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1、 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 届届 电气与电子工程电气与电子工程学院学院专专业业 电气工程及其自动化电气工程及其自动化完成日期完成日期 2013 年年 6 月月 10 日日毕业设计成绩单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 组组长得分成绩：院 长签字：年月 日毕业设
2、计任务书毕业设计任务书题 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
3、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
4、得到了普遍的关注和深入的讨论。其原因归纳起来有以下二个方面：(1)现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，具有非线性、冲击性以及不平衡用电特性的负荷(如电弧炉、电气化铁路、整流装置等)迅速发展，很大程度上削弱和干扰了电网的经济运行；(2)为了提高劳动生产率和自动化水平，大量基于计算机系统的控制设备和电子装置投入使用，这些装置对电能质量问题非常敏感。为了规范电能质量的检测管理，建立规范的电力市场。1988 年，我国电力工业部为了加强电网电能质量管理工作，曾颁布执行了电网电能质量技术监督管理规定 ，提出了“谁干扰，谁污染，谁治理”的原则，并指出保证电网安全、稳定、经济、优质运行，全面保障电能质量
5、是电力企业和用户共同的责任和义务。参照 IEC 标准和 IEEE 标准，联系我国电力系统实际情况，我国相继颁布了有关电能质量的五项标准即供电电压偏差、电压波动和闪变、公用电网谐波、三相不平衡度以及频率偏差等，要求各级供电部门和用户按照该标准供电。利用测控领域中最先进的虚拟仪器技术研制一种电能质量监测系统，实时监测电能质量对于保证电力系统运行的经济性、安全性和可靠性都起着重要的作用。二、国内外研究现状电能质量问题的凸显，使电能质量监测产品日益丰富起来，如何监测复杂多变的电能质量现象，分析各种电能质量问题的成因，成为这些产品共同的目标。目前，国内外使用的各种电能质量监测装置从结构上可以分为两类，一
6、种是离线式的电能质量监测装置，另一种是在线式的电能质量监测分析装置，即连续监测设备。在线式电能质量监测实时性强，能够及时对电能质量各种指标作出全面数据采集和分析。随着电子装置和通讯技术的发展，离线式的电能质量分析仪在经济性和有效性方面不再优越，具有联网、图形用户界面(GUI)、数据存储管理、统计分析和 Web 浏览功能的在线电能质量监测系统成为主流。在国内外，对电能质量进行监测与分析时，绝大部分采用智能仪器，主要利用数字技术和硬件来实现。这种测试仪器体积比较庞大，很容易受到外界的影响，而且测量精度不是很高，特别是在检测不同指标时，需要更换相对应的硬件，这给监测和分析带来极大的不便。为了实现更多
7、参数的测试，许多的测量仪器额外配置了辅助的硬件，这不仅加大了体积，而且也增加了成本，甚至给监测系统装置的升级带来不便。传统的监测装置实时性较差，不能实时地保存大量数据，观察历史数据也不方便，而现代的电能质量监测系统需要处理和保存大量的数据信息。我们国内对于电能质量问题的研究起步较晚，然而传统的电能质量监测系统在下列几个方面比较欠缺：(1)功能单一型问题；(2)生产调试率低下问题；(3)开发周期和开发费用问题。虚拟仪器的出现改变了这一现状，凭借其基于网络性和计算机的特性，符合现代测量工作的需求，在测量技术领域不断取得突破。近年来，有许多基于虚拟仪器的电能监测系统问世，实现了远程在线的监测，并能够
8、及时地把监测结果反馈至中央控制室，本系统也是基于这一技术完成的电能质量监测系统。三、主要工作针对我国电力系统网络化程度低的现状，我们提出一种分布式电能质量监测系统，该系统有监测设备、监控中心和远程访问中心三部分构成，最底端是数据采集设备，用于采集监测点的模拟电压电流，采集到的数据经以太网传送到监控中心处理分析入库，而后得到的数据经 Web 服务器上传到上一级远程控制中心。我要完成的是中心监控站的上位机软件。主要监测指标有：电压允许偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡度及功率等。主要完成以下几项工作：(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
9、析统计、图形显示和报警等功能模块；(3)具备友好的人机界面。四、研究方案(1)软件开发环境利用 LabVIEW 平台算法丰富、扩展性强的特点组成高性能的软件系统。 (2)软件模块软件系统实现的功能主要有数据传输、分析处理和人机交互界面三大部分：数据传输模块保证采集到的电压和电流数据能够实时传输给数据处理分析模块，以方便后续模块的分析处理；数据处理分析模块主要用来完成对各项电能质量指标的分析计算。电能质量指标虽然只有五个，但需要计算的量却很多，它们分为基本电参量和稳态电能质量指标。基本电参量包含有：电压有效值 U、电流有效值 I、系统频率 f、三相有功功率 P、三相无功功率 Q、三相视在功率、功
