基于虚拟仪器的电能质量监测系统设计

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以硬件为核心的传统电能质量监测系统,功能模块固定、扩展性差、升级维护复杂。虚拟仪器代表着从以硬件为核心的传统监测系统到以软件为核心的新型监测系统的根本转变。虚拟仪器能够与计算机完美的结合,任何使用者都可以通过修改软件,方便地改变系统的功能,增减系统的规模,从而大幅降低了成本,提高了仪器性能。因此,将虚拟仪器应用于电能质量监测系统,具有重要的意义。  本文设计、开发了一套基于虚拟仪器的电能质量监测系统,实现了相关硬件的选型和软件的设计与测试,并重点对频率、谐波、电压波动与闪变等电能质量参数的算法进行了研究,完成了各模块的功能,主要包括如下几点:对与数据采集相关的硬件进行选型,主要有电压、电流传感器、信号预处理电路、NI数据采集卡,同时完成了数据采集程序的设计;参照电能质量国家标准,完成了电压偏差、三相电压不平衡度测量程序的设计;针对频率和谐波测量中传统离散傅里叶变换(DFT)存在的问题,即原始信号由于加窗截断和非同步采样造成的频谱泄露以及栅栏效应,提出了基于DFT校正的加窗插值测量算法,对频谱进行了修正,有效地改善了频谱泄露和栅栏效应;针对电压波动分量检测中平方检波法存在的问题,即当波动分量为非单一频率正弦波时(以方波为例),解调带通滤波后存在其他非实际的波动频移分量映射进入35Hz以内,提出了基于乘方叠加的改进平方检波法,消除了非实际的波动频移分量的干扰;按照国际电工委员会(IEC)给定的闪变测量原理框图,设计了各个环节的数学模型,搭建了一个闪变仿真测量系统;利用LabVIEW自身提供的LabSQL数据库访问包,完成了数据库的设计。
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