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基于虚拟仪器的电能质量监测系统的研究

作　者: 何强
导　师: 张惠娟
学　校: 河北工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电能质量 虚拟仪器 加窗插值FFT 数据采集
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要


在现代社会，电能已然成为日常生活和工农业生产不可或缺的资源。然而随着电力系统负荷的日趋复杂和新型电力电子器件在电力系统中的广泛应用，供电质量问题也引起了人们的广泛关注。本文针对电能质量监测问题，利用近期发展起来的虚拟仪器技术，对电能质量监测系统进行了研究分析。首先，本文以国家电能质量标准为依据，逐个分析了电能质量的五个基本稳态指标——电压偏差、电网谐波、频率偏差、电压波动与闪变、三相不平衡度的基本理论及限值要求。以此为基础，比较分析了各种三相不平衡度的算法，深入研究了基于加窗插值FFT的谐波和频率分析算法以及基于FFT的闪变分析算法，并且针对闪变分析算法的衰减特性应用拟合法进行了校正。其次，根据各指标算法分析的需要，设计了一个数据采集模块。整个采集模块以C8051F020单片机为控制核心，对采集到的电网电压信号和电流信号进行了信号转换、抗混叠滤波、放大和偏置等处理后输入单片机集成的模数转换器中，完成转换的数据采用了USB接口实时传输到上位机的LabVIEW软件中进行电能质量数据分析。其中USB驱动程序的开发利用NI-VISA和D2XX Drivers相结合的方法。最后，利用LabVIEW软件设计了一个电能质量监测平台，该平台将采集、分析、处理后的各电能质量指标结果以数字或者图形的形式提供给用户。为了验证整个系统的正确性，本文利用该系统对低压工频信号进行电能质量监测，通过实验来验证各模块的功能。并且对谐波和频率部分进行仿真误差分析，从得到的结果来看，本文设计的电能质量监测系统能够满足电力系统供电质量评估的主要技术要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-13
  §1-1 课题背景及选题意义  8-10
  §1-2 电能质量检测的发展方向  10-11
  §1-3 虚拟仪器技术发展的现状  11-12
  §1-4 本文主要工作  12-13
第二章 电能质量基本理论及其标准  13-23
  §2-1 供电电压及频率偏差  13-14
    2-1-1 供电电压偏差  13
    2-1-2 电力系统频率偏差  13-14
  §2-2 公用电网谐波  14-15
  §2-3 电压波动与闪变  15-21
    2-3-1 电压波动与闪变的危害及基本概念  15-16
    2-3-2 电压闪变的基本理论  16-19
    2-3-3 闪变的评估指标  19-21
    2-3-4 电压波动与闪变的限值  21
  §2-4 三相不平衡度  21-22
  §2-5 本章小结  22-23
第三章 电能质量参数算法及 LabVIEW 实现  23-36
  §3-1 LabVIEW 简介  23-25
  §3-2 谐波及频率检测算法研究  25-29
    3-2-1 加窗插值 FFT 算法  25-28
    3-2-3 窗函数的选择  28-29
  §3-3 电压闪变检测算法研究  29-34
    3-3-1 电压波动的数学模型  29-30
    3-3-4 基于平方检测法的闪变分析  30-31
    3-3-5 基于 FFT 的闪变分析  31-34
  §3-4 三相不平衡度算法研究  34-35
  §3-5 本章小结  35-36
第四章 数据采集模块的设计  36-48
  §4-1 数据采集模块概述  36
  §4-2 信号调理电路设计  36-41
    4-2-1 电压和电流信号的转换  36-38
    4-2-2 抗混叠滤波  38-40
    4-2-3 放大偏置电路设计  40-41
  §4-3 数模转换单元的设计  41-42
    4-3-1 控制芯片的选取  41-42
    4-3-2 下位机软件设计  42
  §4-4 单片机与 LabVIEW 的通信  42-47
    4-4-1 通讯方式的选择  42-43
    4-4-2 单片机的 USB 接口设计  43-45
    4-4-3 上位机通讯软件设计  45-47
  §4-5 本章小结  47-48
第五章 基于 LabVIEW 的监测软件设计及测试  48-54
  §5-1 上位机监测软件的编写  48-50
    5-1-1 数据转换单元  48
    5-1-2 监测软件的设计  48-50
  §5-2 监测软件的测试与误差分析  50-53
    5-2-1 监测软件的测试  50-52
    5-2-2 谐波误差分析  52-53
  §5-3 本章小结  53-54
第六章 结论  54-56
参考文献  56-58
致谢  58

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化
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