电能质量在线监测系统的研究与设计

电能应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。一般以电力系统在运行中的电压、频率与对标称值的偏离程度作为衡量检验其电能质量的重要指标。目前国内对电能质量管理方面的研究已经落后于发达国家水平,电能质量问题已经到了不容忽视的地步,要对电能质量行之有效的管理就必须得到电能质量的一手资料。因此电能质量在线监测系统的研究开发具有广阔应用前景。 本文以电能质量作为研究对象,以Lab VIEW为软件平台设计了电能质量在线监测系统。研究了电能质量六项稳态指标的相关测量方法,并重点研究了基于FFT加窗的谐波、间谐波分析方法。 本文在分析了不同加窗FFT法解决实际电力谐波及间谐波中存在的精确度等缺陷问题上,通过Lab VIEW仿真图谱及数据可知：加窗FFT法的频谱泄漏的影响要小于直接FFT法所引起的泄漏影响,采用不同的加窗FFT法对分析结果的精确度也不同。7阶Blackman-Harris窗在更好地提高信号分析的精确度方面效果最好。 本文提出了电能质量监测系统的总体设计方案。系统包含三个部分数据采集模块,电能质量分析模块和数据存储模块。对电流电压的有效值、频率、三相不平衡度、电压闪变、电压谐波、间谐波以及功率进行实时测量,并给出了相应的程序框图。该系统能够实时将采集数据记录到硬盘中以便后续的数据分析,具有界面友好、可拓展性强、功能丰富、成本低等特点。 论文重点阐述了基于虚拟仪器技术的电能质量在线监测系统的开发工作,利用生产者消费者的结构、多线程编程技术和模块化思想进行系统设计。完成了测量分析,仿真分析、数据管理等模块化设计,使系统能够实时记录分析信号,保证数据的完整性及数据分析的高效性。并且由于采用模块化设计理念,易于系统的扩展。 本文采用了Lab VIEW自带的谐波分析模块与7阶Blackman-Harris窗FFT变换相结合的方法进行谐波间谐波分析,对系统各模块进行了测试,并通过仿真信号中加入电压闪变和波动干扰,以验证系统抗干扰能力。通过对电能质量各项指标进行仿真测量,并对其进行了误差分析,仿真结果达到国家A级测量仪器标准。根据各项实验数据的分析,证明电能质量在线监测系统是有效可行的。