基于LabVIEW电能质量监测仪设计

毕业设计（论文）题目基于LABVIEW的电能质量监测仪设计摘要目前，供电企业和用户开始高度重视对电网电能质量监测的问题。

一方面是因为影响电能质量的因素日益增多，如今广泛使用非线性设备和电力电子装置，使电网中的电流和电压波形发生畸变，导致电能质量的恶化。

另一方面，各种精密、复杂的，对电能质量敏感的电气设备的普及，使人们对电能的可靠性及其质量的要求与日俱增。

因此，研究供电质量监测的方法，找出导致电能质量下降的原因具有重要的工程和理论价值。

本论文设计并给出了以测控领域的最新技术——虚拟仪器平台为基础的电能质量监测系统。

该系统能够对电流、电压、频率、相位、电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量参数进行实时地监测，并且具有在线分析功能。

本文是使用美国NI公司开发的图形化开发软件LABVIEW进行系统程序构建，结合使用NI公司的配套设备PCI-6024E（数据采集卡）以及传感器、变送器等硬件设备，组建了一套电能质量监测仪系统。

关键词：电能质量，在线监测系统，LABVIEW，虚拟仪器AbstractPower quality is an essential concern of electrical utilities and customers. On one hand, the factors which affect the power quality are increasing, for example, the distorted wave of voltages and currents caused by the extensive application of power electronic apparatus and nonlinear equipment has worsened the power quality. On the other hand, the popularity of the complicated, exactitude and power quality-sensitive electricity appliances has made power quality more important. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice.This paper was designed based on the latest technology in control field - power quality parameters monitor system on the virtual instrument technology platform. It can monitor electric power parameters including voltage, electrical current, phase, frequency, three-phase voltage unbalance, harmonic and the voltage fluctuation and flicker, and can also provide detailed power quality analysis in realtime. This paper is to use American NI company's graphical LABVIEW software to built the system,by using a combination of construction program NI company auxiliary equipment PCI - 6024E (data acquisition card) ,sensor and transmitters hardware equipment, established a set of power quality monitoring with precis measurement ability .Keywords: power quality, on-line monitoring system,LABVIEW,virtual instrument目录摘要 (I)Abstract .............................................................. I I 目录.............................................................. I I 1. 绪论 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2 国内外对电能质量的监测研究现状 (2)1.3 本论文主要工作 (2)2. 电能质量指标及测量方法 (4)2.1 电能质量指标简介 (4)2.2 电网电压允许偏差 (4)2.3 电网频率允许偏差 (5)2.4 电网三相电压允许不平衡度 (6)2.5 公用电网谐波 (8)2.6 电压波动和闪变 (11)3. 电能质量测量过程中的相关问题 (13)3.1 采样定理 (13)3.2 混叠现象与FFT分析 (13)3.3 闪变测量的数字化实现方法 (14)4. 基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统设计 (17)4.1 硬件部分设计 (17)4.1.1 传感器 (17)4.1.2 信号调理器 (18)4.1.3 数据采集卡 (19)4.2 LABVIEW虚拟仪器简介 (20)4.3 虚拟仪器技术的电能质量监测系统软件设计 (21)4.3.1 供电电压和频率允许偏差测试的程序设计 (21)4.3.2 谐波测量主程序的设计 (23)4.3.3 三相电压不平衡度测量模块 (25)4.3.4 电压波动和闪变的测量程序的设计 (27)5. 结论与展望 (32)5.1 结论 (32)5.2 存在问题与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录部分仿真结果 (36)1. 绪论1.1 课题研究背景与意义目前，电能已经成为人类社会不可或缺的一种资源，人们利用它完成各种所需要的工作，它已经成为人类赖以生存和发展的重要部分。

它承载了太多太多，如今开始不堪重负，但是现代社会恰恰相反，对电能的质量的要求却反而越来越高，这样的矛盾必然会引来社会性的问题，因此不少的专家和学者们都对这个问题陷入了沉思。

最近几十年来，一方面，工业科技的迅速发展给人类带来了进步，但是与此同时也给电能质量带来了大量的沉重负荷，给电网造成了不可磨灭的破坏；另一方面，随着科学技术的进步，无数的精密仪器被引入到电网中来，这些精密仪器对电能质量的要求越来越高，而电能质量不断恶化已经带给用户不少损失。

