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1、毕业设计（论文）专用 毕 业 设 计（论 文） 题 目 基于LABVIEW的电能质量监测仪设计姓 名 周攀 学 号 0710211214 所在学院 电气与电子工程学院 专业班级 07电气2班 指导教师 余瑜 日 期 2011年06月06日 37毕业设计（论文）专用 摘 要目前，供电企业和用户开始高度重视对电网电能质量监测的问题。一方面是因为影响电能质量的因素日益增多，如今广泛使用非线性设备和电力电子装置，使电网中的电流和电压波形发生畸变，导致电能质量的恶化。另一方面，各种精密、复杂的，对电能质量敏感的电气设备的普及，使人们对电能的可靠性及其质量的要求与日俱增。因此，研究供电质量监测的方法，找出
2、导致电能质量下降的原因具有重要的工程和理论价值。本论文设计并给出了以测控领域的最新技术虚拟仪器平台为基础的电能质量监测系统。该系统能够对电流、电压、频率、相位、电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量参数进行实时地监测，并且具有在线分析功能。本文是使用美国NI公司开发的图形化开发软件LABVIEW进行系统程序构建，结合使用NI公司的配套设备PCI-6024E（数据采集卡）以及传感器、变送器等硬件设备，组建了一套电能质量监测仪系统。关键词：电能质量，在线监测系统，LABVIEW，虚拟仪器AbstractPower quality is an essential concern of
3、electrical utilities and customers. On one hand, the factors which affect the power quality are increasing, for example, the distorted wave of voltages and currents caused by the extensive application of power electronic apparatus and nonlinear equipment has worsened the power quality. On the other
4、hand, the popularity of the complicated, exactitude and power quality-sensitive electricity appliances has made power quality more important. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice.This paper was designed based on the latest technol
5、ogy in control field - power quality parameters monitor system on the virtual instrument technology platform. It can monitor electric power parameters including voltage, electrical current, phase, frequency, three-phase voltage unbalance, harmonic and the voltage fluctuation and flicker, and can als
6、o provide detailed power quality analysis in realtime. This paper is to use American NI companys graphical LABVIEW software to built the system,by using a combination of construction program NI company auxiliary equipment PCI - 6024E (data acquisition card) ,sensor and transmitters hardware equipmen
7、t, established a set of power quality monitoring with precis measurement ability .Keywords: power quality, on-line monitoring system,LABVIEW,virtual instrument 目 录摘 要IAbstractII目 录III1. 绪论11.1 课题研究背景与意义11.2 国内外对电能质量的监测研究现状21.3 本论文主要工作22. 电能质量指标及测量方法42.1 电能质量指标简介42.2 电网电压允许偏差42.3 电网频率允许偏差52.4 电网三相电压允
8、许不平衡度62.5 公用电网谐波82.6 电压波动和闪变113. 电能质量测量过程中的相关问题133.1 采样定理133.2 混叠现象与FFT分析133.3 闪变测量的数字化实现方法144. 基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统设计174.1 硬件部分设计174.1.1 传感器174.1.2 信号调理器184.1.3 数据采集卡194.2 LABVIEW虚拟仪器简介204.3 虚拟仪器技术的电能质量监测系统软件设计214.3.1 供电电压和频率允许偏差测试的程序设计214.3.2 谐波测量主程序的设计234.3.3 三相电压不平衡度测量模块254.3.4 电压波动和闪变的测量程序的设计275.
