基于虛擬儀器技術的電能質量監測系統的設計

寧存岱 潘冬喜

摘 要：國內經濟的整體發展成為了一個大趨勢，各大企業需要更多的電能，電能的質量已經成為了人們關注的焦點。首先，根據國家功率質量標準的章節，給出監視算法，描述監測電能質量參數的細節，使用傳統電源質量參數監測裝置的電力質量條件，以此分析虛擬儀器技術得出該系統的可行性。

關鍵詞：虛擬儀器；電能質量；FFT；LabVIEW；諧波

中圖分類號：TM764 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.004

基金項目：廣西高校中青年教師基礎能力提升項目（2017KY1115）

作者簡介：寧存岱（1984-），男，山東鄄城人，碩士研究生，高級工程師，研究方向：建筑電氣、智能化，E-mail：228539412@qq.com。

0 引言

電力作為現代社會最普遍的能源消費，是國家發展水平的重要標志。

1 研究影響和題目的理解

科學技術的進步和人民生活水平的提高都依賴電力的效能和電能的效率。能源發展戰略規劃初期，電力的需求大，因此人們關注電力供應量和電力質量。目前電能質量的檢測大多采用比較傳統的檢測方法，通常只是對幾個指標進行檢測，且功能單一，一般使用單片機對結果進行采集并處理，輸出的結果通過液晶顯示，一般用來測試電能參數中的電壓，電流，頻率，一般需要人工抄表，對結果也缺乏分析。此外，傳統的測量儀器主要有以下缺陷：

（1）檢測量比較少。單一的檢測儀器通常只能檢測一個或者幾個量，不能對電能質量給出全面的評價。

（2）費時費力。需要大量人工的參與用來完成數據采集的過程以及對數據的后續分析及統計，從發現電能質量問題到采取具體措施中間有很大的延時，從而失去監測的意義。

（3）不具備實時性。在具體的檢測過程中，需要檢測的點往往非常分散，還有的點需要長時間的監測，傳統儀器往往無法完成這些任務，使得無法實時了解當前階段的電能質量。

（4）研發時間長，花銷大。傳統器件在硬件的設計以及后續的程序編程需要花費大量的時間與金錢，程序相對來說比較復雜，需要不斷的調試過程，各個參數的硬件往往只對應參數，需要測量其他參數時還需要其他獨立的硬件支持。

（5）不具備擴展性。隨著人們不同的需求，往往在器件原來的結構上進行改進或者修改，傳統測量儀器，往往需要更新硬件，這就需要大量的資金投入才能完成更新過程，因此，傳統儀器更新換代慢，不容易集成。

2 虛擬儀器技術

由于具有強大的用戶自定義函數，開發周期短，實用性強，維護簡單。具有廣泛的經濟發展空間的虛擬儀器技術，以低成本，對20世紀90年代的電力行業企業影響非常大，也快速影響到了其他行業。所以這項技術的發展，虛擬主機能力，技術可以迅速改善經濟，所以發展其使用的電能質量參數監測系統在任何時候，都可以方便使用，以顯示出強大的，可擴展的功能已經開發出一種低成本的現場可操控的實際需要。

這些虛擬儀器技術的工作原理的基礎理論，APP，計算機的技術支持和設備，本文設計了電能質量參數監測系統，從而使計算機強大的測量操作加工能力和設備的硬件，都可以控制起來，靈活的措施來克服監測系統電能質量參數在當前限制的重要意義，已達到電源的質量，可以簡單改進，所以我們將開發基于虛擬儀器技術的電能質量參數監測系統。

3 電能質量參數監測系統的控制技術研究

在測試任務時應該選擇測試系統的類型來完成設計問題為系統監控第一總體規劃時必須考慮，系統設計還必須考慮質量控制系統參數。開發質量監控系統（7周）的過程要分為以下幾個階段。

（1）模擬測試階段。模擬檢測利用模擬技術來操作檢測信號，例如電壓表，電流表和電氣測量設備。基本結構是電磁，結果是一個指標。模擬檢測系統具有結構復雜、精度低、自動化程度低等缺點。

