关、放大器、采样/保持器和A/D 转换器组成，其他相关电路也集成在一块电路板上，完成对信号数据的采集、放大及模数转换任务。
4.2 互感器电路因为采集卡的输入电压为±10V，所以电网电压不能直接接入采集通道，因此需要使用互感器电路作为转换中介。
为了保证采集得到的电压电流的连续性、实时性，本实验选用维博公司的WBV111S 电压互感器（输入450V 输出5V）和WBI111S 电流互感器(输入5A 输出5V)。
维博公司的WBV111S 电压互感器和WBI111S 电流互感器都采用线性光电隔离原理，对电网或电路中的交流电流进行实时测量，将其变换为标准的跟踪电压(Vc)输出。
具有高精度、高隔离、宽频响、快响应时间、低漂移、低功耗、宽温度范围等特点。
适用于各种快速反应波形的电流隔离跟踪测量。
特别可用于模拟量的高速数据采集系统，变频调速设备，可控硅控制设备及其他电气设备中用做跟踪电压或电流测量。
4.3 实验结果实验1：利用外部信号发生器产生一个幅值为1V、周期为0.2s 的标准方波信号作为输入信号，第76页图5前面板显示的是被测信号的幅频与相频曲线。
由图5可见，通过数据采集VI 采集数据，再通过FFT 函数计算后得到了一个幅频的柱状图。
由图5可以看出该系统可以准确地检测出方波谐波含量。
实验2：利用Formula Waveform 给A 相添加一个幅值为0.8A 的三次谐波信号，调用Matlab 节点进行谐波检测的框图如第76页图6所示，检测电网电压信号，只需将下图输入信号*3**sin()0.8sin()ωω+t t ，2ωπ=f ，50=f Hz 替换（电网电压信号需降压处理）。
王建平，林纯：基于虚拟仪器的电网谐波检测图5 谐波检测幅频特性及相频特性 图6 调用Matlab节点谐波检测后面板 检测出来的电网信号的电流波形如图7所示。
图7电压信号采集波形图在非线性负荷大量使用的环境下，会对电网信号带来谐波危害，使电网电压或电流产生畸变，由于本实验中电压信号是在实验室采集，如图7所示，谐波成分很少，检测出的波形为一个标准的正弦波，利用ip-iq法检测出的谐波分量近似零。
5 结语在LabVIEW环境下通过调用MATLAB节点，将电网信号、互感器电路、数据采集卡、PC机组成一个谐波检测装置，完成了电网信号谐波检测。
由于实验中电压信号是在实验室采集，谐波成分很少，检测出的波形为一个标准的正弦波，利用ip-iq法检测出的谐波分量近似零。
有待将该检测装置应用于谐波存在的场所，进一步验证该系统的实时性及准确性。
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