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1、塔里木大学毕业设计电能质量监测系统设计方案目 录工程概况11电能质量参数11.1电能质量概念11.2电能质量的特点21.3电能质量指标21.4影响电能质量的因素31.5电能质量低下的危害32电能质量标准32.1 电压允许偏差42.2 公用电网谐波42.3 电压波动和闪变42.4 三相电压不平衡52.5 电网频率52.6 暂时过电压和瞬态过电压53谐波危害及治理53.1 谐波的定义53.2 谐波源63.3 用于谐波分析的DFT和FFT算法73.4谐波治理的基本方法124 LABVIEW虚拟仪器技术144.1 概述144.2 LabVIEW的特点154.3 LabVIEW各部分功能164.4 LA
2、BVIEW参数的监测技术164.5 频率跟踪技术175电能质量监测系统设计方案185.1 硬件部分185.2 软件部分195.3总体结构图206结论21致谢22参考文献23 工程概况电能质量与国民经济的各个部门和人民日常生活有着密切的关系和重要意义。电能作为一种商品, 具有它本身的特殊性, 电能的生产和消费必须同时进行, 且电能的生产、传输和使用设备必须紧密地连接在同一电网上。因此, 作为电力部门的产品质量电能的质量, 不仅与电力部门有关, 而且与成千上万的电力用户有关。随着现代科学技术的发展, 电能质量监控的新技术使电能质量监测的意义赋予了新的内容。通过全部时间内连续的跟踪监控, 建立起表征
3、电能质量的, 真正有用的数据库, 在供配电系统和用电设备运行失效之前, 捕获到其早期的故障信息, 以便在毁灭性打击之前, 提醒人们对供、用电设备的运行状态进行调整和预防检修。电能的质量, 通常以供电电压的频率、偏移、波动、闪变、间断、塌陷、尖峰、谐波畸变、三相不平衡度和高频干扰等项指标来表征。电能的质量, 不仅取决于发电、输电和供电系统本身, 现代工业化的迅速发展, 接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷, 也会明显地干扰或降低配电网中的电能质量。要保证公用电网中电能的质量，必须由电力生产部门和接入电网中的广大电力用户来共同努力。进入20世纪90年代以来、随着半导体、计算机技术的迅速发展，一批
4、高新技术企业应运而生，出现大量的微机控制装置和生产线.对电能质量提出了新的要求；而电力市场的发展，使供电企业进一步认识到：保证电能质量是用户的需要也是自身的需要。在这样的背景下，因电能质量不良而使用户设备停机或出次品的情况。仍应看作电能质量不合格。当然，电能质量不良有多种情况，用户对电能质量的敏感程度也各不相同。一船来说，供电企业可对不同的电能质量划分等级、分别定价、用户可以自由选择。但由于我国目前还未能实现优质优价。因此，进一步改善电能质量的工作基本上要求在用户侧解决。随着各种用电设备对电能质量敏感度的变化，电能质量的范围进一步扩大。分类更细要求更高。在新的电力市场环境下，电能质量已成为电能
5、这种商品的消费特性，很大程度上体现了供电部门服务品质。所以有关部门正在加大对电能质量的监管和治理。为了保障供用电双方的合法权益, 保证电网的安全运行, 维护电气安全使用环境, 必须加强电能质量的监控管理。随着电力电子与信息技术在社会各个领域的渗透应用，一些新型电力负荷对电能质量的要求不断提高，电能质量已成为电力企业和用户共同关心的课题。当今威胁电力质量的主要干扰除了谐波、电压波动外，更多为人们所关注的将是电压暂降和短时断电、电压闪变等动态电能质量问题；我们应因地制宜，对症下药，在深入调研、现场实测、试验研究的基础上，运用FACS和电力新技术对电能质量进行系统化地综合补偿，这将是今后解决电能质量
6、问题的最根本途径。随着科技的进步，现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变引起电压波动和闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰或“污染”。电网中正面对越来越多的电能质量问题，这使得电能质量的研究十分紧迫。另一方面，电能质量正逐步受到供电企业和电力用户的共同关注。因此，本次设计旨在明确影响电能质量的主要因素、谐波的基本概念及分析方法；详细介绍和分析谐波的危害及处理谐波的方法；了解LABVIEW虚拟仪器技术
7、，掌握提高电能质量的措施；确定电能质量在线监测与分析系统总体设计方案、完成电能质量在线监控系统的硬件设计和软件设计。1电能质量参数1.1电能质量概念 电能质量包括四个方面的相关术语和概念：电压质量(Voltage quality)即用实际电压与额定电压间的偏差(偏差含电压幅值，波形和相位的偏差)，反映供电企业向用户供给的电力是否合格；电流质量(Current quality)即对用户取用电流提出恒定频率、正弦波形要求，并使电流波形与供电电压同相位，以保证系统以高功率因数运行，这个定义有助于电网电能质量的改善，并降低网损；供电质量(quality of supply)包含技术含义和非技术含义两个
8、方面：技术含义有电压质量和供电可靠性；非技术含义是指服务质量(quality of service)包括供电企业对用户投诉的反应速度和电力价格等；用电质量(quality of consumption)包括电流质量和非技术含义，如用户是否按时、如数缴纳电费等，它反映供用双方相互作用与影响用电方的责任和义务。 一般地，电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏
