基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统的设计

宁存岱 潘冬喜

摘 要：国内经济的整体发展成为了一个大趋势，各大企业需要更多的电能，电能的质量已经成为了人们关注的焦点。首先，根据国家功率质量标准的章节，给出监视算法，描述监测电能质量参数的细节，使用传统电源质量参数监测装置的电力质量条件，以此分析虚拟仪器技术得出该系统的可行性。

关键词：虚拟仪器；电能质量；FFT；LabVIEW；谐波

中图分类号：TM764 文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2018.10.004

基金项目：广西高校中青年教师基础能力提升项目（2017KY1115）

作者简介：宁存岱（1984-），男，山东鄄城人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：建筑电气、智能化，E-mail：228539412@qq.com。

0 引言

电力作为现代社会最普遍的能源消费，是国家发展水平的重要标志。

1 研究影响和题目的理解

科学技术的进步和人民生活水平的提高都依赖电力的效能和电能的效率。能源发展战略规划初期，电力的需求大，因此人们关注电力供应量和电力质量。目前电能质量的检测大多采用比较传统的检测方法，通常只是对几个指标进行检测，且功能单一，一般使用单片机对结果进行采集并处理，输出的结果通过液晶显示，一般用来测试电能参数中的电压，电流，频率，一般需要人工抄表，对结果也缺乏分析。此外，传统的测量仪器主要有以下缺陷：

（1）检测量比较少。单一的检测仪器通常只能检测一个或者几个量，不能对电能质量给出全面的评价。

（2）费时费力。需要大量人工的参与用来完成数据采集的过程以及对数据的后续分析及统计，从发现电能质量问题到采取具体措施中间有很大的延时，从而失去监测的意义。

（3）不具备实时性。在具体的检测过程中，需要检测的点往往非常分散，还有的点需要长时间的监测，传统仪器往往无法完成这些任务，使得无法实时了解当前阶段的电能质量。

（4）研发时间长，花销大。传统器件在硬件的设计以及后续的程序编程需要花费大量的时间与金钱，程序相对来说比较复杂，需要不断的调试过程，各个参数的硬件往往只对应参数，需要测量其他参数时还需要其他独立的硬件支持。

（5）不具备扩展性。随着人们不同的需求，往往在器件原来的结构上进行改进或者修改，传统测量仪器，往往需要更新硬件，这就需要大量的资金投入才能完成更新过程，因此，传统仪器更新换代慢，不容易集成。

2 虚拟仪器技术

由于具有强大的用户自定义函数，开发周期短，实用性强，维护简单。具有广泛的经济发展空间的虚拟仪器技术，以低成本，对20世纪90年代的电力行业企业影响非常大，也快速影响到了其他行业。所以这项技术的发展，虚拟主机能力，技术可以迅速改善经济，所以发展其使用的电能质量参数监测系统在任何时候，都可以方便使用，以显示出强大的，可扩展的功能已经开发出一种低成本的现场可操控的实际需要。

这些虚拟仪器技术的工作原理的基础理论，APP，计算机的技术支持和设备，本文设计了电能质量参数监测系统，从而使计算机强大的测量操作加工能力和设备的硬件，都可以控制起来，灵活的措施来克服监测系统电能质量参数在当前限制的重要意义，已达到电源的质量，可以简单改进，所以我们将开发基于虚拟仪器技术的电能质量参数监测系统。

3 电能质量参数监测系统的控制技术研究

在测试任务时应该选择测试系统的类型来完成设计问题为系统监控第一总体规划时必须考虑，系统设计还必须考虑质量控制系统参数。开发质量监控系统（7周）的过程要分为以下几个阶段。

（1）模拟测试阶段。模拟检测利用模拟技术来操作检测信号，例如电压表，电流表和电气测量设备。基本结构是电磁，结果是一个指标。模拟检测系统具有结构复杂、精度低、自动化程度低等缺点。

（2）数字检测步骤。当检测信号的数字检测用的A / d（模拟/数字转换）转换成数字信号时是使用数字信号处理技术，具有一个数字计数器计算，处理显示在十进制的测量值的（模拟/数字转换）之后进行处理。因此，数字检测可以高速响应和支持高精度要求，读数明了，可直接使用。但是，适用于虚拟测试，此系统只能独立运行且仅有一个能力。

（3）主机的控制系统。电脑的发展和改革，使电子检测技术水平不断提高。智能检测系统是利用微型计算机的功能开发的，例如存储器、数学运算、逻辑判断、命令识别等。一种用于检测电源质量的参数作为嵌入式微处理器系统，在软件或硬件硬化的形式，自动测试，也称为智能数据处理功能存在的所有功能模块，可是无论是在开发还是應用方面，虚拟仪器比智能部件都缺乏灵活性。

（4）虚拟化软件的检测。检测虚拟化组合的数据收集和实现，通过软件设备的一些或全部功能所需的一般计算机支持需要的计算，通信技术和测试、测量硬件基础。虚拟工具代表了传统测量概念的根本性变化，也是监测电力质量参数发展的关键方法。

（5）电压波动的测量。检测电压波动的常用方法包括检测装置的方法，检测有效值的方法，引起同步检测的方法等。推荐的IEC方法是同步检测方法，即检测矩形波的方法。

部分电压波动典型地被检测为电压波动电压（50 Hz或60 Hz）的波动或波动分量的峰值，作为由RMS调制电压的幅度调制的模量波。对于每个具有调制波的波形，它可以被认为是不同频率分量的组合。为了简化分析而不失一般性，可以使用检测频率载波中的一个频率调制的调制分析电压波动的方法。瞬时电压分析是u（t）= A（1+ mcosΩt）coxωt

基于虚拟仪器技术的数据

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，对于直流分量以外的二次项波长调制，频率分量包含以下内容。Ω、2Ω、ω、2ω、2（±Ω）、20±Ω，当005～35 Hz用于滤除直流成分和组分赫兹的带通滤波器，调制因子m是远小于1，所述频率分量幅度的调制波是比电压值小，因此它可以很容易地计算出来。这意味着通过滤波解调，可以获得约8%的加权波长调幅，并且可以获得元件电压波动。这种方法适用于数字信号处理。

4 结论

采用准工具有一个图形化编程语言，设备的硬件和软件的能力有限制，用户界面图形，同实行和监控系统的发展，控制系统设计工具大大减少了生产时间，设备的质量有保障，设备金钱的使用减少。本文是对虚拟设备监控技术的电气系统的控制进行分析。希望在各种条件的环境影响下，电能质量参数监测系统一定要做出改进。瞬态过电压系统不参与瞬态过电压、频率、谐波电压、电压波动和相位平衡等五项国家标准的测量和分析，实现一体化。数据库监控系统在电力功能质量方面的研究较少，需要进一步开展研究。

参考文献：

[1] 肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社， 2010.

[2] 林海雪，孙树勤.电力网中的谐波[M].北京：中国电力出版社， 1998.

[3] 孙树勤.电压波动与闪变[M].北京：中国电力出版社， 1999.

[4] 张毅.虚拟仪器技术分析与应用[M].北京：机械工业出版社， 2004.

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