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1、第19卷第1期现代电力Vol119No112002年2月MODERNELECTRICPOWERFeb12002文章编号:100722322(2002)0120049205基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统12李永臣艾欣(11沈阳供电公司大东供电局,沈阳110042;21华北电力大学(北京)电力工程系,北京102206)摘要:介绍了虚拟仪器技术的概念、特点和技术优势,采用快速傅立叶变换给出了谐波信号的分析方法,采用对称分量法给出了三相系统不平衡的指标,介绍了应用虚拟仪器技术研制的电能质量在线监测系统的结构、监测的内容及主要功能,给出了三相系统的实验结果,认为
2、这套系统有很大的实用价值。关键词:虚拟仪器;电能质量;在线监测;系统设计分类号:TM764;TM930文献标识码:A虚拟仪器技术起源于20世纪90年代的美国,被誉为“21世纪的技术”、“测控技术的革命”。他的特点是在一台普通的计算机上主要用软件来实现各种仪器,硬件部分主要是一块安装在计算机上的模ö数转换卡,仪器的其它各种数据处理、计算、分析和结果显示等功能全部由软件编程来实现。虚拟仪器实际上是一种“微机化仪器”,这也是计算机软件和硬件技术飞速发展给仪器仪表技术带来的必然结果,虚拟仪器技术的口号就是:“软件就是仪器”。目前代表虚拟仪器技术最高水平的软件开发平台是
3、美国国家仪器公司(NICo1)提供的LabVIEW系列软件,还有与之配套多功能数据采集卡等产品,把它们安装在一台普通的计算机上就可以开发各种测量和控制仪器,它还有丰富的通信功能,可以实现远程监测和数据传送。电力系统的电能质量的指标主要包括电压偏差、频率偏差、波形(谐波含量)、电压波动与闪变和三相不平衡等5项,不同的电压等级对电能质量有不同的指标。对电能质量的在线监测有助于了解电能质量的状况,对提高电能质量所采取的对策提供依据。1系统结构设计电能质量在线监测系统的主要任务是实时地了解供电系统的电能质量状况,对分析影响电能质量的原因及采取提高电能质量的措施提供依据
4、。基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统的结构主要有信号调理、AöD变换和虚拟仪器程序3部分组成。收稿日期:2001211216作者简介:李永臣(1962—),男,工学硕士,工程师,主要从事电能计量、用电监察、电力市场营销等工作;艾欣(1964—),男,博士后,教授,主要从事电力系统分析与控制、虚拟仪器技术在电力系统中的应用等方面的研究。50现代电力2002年信号调理部分的作用是将被监测的高电压和大电流通过互感器变成小的电压信号,以便通过端子和信号电缆送入安装在计算机中的AöD卡上,它除了有信号幅值变换的作用以外,还有隔离和滤波的作用,即将计算机与强电隔离、去
5、除不需要的各种电磁干扰产生的高次谐波,作为信号变换的电压、电流互感器应该有足够的准确度和带宽,以满足对20次(1000Hz)以内的谐波的测量要求。AöD变换是通过一块安装在计算机PCI槽上的数据采集卡完成的,它的采样率和采样通道数要满足一定的要求。虚拟仪器程序是本系统的核心部分,通过它来实现对数字信号的处理、计算、分析、显示、数据存储、报表生成及通信等各种功能。111数据处理对从AöD输出的数字信号要进行数字滤波和加窗处理,滤波的作用是为了避免频谱混叠现象,使得被测信号满足香农采样定理;加窗处理的作用可以避免出现频谱泄漏现象,保证同步采样,减小截断误差。112
6、数据计算从AöD输出的数字信号都是在±5V范围以内的电压信号,要将它们按照给定的比例折算成一次的电压、电流,然后分别对它们进行离散傅立叶变换,通过计算得到各次谐波的幅值和相位,计算公式为:N-1-j2PnköNX(k)=∑X(n)en=0N-12P2P=∑X(n)(cosnk-jsinnk)(1)n=0NNN-1nk=∑X(n)WNn=0N对信号的采样次数,采样率是fs;采样信号的时域表示为x(n),其中0≤n≤N—1,则相1-j2PöN邻采样间隔为$t=,k=0,1,2,⋯,N-1;WN=e;输出的结果X(k)就是x(n)的fs频域显示,且X(k)是个复数,
7、可以计算出幅值和相位。与时域中的时间间隔$t类似,在频fs1域中相邻采样点间也存在频率间隔:$f==。NN$t根据各次谐波电压、电流的幅值和相位可以计算出各次谐波的功率因数角、功率因数、有功、无功、视在功率、有功电能和无功电能,也能计算出系统的频率。113数据分析计算总谐波畸变率THD:202XhTHD=∑×100%(2)h=2X1其中X1和Xk分别表示基波和各次谐波电压(或电流)的幅值。114数据显示对各种计算结果可以进行数字显示、指针式表计显示、波形显示、相量图显示、频谱图显示等多种显示方法。115数据存储将有用的数据按照文本文件格式存储到计算机的硬盘上的
8、指定路径下,按照存储时间自第1期李永臣