当今社会电力部门追求电能经济效益最大化的过程中，电力部门必然会要求电能质量的不断提高，并且使电能质量的标准不断完善。

在今年来大规模的国际国内供电会议上，有关电能质量的标准制定比比皆是，大多都是围绕电能质量的概念、标准、测量和改善的相关研究。

从某种程度上讲，电能质量已经成为当今社会即将面临的一个严峻的挑战之一。

IEEE（美国电气电子工程师协会）和IEC（国际电工委员会）都对电能质量进行了相关的界定和分类。

并且将电能质量问题分类成：瞬时现象、短时变动、长时变动、波形畸变、电压不平衡、电压波动和工频现象等七种。

联系我国实际情况和IEEE与IEC的标准，我国也相继颁布了关于电能质量问题的五项指标分别是：电网频率允许偏差、供电电压允许偏差、公用电网谐波、三相不平衡度、电压波动与闪变。

根据调查知道，我国目前使用的电能质量监测的仪器相对国外的产品还比较落后，主要是基于单片机的检测设备，抗干扰能力很差，也不能稳定准确的检测分析电能质量的本质问题。

然而使用国外的产品成本相对来说偏高，并且维护和升级很麻烦，不能满足要求。

正因为如此引入新技术是十分有必要的，在控制领域中虚拟仪器可以算最先进的仪器技术，可以使用这种技术来研制电能质量的监测设备，来对电能质量进行实时的在线监测，以保证电网的安全、稳定的运行。

电能质量关系到国家的命脉，特别是涉及到电力、铁道、化工、冶金、IT 等诸多行业的发展。

因此国内国外的专家学者们都引起了高度的重视，并且随着经济发展和工业管理体制的转变，电网逐渐实现了商业化的管理体制，使得用户不断地追求高质量的电能供应，这给电能供应商除了个难题，也促使电能质量的向前发展不断提高。

1.2 国内外对电能质量的监测研究现状随着对电能质量问题的逐步重视，针对这一问题的研究也如雨后春笋一样蓬勃发展起来，特别是在工业发达国家，已经得出了不少的研究成果。

在国内外，目前主要使用的监测方式是使用智能仪器，由数字技术和相关的硬件组成。

这种仪器的体积庞大，测量精度不高，容易受到外界环境的影响，而且在测量不同的电能指标时还要更换相应的硬件设备，这些弊病给监测带来了诸多不便。

为了增加同时测量的指标，不得不加入各自的硬件电路，这样以来设备的体积更加庞大，不能实时的保存测量数据，观测历史数据极为不方便。

国内的电能质量设备研究起步较晚，传统的电能质量检测仪有以下几点缺陷：①生产调试率低下问题。

②功能单一型问题。

③开发周期和开发费用问题。

虚拟仪器的出现为上述问题带来了解决办法，彻底的改变了这一现状，它将信息通讯、仪器仪表、信息通讯、计算机技术相结合，使用强大的计算机来实现庞大的硬件电路的测试功能。

本论文设计了基于虚拟仪器的电能质量监测系统，通过计算机的高速计算能力对电能质量进行在线监测，使电力部门能实时的掌握电能质量情况，便于对突发状况作出有效的补救措施，避免不必要的损失。

1.3 本论文主要工作本文在对电力系统的电能质量指标及测量方法进行研究的同时，设计了基于LABVIEW 的电能质量监测仪，通过在线监测电压波动和闪变、电压和频率偏差、电网谐波、三相不平衡度进行在线监测、并且对结果进行计算和分析。

主要工作如下：（1）、对目前国内外电能质量的现状进行了解，知道目前电能质量已经成为了社会的热点话题，针对改善电能质量的方案层出不穷。

（2）、对我国电能质量监测现状做了了解和学习，发现我国的监测技术尚未成熟还需要进一步的研究和开发。

（3）、讨论衡量电能质量监测和电能质量问题的指标的方法，并对电网谐波和闪变的测量方法进行研究，寻找提高测量精度的措施和方法。

（4）、学习使用虚拟仪器软件LABVIEW，在此平台上开发了电能质量监测系统的软件系统设计，此系统在功能上可以代替电能质量监测仪的部分硬件，主要功能是检测电网电压、频率、三相不平衡度、谐波含量及电压波动与闪变，并判断到得的数据是否符合国家标准。