基于虚拟仪器的电能质量分析系统 - 中国电机工程学会.pdfVIP

中国电机工程学会高电压专业委员会 2004 年学术会议论文 基于虚拟仪器的电能质量分析系统 陶骏，刘正之，荣大伟 中国科学院等离子体物理研究所 摘 要：随着电网的非线性负荷的增多，电能质量越来越为人们关注，对其精确分析也成为一个重要的研究方向。本 文中深入研究了电能质量的分析方法，并基于虚拟仪器技术，在 LabView 平台上开发了电能质量分析系统， 验证了所提出的分析算法和虚拟仪器的实现思想。 关键词：电能质量 同步信号 频谱分析 频率 虚拟仪器 1 引言 随着国民经济和科学技术的发展，微电子和电力电子器件的广泛应用，对电能质量的要求越来越 高；同时由于扰动性负荷（如非线性，冲击性和不对称负荷）接入电力系统和其他扰动源（如系统故 障）的存在，造成了大量的电能质量问题。不但影响了公共电网的安全可靠运行，也对各种电力用户 造成了直接或间接的危害[1]。 电能质量包括：电压偏差；频率偏差；波形（谐波含量）；电压的波动和闪变；不平衡度等五类 指标。对电能质量的监测与分析，有助于了解电能质量的状况，为采取对策提高电能质量提供一定的 依据。 传统的电能质量的测量是由分离仪器完成，其成本高、装置体积大、自动化程度低、数据不集中， 难以进行相关的分析、并且大量的采集工作重复。总的来说传统的方法难以提供一个系统的分析结果。 近年来在工程应用中溶入了虚拟仪器的思想，将这些分离的硬件仪器的功能软件集成，使之操作灵活， 分析处理更直观，同时也方便的采用各种数学分析方法，提高算法的精确度和鲁棒性。 本文中对涉及电能质量的五个指标的在线监测算法进行了分析，并在 LabView 平台下，开发了 电能质量分析系统，实验结果验证了电能质量的分析方法和实现方法。 2 电能质量的分析方法 2.1 同步信号的获得 在电能质量的分析中，同步信号的准确获得至关重要。频率的检测、频谱的分析等很大程度上依 赖于同步信号的精度。传统的根据过零同步的方法受电网原始波形依赖较大，由于采集或电网本身的 干扰都会导致错误的结果；同时由于采集系统的时基往往很难与电网的频率保持同步，也会带来同步 信号的误差。本文中采用了基于傅立叶变换的方法获得同步信号，克服了上述影响，同时该方法在信 号幅值发生波动时也具有适用性。 设电网电压为单一频率的正弦信号，则： U(t) U sin(2πf t +ϕ) U sin(ω t +ϕ) （1） m 0 m 0 根据傅氏算法， （2） U (t ) A sin( ω t ) +B cos( ω t ) 0 0 其中： t t 2 2 A (t) U (τ) sin(ωτ)dτ B ( t ) U (τ) cos( ω τ) d τ 0 ∫ 0 （3） T ∫ T0 t −T 0 t −T0 0 128 中国电机工程学会高电压专业委员会 2004 年学术会议论文 实际中