9、结论与展望325.1 结论325.2 存在问题与展望32致 谢33参考文献34附录 部分仿真结果36毕业设计（论文）专用 1. 绪论1.1 课题研究背景与意义目前，电能已经成为人类社会不可或缺的一种资源，人们利用它完成各种所需要的工作，它已经成为人类赖以生存和发展的重要部分。它承载了太多太多，如今开始不堪重负，但是现代社会恰恰相反，对电能的质量的要求却反而越来越高，这样的矛盾必然会引来社会性的问题，因此不少的专家和学者们都对这个问题陷入了沉思。最近几十年来，一方面，工业科技的迅速发展给人类带来了进步，但是与此同时也给电能质量带来了大量的沉重负荷，给电网造成了不可磨灭的破坏；另一方面，随着科学技
10、术的进步，无数的精密仪器被引入到电网中来，这些精密仪器对电能质量的要求越来越高，而电能质量不断恶化已经带给用户不少损失。当今社会电力部门追求电能经济效益最大化的过程中，电力部门必然会要求电能质量的不断提高，并且使电能质量的标准不断完善。在今年来大规模的国际国内供电会议上，有关电能质量的标准制定比比皆是，大多都是围绕电能质量的概念、标准、测量和改善的相关研究。从某种程度上讲，电能质量已经成为当今社会即将面临的一个严峻的挑战之一。IEEE（美国电气电子工程师协会）和IEC（国际电工委员会）都对电能质量进行了相关的界定和分类。并且将电能质量问题分类成：瞬时现象、短时变动、长时变动、波形畸变、电压不平
11、衡、电压波动和工频现象等七种。联系我国实际情况和IEEE与IEC的标准，我国也相继颁布了关于电能质量问题的五项指标分别是：电网频率允许偏差、供电电压允许偏差、公用电网谐波、三相不平衡度、电压波动与闪变。根据调查知道，我国目前使用的电能质量监测的仪器相对国外的产品还比较落后，主要是基于单片机的检测设备，抗干扰能力很差，也不能稳定准确的检测分析电能质量的本质问题。然而使用国外的产品成本相对来说偏高，并且维护和升级很麻烦，不能满足要求。正因为如此引入新技术是十分有必要的，在控制领域中虚拟仪器可以算最先进的仪器技术，可以使用这种技术来研制电能质量的监测设备，来对电能质量进行实时的在线监测，以保证电网的
12、安全、稳定的运行。电能质量关系到国家的命脉，特别是涉及到电力、铁道、化工、冶金、IT 等诸多行业的发展。因此国内国外的专家学者们都引起了高度的重视，并且随着经济发展和工业管理体制的转变，电网逐渐实现了商业化的管理体制，使得用户不断地追求高质量的电能供应，这给电能供应商除了个难题，也促使电能质量的向前发展不断提高。1.2 国内外对电能质量的监测研究现状随着对电能质量问题的逐步重视，针对这一问题的研究也如雨后春笋一样蓬勃发展起来，特别是在工业发达国家，已经得出了不少的研究成果。在国内外，目前主要使用的监测方式是使用智能仪器，由数字技术和相关的硬件组成。这种仪器的体积庞大，测量精度不高，容易受到外界
13、环境的影响，而且在测量不同的电能指标时还要更换相应的硬件设备，这些弊病给监测带来了诸多不便。为了增加同时测量的指标，不得不加入各自的硬件电路，这样以来设备的体积更加庞大，不能实时的保存测量数据，观测历史数据极为不方便。国内的电能质量设备研究起步较晚，传统的电能质量检测仪有以下几点缺陷：生产调试率低下问题。功能单一型问题。开发周期和开发费用问题。虚拟仪器的出现为上述问题带来了解决办法，彻底的改变了这一现状，它将信息通讯、仪器仪表、信息通讯、计算机技术相结合，使用强大的计算机来实现庞大的硬件电路的测试功能。本论文设计了基于虚拟仪器的电能质量监测系统，通过计算机的高速计算能力对电能质量进行在线监测，
