电能质量检测仪

毕业设计（论文）题目基于LABVIEW的电能质量监测仪设计姓名周攀学号0710211214所在学院电气与电子工程学院专业班级07电气2班指导教师余瑜日期2011年06月06日毕业设计（论文）专用I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，虚拟仪器毕业设计（论文）专用IIAbstractPowerqualityisanessentialconcernofelectricalutilitiesandcustomers.Ononehand,thefactorswhichaffectthepowerqualityareincreasing,forexample,thedistortedwaveofvoltagesandcurrentscausedbytheextensiveapplicationofpowerelectronicapparatusandnonlinearequipmenthasworsenedthepowerquality.Ontheotherhand,thepopularityofthecomplicated,exactitudeandpowerquality-sensitiveelectricityapplianceshasmadepowerqualitymoreimportant.Researchonthepowerqualitymonitoringandanalysismethodisofgreatvalueinboththeoryandpractice.Thispaperwasdesignedbasedonthelatesttechnologyincontrolfield-powerqualityparametersmonitorsystemonthevirtualinstrumenttechnologyplatform.Itcanmonitorelectricpowerparametersincludingvoltage,electricalcurrent,phase,frequency,three-phasevoltageunbalance,harmonicandthevoltagefluctuationandflicker,andcanalsoprovidedetailedpowerqualityanalysisinrealtime.ThispaperistouseAmericanNIcompany'sgraphicalLABVIEWsoftwaretobuiltthesystem,byusingacombinationofconstructionprogramNIcompanyauxiliaryequipmentPCI-6024E(dataacquisitioncard),sensorandtransmittershardwareequipment,establishedasetofpowerqualitymonitoringwithprecismeasurementability.Keywords:powerquality,on-linemonitoringsystem,LABVIEW,virtualinstrument目录毕业设计（论文）专用III摘要...............................................................IAbstract..............................................................II目录..............................................................II1.绪论...............................................................11.1课题研究背景与意义.............................................11.2国内外对电能质量的监测研究现状.................................21.3本论文主要工作.................................................22.电能质量指标及测量方法.............................................42.1电能质量指标简介...............................................42.2电网电压允许偏差...............................................42.3电网频率允许偏差...............................................52.4电网三相电压允许不平衡度.......................................62.5公用电网谐波...................................................82.6电压波动和闪变................................................113.电能质量测量过程中的相关问题......................................133.1采样定理......................................................133.2混叠现象与FFT分析............................................133.3闪变测量的数字化实现方法......................................144.基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统设计.............................174.1硬件部分设计..................................................174.1.1传感器..................................................174.1.2信号调理器..............................................184.1.3数据采集卡..............................................194.2LABVIEW虚拟仪器简介..........................................204.3虚拟仪器技术的电能质量监测系统软件设计........................214.3.1供电电压和频率允许偏差测试的程序设计....................214.3.2谐波测量主程序的设计....................................234.3.3三相电压不平衡度测量模块................................25毕业设计（论文）专用IV4.3.4电压波动和闪变的测量程序的设计..........................275.结论与展望........................................................325.1结论..........................................................325.2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毕业设计（论文）专用11.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，这毕业设计（论文）专用2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