基于USB数据采集器的电能质量监测系统电气工程专业.docx

目录 摘要 1 Abstract 3 第一章 引言 5 1.1 研究背景 5 1.2 研究现状 5 1.3 研究工作 6 第二章 电能质量及其分析方法 8 2.1 电能质量定义 8 2.2 电力系统频率偏差 8 2.3 供电电压允许偏差 10 2.4 公用电网谐波 12 2.5 电压波动和闪变 13 2.6 三相电压不平衡度 15 2.7 常见的电能质量分析方法 16 2.8 本章小结 18 第三章 数据采集模块 19 3.1 系统的硬件结构 19 3.2 信号采集 19 3.3 信号调节电路 20 3.3 数据采集卡 21 3.4 本章小结 25 第四章 工控机端监测系统设计 26 4.1 电压、电流的数据采集与分析模块 26 4.2 电压偏差分析模块 27 4.3 频率的测量分析模块 28 4.4 谐波分析计算模块 28 4.4 本章小结 29 第五章 全文总结 30 5.1 研究课题总结 30 5.2 研究内容总结 31 摘要 电能质量（Power Quality）监测技术在这几年的时间里受到了越来越多的关注。为了评估电能质量在不同的电力网络中的影响，世界各地都在进行着电能质量监测。 随着相关技术的发展(监测设备、通信技术、数据存储和处理技术)，监测方面的大数据成为可能。在设备连接至电力网络的类型和非线性电力电子接口连接方式的扩展，及对非通用型的负载/储能（例如，电动汽车）的未来设想的改变，给电网公司监测和记录电能质量的各个方面带来了巨大的影响。 因此发展电能质量监测技术，培养电能质量监测技术人才对我们有着极大的意义。电力行业也会因电能质量的不断的提升而将拥有更多的提升。本课题主要研究的是电能质量在实验室环境内对电能质量进行的监测，这对于高校的教学研究也会有一定的帮助。 本课程主要研究的是数据采集器的电能质量监测系统，而通过数据采集卡的运用也使得该系统有诸项特色与创新点。 系统的结构简洁、易操作，这对我们进行电能质量研究上有很大帮助。系统的建设与维护的成本也相对较低，由于是基于实验室的研究，这些特点对我们日常的监测学习提供了很大的支持。系统的调节能力也较好，通过对监测程序的改写，我们可以灵活运用于电能质量各项参数的具体研究。同时它还具有很好的便携性，能够适应多种环境的需求。 关键词：电能质量；数据采集卡；技术发展；监测；电力 Abstract There has been a noticeable increase in the amount of power-quality (PQ) monitoring taking place in electric power systems in recent years. A number of monitoring project have been performed around the world, with the main objective of assessing. The overall PQ of power systems at different voltage levels. Developments in enabling technology (monitoring equipment, communication technology, data storage, and processing) have made it possible to monitor at a large scale and to record virtually any parameter of interest. The change in types of loads connected to the network and proliferation of nonconventional, power-electronic interface connected, generators, as well as envisaged further increase in nonconventional types of loads/storage puts additional pressure on network operators to monitor and document various aspects of network performance. Therefore, the development of power quality monitoring，power quality monitoring train technical personnel has a great significance for us . Because of the power industry will continue to enhance power quality and will have more improvement. The main task is to monitor power quality research in the laboratory environment for power quality，which will be helpful for teaching and research universities . This course is a study of data acquisition power quality monitoring system , through the use of data acquisition card also makes the system features and innovations such items . Structure of the