14、使电力部门能实时的掌握电能质量情况，便于对突发状况作出有效的补救措施，避免不必要的损失。1.3 本论文主要工作本文在对电力系统的电能质量指标及测量方法进行研究的同时，设计了基于LABVIEW 的电能质量监测仪，通过在线监测电压波动和闪变、电压和频率偏差、电网谐波、三相不平衡度进行在线监测、并且对结果进行计算和分析。主要工作如下：（1）、对目前国内外电能质量的现状进行了解，知道目前电能质量已经成为了社会的热点话题，针对改善电能质量的方案层出不穷。（2）、对我国电能质量监测现状做了了解和学习，发现我国的监测技术尚未成熟还需要进一步的研究和开发。（3）、讨论衡量电能质量监测和电能质量问题的指标的方法
15、，并对电网谐波和闪变的测量方法进行研究，寻找提高测量精度的措施和方法。（4）、学习使用虚拟仪器软件 LABVIEW，在此平台上开发了电能质量监测系统的软件系统设计，此系统在功能上可以代替电能质量监测仪的部分硬件，主要功能是检测电网电压、频率、三相不平衡度、谐波含量及电压波动与闪变，并判断到得的数据是否符合国家标准。设计了相应的硬件部分，此部分在整个检测过程中主要起到获取电压电流的物理量，进行数模转换、数据采样并传输到PC的功能。（5）、对本次设计项目的总结，对前景的展望以及对不足之处的认识。2. 电能质量指标及测量方法2.1 电能质量指标简介 为了找出引起电能质量下降的原因，并且系统的研究电能
16、质量问题，在线分析其测量结果，以便采取相应的措施来解决，我们一定要先对电能质量的各项指标有所了解。电能质量指标是对指一些能够对电能质量各方面的进行具体描述的数字量，不同电能指标的意义都是不同的。目前我国制定的电能质量指标主要包括以下几项：电网电压和频率允许偏差、三相不平衡度、公用电网谐波、电压波动与闪变。还有暂态电能质量问题、长持续时间电能质量问题和短持续时间电能质量问题等，不难看出，我国的电能质量监测还处在起步阶段。目前工业生产中有些指标已经是急需提出的，但仍没有作出相关的规定。因此，如果要建立电能质量完整标准体系，需要开展的工作依然很多。2.2 电网电压允许偏差电网供电电压允许偏差是指电力
17、系统电压缓慢的变化时额定电压与测量电压之差。通常指电压小于1% /秒的速度测量电压和额定电压的差异，表示为： (2-1)偏差过大造成的危害有如下几点：对电气设备的危害，电气设备的设计在额定电压的工作情况下，具有最高的效率和性能。电压偏差使其工作时的的性能和效率减少，有的还会减少使用寿命，电压超过一定值的电压偏差会造成设备的损坏。影响电网的安全、稳定、经济运行，当系统的电压降低时，发电机会受到影响，主要表现在定子电流增大，当电流此时已经是额定值时，如果电压突然降低，电流则会超过额定值，影响电机的运行，甚至带来故障。类似的变压器也要减少负荷，有时甚至会导致电压崩溃的严重后果，因为系统中无功功率短缺
18、时，母线电压可能因为微小扰动而大幅度下降，导致电网崩溃这样的灾难性事故。在国家标准电能质量供电电压允许偏差（GB-12325-1990）1中规定：35kV 及以上供电电压偏差的绝对值之不能超过额定电压的10%。若供电电压上下偏差同号（均为正或负）时，按偏差绝对值较大的那一个作为衡量依据。10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%。220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%，-10%。供电电压为供电部门与用户的产权分界处的电压或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。2.3 电网频率允许偏差2.3.1 频率偏差的测量方法电力系统的频率是指单位时间内电信号周期性运动次数，用f表示，单
19、位为Hz。当电力系统运行在正常条件下，系统频率的实际值与标称值(工频)之差称为系统的频率偏差，用公式表示为式)： (2-2)式中：为实际频率，为偏差频率，为系统标称频率。目前，测量频率的主要方法有：(1)周期法，通过测量输入波形相邻过零点之间的时间宽度的倒数来计算频率。这种方法的概念清晰，容易实现，但精度低，容易受噪声、谐波和非周期分量的影响。对这种算法的改进主要是提高实时性和测量精度，改进算法主要有：高次修正函数法、水平交算法（level crossing）、最小二乘多项式曲线的拟合法，这些算法的计算量和复杂度都很大。(2)误差最小化原理类算法，包括最小绝对值近似法、最小二乘算法、离散卡尔曼
