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电能质量监测系统数据采集系统设计 开题报告

淮阴工学院

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名:周纪虎学号:1081205639 专业:电气工程及其自动化

设计(论文)题目:电能质量监测系统—基于LabVIEW的数

据采集系统设计

指导教师: 桑英军

2011 年 2 月14 日

1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写2000字左右的文献综述

文献综述

一、课题研究的背景和意义

电能作为人们广泛使用的能源,其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标准之一。理想状态的公用电网应以恒定的频率、标准正弦波和额定电压对用户供电。同时,在三相交流系统中,各相电压和电流的幅值大小应相等、相位对称且相差 120 度。但由于系统中的发电机、变压器和线路等设备非线性或不对称、负荷性质多变,加之调控手段不完善及运行操作、外来干扰和各种故障等原因,这种理想状态并不存在。因此,产生了电网运行电力设备和供用电环节中的各种问题,也就产生了电能质量的概念。

在满足工业生产,社会和人民生活对电能需求量的同时,提高对电能质量的的要求是增强用电效率,节能损耗,改善电气环境,提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的持续保证。电能质量的优劣已经成为电力系统运行于管理水平高低的重要标志,检测,控制和改善电能质量也是保证电力系统自身可持续发展的必要条件。

随着国民经济的发展,科学技术的进步和生产过程的高度自动化,电网中各种非线性负荷不断增长;各种复杂的、精密的,对电能质量敏感的用电设备越来越多。随着计算机技术的日益普及,大量基于计算机系统的控制设备和电子装置不仅对供电电能质量异常敏感,同时也加剧了电能质量的进一步恶化。其非线性、冲击性以及不平衡等的负荷特性,使电网的电压波形发生畸变或引起电压波动和闪变以及三相不平衡,甚至引起系统频率波动等,对供电电能质量造成严重的干扰或污染。电网正面对越来越多的电能质量问题,这使得电能质量的研究十分紧迫。

电能质量正逐步受到供电企业和电力用户的共同关注。电能质量不良有多种情况,用户对电能质量的敏感程度也各不相同。随着各种用电设备对电能质量敏感度的变化,电能质量的范围进一步扩大,分类更细要求更高。越来越多的敏感负载对电能质量有着更高的要求。改善电能质量对电网和电气设备的安全、经济运行等均具有重要意义。对电能质量各项指标进行监测是进一步改善电能质量的基础和前提。

电能质量问题不仅仅关系到用电设备运行的可靠性和安全性,而且还关系到供用电市场的规范化。只有对电能质量进行有效地数据采集才能为电能质量的改善、供用电双方的协调和供用电市场的规范提供真实依据,以便采取有效的解决措施。传统的电能质量分析系统以硬件为核心,功能单一。因此,研制一种新型的电能质量监测装置,集测量、分析、控制和通信等功能于一体,有效地进行电能质量监测,对于保证电力系统运行的安全性、经济性和可靠性具有重要意义。

二、目前国内外研究进展

随着我国电力行业的飞速发展,电能质量检测系统作为保证电能质量可靠性、有效性最关键的部件受到了人们的极大重视。

根据监测方式,电能质量监测装置可分为便携式、手持式、集中式等几种形式。便携式电能质量监测装置可用于干扰源设备介入电网前后的专项监测、滤波装置调试及功能评估测试、科学研究测试和现场定时测试。测试通道多,动态范围大,多种出发方式,信息处理功能强,有良好的软件平台;手持式电能质量监测装置适合现场定期点检和非线性电力设备调试,测量参数范围较前便携式小,针对单相电压、电流输入进行监测,可以测试分析电压、电流基波有效值,真有效值,2~50次谐波,有功功率、无功功率及功率因数等,并且具有波形存储、回放,通信接口和通信软件;集中式电能质量监测装置可对于变电站等重要的电力设施,需要有大型的,稳定性高的电能质量监测装置对电网电能质量进行保持长时间监测及记录,在设计上大多采用工业计算机配备数据采集卡来实现电能质量的数据采集和分析。

目前,国内大部分地区仍采用便携式电能质量监测仪进行电能质量测量,其测量指标单一,不能够连续监测,测量劳动强度大,并不能够很好地适应电能质量管理的需要。当前国际上最先进的电能质量分析仪已经具备电能质量各项指标的测量能力,特别是包括骤降、短时中断、瞬态振荡等暂态事件的捕捉能力。在数据通信上具备以太网、GPS 等现金快速的通信方式。

为了便于开展电能质量工作,国际上制定了各种电能质量标准,IEEE和IEC制定了专门的电能质量标准。国内的电能质量标准大有向国际接轨的趋势,特别是IEC 61000标准系列。2008年国家标准化管理委员会将IEC电能质量相关标准定为国家标准。

由于所处立场不同,关注电能质量的角度不同,人们对电能质量的定义还未能达成完全的共识,但是对其主要技术指标都有较为一致的认识。主要指标为国家技术监督局相继颁布的涉及电能质量五个方面的国家标准,即:供电电压允许偏差,供电电压允许波动和闪变,供电三相电压允许不平衡度,公用电网谐波,以及供电频率允许偏差等的指标限制。