10、率因数。稳态电能质量指标有：各次谐波电压/电流含有率以及总畸变率值、电压波动短时间闪变值 Pst、长时间电压闪变值 Plt,以及三相不平衡度等参数；界面设计具备各参量分析结果的显示界面、超限报警显示界面和用户操作界面。五、预期效果采用 LabVIEW 丰富的信号处理函数和友好的界面能很好的实现上述方案的要求，实现对电能质量相关参量的在线监测，并界面友好地为用户显示分析结果及超限警告，最后将分析结果传输给数据库从而达到数据备份的功能。指 导教师签字时 间年月 日摘 要随着新型电力负荷迅速发展对电能质量提出了更高的要求，以及电力网逐步实行商业化运营，电力用户的需求成为供电企业优先考虑的问题，电网电
11、能质量问题引起了供电企业和用户的高度重视。研究电能质量的监测方法，找出引起电能质量降低的原因具有重要的理论和工程价值。近年来，计算机技术、通信技术以及测试测量技术的不断发展推动了虚拟仪器技术的不断发展。NI 公司的 LabVIEW 软件具有丰富的软件功能、简单的硬件结构、高度的智能化等特点，是当今最完善、影响力最大的一种图形化编程语言,在测量领域中处于领先地位。本设计说明书给出并设计了基于 LabVIEW 平台的电能质量监测系统。本设计说明书首先阐述了电力系统中常用的电能质量监测技术的现状，以及本设计研究的主要内容及意义。然后，对国家电能质量的标准进行了介绍，总结各项电能指标的计算方法，作为系
12、统设计的依据。并针对 LabVIEW 软件中的一些概念和使用到的 VI 进行了介绍。随之，根据国家电能质量标准，设计电能质量的监测系统，使用LabVIEW2012 实现电压谐波分析、电压偏差、频率的偏差的分析计算和显示，并把监测结果上传至数据库。最后，就该系统在实际运行中存在的不足做出总结，对系统的改进提出建议，指出论文的进一步研究工作展望与设想。关键词：LabVIEW 电能质量 电能质量监测系统AbstractWith new power load which puts forward higher requirements rapidly developing and power netw
13、ork gradually carrying out commercial operation, power consumers demand becomes the prior consideration of the power supply enterprise. Power quality is an essential concern by electrical utilities and customers. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both
14、theory and practice.In recent years, the development of computing technology, communication technology and measuring technique leads to virtual instrument technical progress. The LabVIEW of National Instruments company, which is an advanced technology in the measurement field, possesses perfect soft
15、ware function, simple hardware configuration as well as high intelligence and it is a graphical programming language of the most complete, the greatest influence.This dissertation proposes a design of the power quality monitoring system based on LabVIEW technique. To begin with, the paper indicates
16、the existent problems for the technology of power quality monitoring, including its actuality and development tendency, as well as the research content and significance. Secondly, the paper describes the national power quality standards, and summing up the calculation method which is about the power qualitys parameter. And then, the paper is focus on the V1 which was used and the concepts of