system is simple , easy to operate , which is a great help to us on the power quality study . Construction of the system and maintenance costs are relatively low , because the laboratory study is based on these features to our everyday monitoring learning it provides great support. Regulating capacity of the system is also better monitoring procedures by rewriting , we have the flexibility specific studies of power quality parameters applied . It also has good portability , we can meet the needs of a variety of environments . Keyword ： PQ；DAQ；Power Network ；Technology Development；Monitoring；Power 第一章 引言 1.1 研究背景 电能的使用改善了人类生活的方方面面。它既满足了工业生产的需要，也满足了人们日常生活、工作、学习的需要。并随着技术的发展，工业的发展，改善了人们的生活条件，生产的逐步优化，导致电力质量严重。现在，电能质量，电力系统的运行和管理，一个重要的信号，监测，控制和提高电能质量对发展电力系统也很重要。 如今的由于许多的非线性电气设备的引入。大量的存在电磁扰动的设备加入电网。如今，原本的电网结构也发生了天翻地覆的改变。以及继电保护设备等均对电能造成了不同程度的污染。而这些污染使得电能质量出现很多问题，包括继电保护装置的误动，设备的罢工及、使用寿命的缩短甚至是损坏，更严重的还导致了电网的停电。每年全球都会因为电能质量问题造成巨大的损失。因此对于电能质量的研究显得尤为重要，本课题是研究基于USB数据采集器的实验室电能质量监测系统，希望能够对于电能质量的研究，发展培养更多人才，做出些许的贡献。 总的说来，更好的了解电能质量，对电力系统的运营有着极大的帮助，电能质量就是电力的质量体现，和我们生活中所有的商品一样，都对质量有着较高的要求。因此，这质量的好坏真真切切的反映了我们电力系统的技术水平和管理能力。不断加强对电能质量的整控，应该是电力行业的追求与目标，更是电力持续发展的动力。 1.2 研究现状 主要的电能质量研究还是通过电能质量监测装置实现的。而主要的监测装置分为便携式电能质量监测仪和固定式电能质量监测仪。 固定式电能质量监测仪，主要安装在电力系统中的公共站点，相关对电能质量要求较高的企业及大型的工业园区。仪器一般具备远程通讯功能，可方便进行远程监测。 便携式电能质量监测仪，这是主要对于到具体的地点，并且有很多不确定因素的地点进行勘察，同时是对一些地点进行研究，做工程勘察进行的监测。主要用于各种不同状况下的监测。 国外对于电能质量的研究，早期还只是受变电站和电弧炉工程师所关心。但随着公用电网对电能质量不断造成影响，电力工程人员不断接触各类电能质量问题，对电能质量检测设备的研制慢慢重视起来，而国外电力网络发展较之国内早了许多，因此在电能质量监测设备的研制上有很大优势，较为知名的有日置的3197、3198系列，福禄克的435系列的单相检测仪以及1750等三相电能质量检测仪等，还有莱姆电子的TOPAS1000系列，这些系列都是比较成熟的设备系列等。这些是主要的电能质量监测分析设备，尤其是福禄克430系统，用户相当广泛。这些设备能够电能质量的各项参数进行测量，包括传统的电压、电流频率等，也包括了各项的谐波、闪变和波动、三相不平衡等等。同时高端的还具有对测得数据的分析，记录等功能。 电能质量的发展也经过了多年了。从曾今的很多不同的标准，不同的方法到如今的有了越来越多的更加明确的指标进行分析。监测设备也是不断的发生着变化，尤其是进入21世纪以来，很多新兴技术的发展，尤其是电力电子技术，计算机技术以及软件工程技术的发展，是我们的监测的方法有了许多新的选择，如今发展最多的便是虚拟仪器技术了。虚拟仪器通常是依托着计算机的高级工程软件来完成很多的高级功能的。虚拟仪器一方面具有方便，可靠，借口类型多样，能兼容很多的设备，另一方面又有着很高的性价比，对于研究学习有着非常大帮助，甚至可以说。他是我们监测技术的突破，有了他我们可以替代那些单一的只能提供在特定功能方面的设备。同时虚拟仪器也是对传统的一次突破，其核心软件开发,由计算机数据采集系统、数据存储、数据分析等和显示功能,结构简单、定制的功能和开放、高精度、高智能。 虚拟仪器系统是完全是新一代的技术，当今软件工程的发展使得开发虚拟仪器变得更为简单。而伴随着软件的改进，设备本身在不进行升级的情况下，在功能上仍旧能够得到提升。所以说，电能质量参数监测的发展在伴随着虚拟仪器的发展有为我们带来无数新的可能。 1.3 研究工作 这次课题探讨基于USB数据采集卡的电能质量监测系统。包括电能质量的概念、常用的分析计算方法。发展研究的历史，以及基于Visual Basic平台的监控平台的建立。 以下为本次研究工作的主要内容： 一、研究电能质量问题及其危害并得出电能质量监测意义 研究并分析了电能质量问题所带来的危害并由此得出电能质量监测的意义。同时，对国内外电能质量监测装置发展情况以及目前的状况和未来的走向，综合阐述电能质量监测系统的意义。 二、电能质量标准中规定的电能质量指标的含义以及具体的分析和计算方法。 了解电能质量的基本概念，包括传统的电能质量即电压偏差、频率偏差