（2）數字檢測步驟。當檢測信號的數字檢測用的A / d（模擬/數字轉換）轉換成數字信號時是使用數字信號處理技術，具有一個數字計數器計算，處理顯示在十進制的測量值的（模擬/數字轉換）之后進行處理。因此，數字檢測可以高速響應和支持高精度要求，讀數明了，可直接使用。但是，適用于虛擬測試，此系統只能獨立運行且僅有一個能力。

（3）主機的控制系統。電腦的發展和改革，使電子檢測技術水平不斷提高。智能檢測系統是利用微型計算機的功能開發的，例如存儲器、數學運算、邏輯判斷、命令識別等。一種用于檢測電源質量的參數作為嵌入式微處理器系統，在軟件或硬件硬化的形式，自動測試，也稱為智能數據處理功能存在的所有功能模塊，可是無論是在開發還是應用方面，虛擬儀器比智能部件都缺乏靈活性。

（4）虛擬化軟件的檢測。檢測虛擬化組合的數據收集和實現，通過軟件設備的一些或全部功能所需的一般計算機支持需要的計算，通信技術和測試、測量硬件基礎。虛擬工具代表了傳統測量概念的根本性變化，也是監測電力質量參數發展的關鍵方法。

（5）電壓波動的測量。檢測電壓波動的常用方法包括檢測裝置的方法，檢測有效值的方法，引起同步檢測的方法等。推薦的IEC方法是同步檢測方法，即檢測矩形波的方法。

部分電壓波動典型地被檢測為電壓波動電壓（50 Hz或60 Hz）的波動或波動分量的峰值，作為由RMS調制電壓的幅度調制的模量波。對于每個具有調制波的波形，它可以被認為是不同頻率分量的組合。為了簡化分析而不失一般性，可以使用檢測頻率載波中的一個頻率調制的調制分析電壓波動的方法。瞬時電壓分析是u（t）= A（1+ mcosΩt）coxωt

基于虛擬儀器技術的數據

u2（t）=a2/2（1+m2/2）+ma2cosΩt+m2a2/4cos2Ωt

+a2/2（1+m2/2）cos2ωt+m2a2/8cos2（ω+Ω）t

+m2a2/8cos（ω-Ω）t+ma2/2cos（2ω+Ω）t

+ma2/2cos（2ω-Ω）t

由此等式可以看出，對于直流分量以外的二次項波長調制，頻率分量包含以下內容。Ω、2Ω、ω、2ω、2（±Ω）、20±Ω，當005～35 Hz用于濾除直流成分和組分赫茲的帶通濾波器，調制因子m是遠小于1，所述頻率分量幅度的調制波是比電壓值小，因此它可以很容易地計算出來。這意味著通過濾波解調，可以獲得約8%的加權波長調幅，并且可以獲得元件電壓波動。這種方法適用于數字信號處理。

4 結論

采用準工具有一個圖形化編程語言，設備的硬件和軟件的能力有限制，用戶界面圖形，同實行和監控系統的發展，控制系統設計工具大大減少了生產時間，設備的質量有保障，設備金錢的使用減少。本文是對虛擬設備監控技術的電氣系統的控制進行分析。希望在各種條件的環境影響下，電能質量參數監測系統一定要做出改進。瞬態過電壓系統不參與瞬態過電壓、頻率、諧波電壓、電壓波動和相位平衡等五項國家標準的測量和分析，實現一體化。數據庫監控系統在電力功能質量方面的研究較少，需要進一步開展研究。

參考文獻：

[1] 肖湘寧.電能質量分析與控制[M].北京：中國電力出版社， 2010.

[2] 林海雪，孫樹勤.電力網中的諧波[M].北京：中國電力出版社， 1998.

[3] 孫樹勤.電壓波動與閃變[M].北京：中國電力出版社， 1999.

[4] 張毅.虛擬儀器技術分析與應用[M].北京：機械工業出版社， 2004.

（04）