20、滤波算法、牛顿类算法，这些算法运算比较复杂，但实时性不佳。(3)DFT(离散傅里叶变换)类算法及其改进算法（FFT）。在理想的模型下DFT(FFT)类似算法，只要参数选择合适就能准确的地计算出模型的参数，在考虑噪声和谐波的情况下，各类改进算法虽然能在一定程度上减小测量误差，但存在时滞和增大计算量等缺点。但是实际运用中通常依然采用这种方法。2.3.2 频率偏差的危害频率偏差也是电能质量的重要指标之一。现代用电设备对频率的要求比较高，特别是在发电厂的用电负荷上，要求更高。对频率的控制是保证发电厂和用户正常运行的前提条件。电力系统频率允许偏差，顾名思义就是基波频率与额定频率的偏离程度。电力系统频率允
21、许偏差中有规定：电力系统在正常情况下允许的频率偏差为0.2Hz，如果系统容量较小，偏差值可以适当的放宽到0.5Hz。冲击负荷用户引起的频率变动一般情况下不得超过0.2Hz，根据特殊的冲击负荷大小和性质以及系统的其他条件，限值也可做适当的变动，但前提条件是必须保证近区电力网发电机组以及周边用户的安全稳定运行以及正常供电。系统频率的过大变动会对用户和发电厂照成的不良影响主要有如下几个方面：(1)异步电机转速变化率的变化,导致纺织、造纸机械产品质量的影响；(2)某些测控设备的运行也需要很依赖频率，一旦频率偏差过大将不能正常工作(3)频率下降会引起电动机的功率和转速降低，造成传动机械的效率下降；(4)
22、发电厂的汽轮机叶轮振动随着频率降低而变大，影响其使用寿命；(5)系统的频率下降，发电厂效率降低，使系统频率的质量雪上加霜；(6)变压器和异步电机电流随系统频率降低而增加，消耗的无功功率增加，电力系统的电压水平进一步恶化；总之，所有用电设备的设计都是遵循系统额定值的，电力系统频率质量下降必然会影响到各行各业的发展。而频率过低时，可能会使整个电力系统瓦解，造成大面积停电的严重事故。2.4 电网三相电压允许不平衡度2.4.1 对称分量法介绍在三相交流系统中，如果三相频率相同、相量大小相等且互差2/3时，为理想状态，称为三相平衡系统，否则称为三相不平衡系统。实际中的电力系统不可能是完全平衡的，引起这种
23、不平衡的因素有正常性和事故性两大类:如果是由于三相系统中某一相或两相出现故障而导致的三相不平衡，称之为事故性的不平衡，这种不平衡工况是系统不允许的，一般由自动装置和继电保护装置动作切除故障源，在短期内就可以使系统恢复正常运行；如果是由于系统负荷不对称或三相元件不对称所致，这种不平衡被称为正常性的不平衡。在这里需要声明，“三相电压允许不平衡度”的制定是针对正常不平衡工况。总所周知，在三相电力系统中，电量可被分解为零序分量、正序分量和负序分量这三个对称分量，因此对三相不平衡的研究需要使用到一种方法叫做对称分量法。由对称分量法可知，当电力系统工作在正常方式下，某电量的三相不平衡度定义为该电量负序分量
24、的均方根值与其正序分量的均方根值之比，用符号表示，即： (2-3)式中：U1是三相电压正序分量的均方根值； U2是三相电压负序分量的均方根值。由式（2-3）可见，在计算三相系统的不平衡度之前，必须首先知道三相系统的负序分量和正序分量。并且测得各相量的相位及大小，再根据对称分量法将三相不对称的分量分解为三项对称的分量，即正序分量、负序分量和零序分量： (2-4)式中， ； (2-5)如果三相电量中不含零序分量时(例如无中线的三相线电流、三相线电压)，当已知三相量Ua、Ub、Uc时，可以用下式求的不平衡度： (2-6)式中：与此类似，三相电流不平衡度也可以用其相应的公式计算，只需将其中的电压符号换