9、，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。在电能输送过程中，电力系统将受到各种因素的影响，到达用户的电能波形往往发生畸变。随着不对称负荷、冲击性负荷的容量和数量的不断增大，电网受到严重干扰，电能质量不断恶化。另外,电能质量不仅取决于发电、输电和供电系统本身，接入公用电网的半导体换流器和非线性负荷也将对电网产生明显的干扰，降低了配电网中的电能质量。电能质量的恶化将会给电力系统和用电设备带来严重危害。谐波问题是电能质量中的一个重要问题。一直以来 ,电能质量研究也
10、主要集中在与谐波相关的稳态电能质量研究上。在电力系统、电力电子、电动机、供配电等专业和所有涉及电力电子应用的工业部门中，都把谐波干扰及其分析处理作为重要技术课题。以前,由于受各种条件的限制，对电压骤降和骤升、暂态扰动等各种暂态电能质量研究较少。暂态信号具有突变、非平稳、持续时间短等特性，只了解它们在时域或频域中的全局特性是不够的。暂态信号中的奇异点和不规则突变通常与系统的电气参数有着重要的联系。奇异点检测的目的就是对故障进行定位，抓住故障特征，进而采取适当的保护或控制措施。因此，暂态电能质量分析已成为研究热点。1.2电能质量的特点电能质量具有以下几个特点：(1)动态性。电能从发电生产到用户消耗
11、是一个整体，其流动始终处于动态平衡中，并且随着电网结构和负荷的改变而不断变换。(2)相关性。电能不易大量存储,其生产、输送、分配和转换过程直至消耗几乎是同时进行的。当系统处在各种运行状态时，电能质量一旦不达标，相关的设备就会受到不同程度的影响。(3)传播性。电力系统是一个复杂的网络，为电能提供了最好的传输途径。电能传播速度快，电气污染波及面大，会大大降低相连系统的电能质量。(4)潜在性。电能质量扰动复杂多变，事故诱发条件复杂，其质量的下降造成对系统用电设备的损害有时并不立即显现，为安全运行留下了隐患。(5)复杂性。电能质量的多个指标作用于同一个系统时，综合给出电能质量的评判标准是非常困难的。目
12、前尚没有一个准确和普遍认可的定量评估计算方法。(6)整体性。保证电能质量要靠多方努力。要求电力供应方、电力使用方、设备制造商等共同协作，制定统一和可操作的合适质量标准或单独的供电质量协议，或者按电力用户对电能质量的不同要求实行分级控制和管理。1.3电能质量指标电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，参考IEC标准、 从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：(1) 低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电 ，电网频率变化，低频感应电压，交流网络中的直流； (2) 低频辐射现象：磁场、电场； (3) 高频传导现
13、象：感应连续波电压与电流，单向瞬态、振荡瞬态； (4) 高频辐射现象：磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态)； (5) 静电放电现象。 对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。电能质量指标国内外大多取95%概率值作为衡量依据，并需指明监测点，这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。
14、即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行，而且应具备承受短时超标运行的能力。1.4影响电能质量的因素电能质量直接关系到电力系统的供电安全和供电质量，从技术上讲，影响电能质量的因素主要包括三个方面：(1)自然现象的因素，如雷击、风暴、雨雪等对电能质量的影响，使电网发生事故，造成供电可靠性降低。(2)电力设备及装置的自动保护及正常运行的因素，如大型电力设备的启动和停运、自动开关的跳闸及重合等对电能质量的影响，使额定电压暂时降低、产生波动与闪变等。(3)电力用户的非线性负荷、冲击性负荷等大量投运的因素，如炼钢电弧炉、电气化机车运行等对电能质量的影响，使公用电网产生大量的谐波干扰、产生电压扰动、产
15、生电压波动与闪变等。1.5电能质量低下的危害 电能质量低下的危害有以下一些表现: (1)谐波由谐波源(非线性设备和负荷) 注入系统, 会损坏系统设备(如电容器、电缆、电动机、电压互感器等), 威胁系统的安全运行(如继电保护及自动装置误动), 增加系统的功率损耗(如线损), 增大测量仪表的误差(如电能表), 干扰通信等。(2)三相不平衡会使发电机工作不正常, 增加变压器的附加损耗造成其局部过热, 继电保护及自动我国正在积极采用国际标准和国外先进标准, 特别是IEC 制定的EMC 标准。我国现行的关于电能质量方面的国家标准有五个, 其中电能质量电压允许装置误动, 变流器产生非特征谐波, 增加中性线电流产生电噪声干扰, 增加输电线损耗, 干扰通信等。(3)电压偏差超标会使用电设备的损耗增加、寿命缩短、工作不正常, 会破坏电力系统同步运行的稳定性、电压的稳定性以及电网的经济运行。 (4)电压的波动和闪变主要由波动性负荷(如电弧炉) 引起, 其超标会危害与其连接在公共供电点的其他用户的设备, 如使照明灯闪烁、电机转速不均匀和计算机及电子设备工作不正常等。(5)电力系统稳定运行时, 全系统有相同的频率。在允许的频率偏差范围内, 主要是引起设备的效率问题; 当偏差超过范围, 则会危及设备的安全, 严重时甚至造成系统瓦解崩溃。(6)暂时过电压和瞬