(1) 电压偏差:是电压下跌(电压跌落)和电压上升(电压隆起)的总称。(2) 频率偏差:对频率质量的要求全网相同,不因用户而异,各国对于该项偏差标准都有相关规定。(3) 电压三相不平衡:表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。

(4) 谐波和间谐波:含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波,小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。(5) 电压波动和闪变:电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动,或是幅值通常不超出0.9~1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。此外 IEEE 第22标准协调委员会和其他国际委员会从电压幅值和电压波形两个方

面采用11种指标来衡量电能质量,其中电压幅值指标包括:断电、电压下跌、电压上升、瞬时脉冲、电压波动与闪变、电压切痕、过电压、欠电压。电压波形指标包括:谐波、间谐波、频率偏差。

毕业设计(论文)开题报告

主要参考文献

1 陆起涌.李向华.张忠海.基于计算机的虚拟仪器测试平台设计[J].仪器仪表学报.2003.24.8(增刊);546-548.562.

2 栗时平. 现代电能质量检测技术. 北京:中国电力出版社,2008

3 肖湘宁. 电能质量分析与控制.北京:中国电力出版社,2004

4 李唐兵. 电能质量在线监测装置的设计与实现:[学位论文],长沙:湖南大学,2009

5 林海雪. 现代电能质量的基本问题. 电网技术,2001

6 普璐. 基于LabVIEW的虚拟相关法测量相位差仿真仪设计[J],仪器仪表与分析监测。2004,(4)

7 李霞梅. 基于LabVIEW的电能质量监测和分析系统[J],电工技术杂志,2003,(5)

8 孙晓明. 基于虚拟仪器的IEC电压闪变测量研究[J],电测与仪表,2004,(11)

9 杨洪耕. 电能质量问题的研究和技术发展(四)——电压波动与闪变的测量分析[J],电力自动化设备,2004,(1)

10 杨乐平. LabVIEW的高级程序设计[M],清华大学出版社,2003

11 孙晓明. 李绍生,赵桂平,基于虚拟仪器的电能质量综合监测系统的开发与研究[J],电测与仪表,2006,43(483):27-30

12 侯国屏. 王坤,叶齐鑫,LabVIEW7.1编程与虚拟仪表设计[M]北京:清华大学出版社,2005

13 刘刚. 王立香,张莲俊,LabVIEW8.20中文版编程及应用[M],北京:电子工业出版社,2008

14 李森,基于LabVIEW电能质量测量系统设计[J],电子测量技术,2008

毕业设计(论文)开题报告

2.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段(途径)

一、主要研究工作如下:

课题拟对电能质量中的三相不平衡度、电压波动和闪变进行分析和研究,在理论分析的基础上提出新方法,并在LabVIEW环境下对新方法进行仿真验证。

1 介绍国家发布的电能质量标准,并对标准中的各项电能指标进行分析;对所采用的设计方法—LabVIEW的设计环境和主要VI进行详细论述和介绍。

2 基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统的设计与实现,详细叙述系统的硬件构成以及软件的程序设计方法。

二、主要研究方法

1 研究电能质量数据采集领域内先进技术之一虚拟仪器技术,虚拟仪器技术也是目前电能质量数据采集领域内应用较为广泛的技术之一。

2 分别对数据采集系统中数据采集、数据处理和网络通信三个部分进行设计。

数据采集部分采用数据采集卡作为数据采集设备,基于LabVIEW软件用NI-DAQmx 创建数据采集模块,编写数据采集程序框图,主要实现信号采样、信号调理和信号A/D 转换功能;

数据处理部分主要实现将采集到的信号进行分析、计算、显示和储存等功能。其中三相电压不平衡测量模块在三相三线制系统中采用正序负序向量图解法,在三相四线制系统中采用国标计算方法。电压闪变测量模块利用IEC推荐的闪变仪获得闪变值;

网络通信部分负责数据的传输,采用利用DataSocket技术实现远程数据通信和传统的远程数据库通信方式实现客户端与服务器端数据信息的传递。

毕业设计(论文)开题报告

指导教师意见:

1.对“文献综述”的评语:

针对电能质量监测系统----基于LabVIEW的数据采集系统的研究原理、研究现状及拟采用的研究方法,文献综述进行了较为全面及细致的分析、比较和论述,文献综述撰写规范,文献分析全面。

2.对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计(论文)结果的预测:本课题电能质量监测系统----基于LabVIEW的数据采集系统设计。针对课题需求给出了初步的研究方案,拟采用虚拟仪器建立电能质量监测数据采集系统。课题有一定的深度和广度,工作量较大,对于设计者也是一次综合使用所学知识、提高业务水平、充分联系实际的很好的锻炼机会。预计在系统掌握相关理论和广泛查阅相关资料的基础上应能较好完成系统设计。

指导教师:

年月日所在专业审查意见:

负责人:

年月日