25、为相对应的电流符号。2.4.2 三相不平衡的危害2随着国民经济的发展，电力系统中出现了大量不平衡负荷，以及一些单相大容量负荷(例如交流电弧炉、电气化铁路)，使电网三相电压不平衡日趋严重，危及电力系统的安全和经济运行。三相电压或电流不平衡会对电力系统和用户造成一系列的危害，其中主要有：(1)引起旋转电机的附加发热和振动，危及其安全运行和正常出力。(2)引起以负序分量为起动元件的多种保护发生误动作(特别是当电网中同时存在谐波时)，这对电网安全运行是有严重威胁的。(3)电压不平衡使半导体变流设备产生附加的谐波电流(非特征谐波)，而这种设备一般设计上只允许2的电压不平衡度。(4)电压不平衡使发电机容量
26、利用率下降。由于不平衡时最大相电流不能超过额定值，在极端情况下，只带单相负荷时则设备利用率仅为0.577。(5)变压器的三相负荷不平衡，不仅使负荷较大的一相绕组过热导致其寿命缩短，而且还会由于磁路不平衡，大量漏磁通经箱壁、夹件等使其严重发热，造成附加损耗。(6)在低压配电线路中，三相不平衡会影响计算机正常工作，还会引起照明电灯寿命缩短(电压过高)或照度不足(电压过低)以及电视机的损坏等。(7)三相不平衡时，将引起电网损耗的增加。(8)干扰通讯系统，影响正常的通信质量。根据国家标准电能质量三相电压允许不平衡度的规定，电力系统正常运行方式下，公共连接点正常电压不平衡度允许值为2，短时不得超过4。2
27、.5 公用电网谐波2.5.1 谐波源及谐波的定义谐波是一个频率为基波频率整数倍的正弦周期性分量3。这一定义说明谐波次数是正整数，这一概念需要区别于电磁兼容中的次谐波、分数谐波和间谐波等概念。另外，还要与暂态现象区别开来，谐波的电压电流波形基本保持不变，而暂态现象电压电流波形是每个周期都要发生变化的。谐波的产生，主要是由于在电力系统中引入用电整流设备和大容量电力设备以及其它非线性负荷，这些设备对系统危害很大。工业上一般用总谐波畸变率、谐波含有率这两个专业词语来表示谐波的严重程度。第h次谐波电压含有率： (2-7)式中：第h次谐波电压(均方根值)； ：基波电压(均方根值)。谐波电压： (2-8)电
28、压总谐波畸变率： (2-9)电流的谐波计算类似于电压的计算公式，这里不一一列出。对谐波的测量通常情况下，往往会选取用户和电网连接的公共连接点作为谐波检测点，但是有时候为了掌握电网谐波水平，还应该在电厂内部、主变电站内部设置检测点，用来监测有关线路的谐波电流和电网的谐波电压水平。系统中的谐波源主要可分为两大类：(1)含电弧和铁磁非线性设备的谐波源，如日光灯和发电机、交流电弧炉、变压器及铁磁谐振设备、交流电焊机等。家用电器设备虽然其容量小，但是数量却很大，因此也不可忽视。电气铁道机车一般采用大容量单相整流设备，这除了会给电网带来三相不平衡外，还会产生大量的谐波；类似于电弧炉等含有电弧的设备，例如电
29、焊设备和冶炼设备，会产生间谐波，还会产生高次谐波，简谐波的引入可能引起电压波动和闪变。这些设备的大量引入都会给电力网的电压电流波形带来畸变，同时对电力设备、通信线路、广大用户电气设备及电子设备产生危害和干扰。(2)含半导体非线性元件的谐波源，如各种整流设备、交直流换流设备、整流器、相控调制变频器以及现代工业设施、变流器、为节能和控制用的电力电子设备、直流拖动设备、PWM变频器等；2.5.2 谐波的危害在电力系统中主要是各种谐波源产生的谐波对电力系统电能质量造成污染，以致整个电力系统的电力环境包括广大用户和电力系统本身。因为其污染影响的距离远、范围大，甚至比工厂对大气环境的污染更为严重。第一类是
30、对计算机控制器或系统、继电保护器的动作、仪表测量以及视听设备的影响，它可能造成设备的性能恶化或工作失误，甚至毁坏；第二类是对机电设备的影响，它可能造成设备降低出力、减少设备寿命、甚至损坏等。具体表现为：(1)引起无功补偿电容器组的谐振或谐波电流放大，直接导致电容器因过电压或过负荷而损坏。(2)使发电机和电动机产生脉动转矩和噪声，增加功率损耗和发热。(3)当发生谐振或放大时，导致供电网和导线的损耗增加。(4)当存在负荷电流畸变时，电流波形畸变将会影响断路器断路容量，特别是在在过零点，可能会造成电流波动变化率过高， 断路器的开断将更为困难，这时开断时间必然会延长，因而延长了故障电流的切除时间，直接
31、造成快速重合闸后的再燃。(5)降低了变压器负荷能力，负荷电流中的谐波流过变压器时，必然会在变压器中造成的损耗，引起附加发热。(6)谐波可能导致触发回路误触发以及晶闸管误动作等故障。综上所述，可知谐波的引入将会给各种电力设备通信设备带来有害影响。甚至有可能会造成电力系统事故和设备损毁。特别是在近年来电力电子设备迅速增长的同时，给电网引入了不少的谐波，然而目前对它们谐波的影响问题还没有做出充分的研究。所以此次研究的必要性十分明显。2.5.3 国标中关于谐波的规定国家标准在电能质量规定中对公用电网谐波有如下限制，对公用电网谐波电压的限值如表2-1 所示： 表2.1公用电网谐波的限值电网标称电压（kV
32、）电压总谐波畸变率各次谐波电压含有率（%）奇次偶次0.385.0%4.02.064.0%3.21.6104.0%3.21.6353.0%2.41.2663.0%2.41.21102.0%1.60.8国家对谐波的测量仪器也有一定的评定标准：(1)必须满足本标准测量的要求。(2)为了将谐波和暂态现象区别开，做如下规定：对负荷变化比较快的谐波，测量结果为3s 内所测值的平均值，推荐采用下式计算： （2-10）式中：3s内第k次测得的h次谐波的有效值； m ：3s内取均匀间隔的测量次数，m6。(3)谐波测量仪器的允许误差，应该在规定范围内。(4)由于现场环境必然会有电磁干扰，因此要求仪器有一定的抗电磁
33、干扰能力。并且仪器必须保证频率在49Hz51Hz内，电源在标称电压15%范围内，电压总谐波畸变率低于8%的条件下能正常工作。2.6 电压波动和闪变2.6.1 电压波动和闪变的定义及简介电压闪变是指人眼对由电压波动所引起的照明异常的视觉感受，它通常是以白炽灯的工况作为判断依据，将电压闪变可分为非周期性和周期性两种，前者主要是由于随机性电压的波动引起的，如电焊机等；后者主要与周期性的电压波动有关，如往电弧炉、复式压缩机等。这些不平衡的非线性冲击性负荷会引起有功和无功功率周期性大幅变化，当这些波动电流流过阻抗时必然会引起电压降落，导致与之连接在一起的电网其他线路电压发生波动，这种波动就是电压波动，其
34、频率与波动电流的频率相同。电压波动通常是指电压幅值在一定范围内随机的或有规律的变动，这个范围通常定位额定值的90%到110%。电压波动值的计算方法为：通常用额定电压的百分数表示其相对百分值d，即： (2-11)式中：Umax与Umin为电压均方根值的两个极值电压波动通常会引起电视画面质量变化、使电子仪器测量失常、使电动机产生转速脉动、使白炽灯闪烁等等，以致许多用电设备不能正常工作。在众多用电设备中，白炽灯对电压波动的敏感度相对较高，而且很常见。因此，选择人眼对白炽灯亮度闪烁的主观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动严重程度的评价指标。2.6.2 电压波动和闪变的测量方法闪变是对灯光闪烁观测的统计
35、量，因此闪变不仅与波动电压的幅值、波动电压的频率有关，而且与照明工具的性能、人的视觉有关。闪变能觉察到的最大频率范围为005-35Hz，其中敏感度最大频率为88Hz。闪变严重程度的判断一般用长时和短时闪变值和两个指标来判别4。实际应用时通常用以下5个时段的测定值来计算短时闪变(在10min内)的平滑估计值。表示短时闪变严重度，计算公式为： (2-12)式中：分别为CPF曲线上以下五个时间点0.001、0.01、0.03、0.10和0.5的S(t)值。N个波动电压引起的闪变在同一节点上相互叠加，短时间闪变值可按式（2-13）计算： (2-13)式中：m值取决于主要闪变源的工况的重叠可能性以及性质
36、短时闪变值只适用于对单一闪变源造成的干扰进行评价，对于系统长时间运行并且工作占空比不确定的多闪变源运行的随机情况，则必须计算长时间闪变值，可由下式计算获得： (2-14)式中n为测量长时间闪变值的时间内，短时间闪变值出现的个数。2.6.3 国标中电压波动与闪变的规定在电压波动和闪变一文中，对电压波动和闪变有以下限值，见表2.2,表2.3所示。在一定时间范围内，对于很少的变动频度，其电压变动的限值还可以放宽。然而对于随机性不规则电压波动，依据95概率大值进行衡量，表中标有“*”的值为其限值。本标准的系统标称电压等级按以下划分，高压(35kV220kV)，中压(1kV35kV)，低压(lkV)。标
37、准中和每次测量周期分别取为2h和10min。 表2.2电压变动限值变动频度r（每小时）电压波动d（%）低压、中压高压r1431r1032.510r1002*1.5*100r10001.251 表2.3各级电压的闪变限值系统电压等级低压中压高压1.00.9（1.0）0.80.80.7（0.8）0.63. 电能质量测量过程中的相关问题该部分主要对采样定理、FFT分析谐波和闪变的测量方法进行了简要研究。找到了提高谐波分析精度的方法和措施，减小谐波分析过程中不利因素。针对闪变测量存在的问题，本文提使用IEC提供的数值化算法，提高了闪变的测量精度。3.1 采样定理在实际工作中，信号的采样是通过 A/D
38、芯片来实现的。信号的采样定理将连续信号和离散信号巧妙的链接起来，是进行离散系统设计和离散信号处理的基础。采样定理(sampling theory)规定：若连续信号 x(t)是有限带宽的，其频谱的最高频率为 ，对 x(t)采样时，若保证采样频率 2，那么，可由 x(n)恢复出 x(t)，即 x(n)保留了x(t)的全部信息。3.2 混叠现象与FFT分析在计算机中处理数字信号，通常是是通过先对原有电气信号进行采样，然后再送到计算机。在实际应用中，如果将采样频率过低，就达不到采样定理对频率的要求，会造成FFT分析时频谱的混叠；如果将采样信号的频率选得过高，单位时间内采的样点数就会过多，直接造成存储量
39、增多而导致计算时间过长。例如，假设一个信号由两个频率为 、的正弦波叠加而成，其幅值分别为、，采样频率如果选为，并且有1 为闪变不允许值。3.3.2 电压波动测量的理论原理电压波动检测方法有很多种，例如：有效值检测法、平方检测法和整流检测法等。我们这里选着IEC推荐的平方检测法5。为检测电压波动分量，以工频电压为波动电压的载波，并且受到以波动量作为调幅波的调制。为了不失一般性，这里我们以只含有单一频率调幅波的电压为例，也可以使分析简化，因此调幅波解析式为： （3-3）式中，V调幅波电压的幅值，U工频载波电压的幅值，调幅波电压的角频率，工频载波电压的角频率调制波电压自乘求平方，有 (3-4) 可以
40、看出，调幅波电压平方项中只含有以下频率分量：、2、2、2（）、2。可以使用0.05hz-35hz的带通滤波器滤除直流分量和高频分量，又由于调幅波电压的倍频分量的幅值远小于调幅波，因此可忽略不计，便可以近似获得调幅波电压。 （3-5）3.3.3 IEC推荐的闪变仪介绍UIE/IEC 闪变仪的简化原理框图如图3.4所示。图3.4 给出了闪变测量环节，可以将其分为三个部分：第一部分为信号调理和自检部分，由框 1 组成，；第二部分由图中框 2、框 3 和框 4 组成，用来模拟灯-眼-脑环节。第三部分由框 5 组成，主要功能为将测量到的瞬时闪变视感度进行分析69。平方低通滤波器带通和加权滤波平方检测滤波器闪变的统计评定输入适配自测信号框1 框2 框3 框4 框5灯-眼-脑模拟环节图3.4闪变仪的简化原理框图框 1 为包括
