[实用新型]基于虚拟仪器的电网谐波分析仪

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的电网谐波分析仪，属于电力系统电能质量检测类装置，其中涉及到电网谐波含量、频率波动和负载功率等参数的监测。

背景技术

近年来，随着全球工业化进程的不断加快，对地球的污染和破坏空前加剧。电力系统也面临着污染，公用电网中的谐波电压和谐波电流就是对电网环境最严重的一种污染，已成为影响电能质量的公害。理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。谐波电压和谐波电流的出现，对于公用电网是一种污染。谐波使电能产生、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化、使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁机器。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。谐波还会引起继电保护和自动装置误动作，是电能计量出现混乱。对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备产生严重干扰。因此，无论是从电力系统保护和供电系统的安全经济运行，还是从保证设备安全运行来看，深入研究电力系统谐波问题意义重大，能带来明显的社会经济效益。

虚拟仪器的概念是1986年由美国国家仪器公司(Natinoal Instrmunet)首先提出的。虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来操作这台计算机，就像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据存储等。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现对信号数据的运算、分析和处理；利用工IO接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。

与传统仪器一样，虚拟仪器同样可以划分为数据采集、数据分析处理、显示结果三大功能块，虚拟仪器以透明方式把计算机资源和仪器硬件的测控能力相结合，实现仪器的功能运作。应用程序将可选硬件(如GPIB、VXI、PCI、USB等总线I/O设备)和可重复使用源码库函数等软件结合起来实现模块间的通信，源码库函数为用户构造自己的虚拟仪器系统提供了基本的软件模块。当用户的测试要求变化时，可以方便地由用户自己来增减硬软件模块，或重新配置现有系统以满足系统的测试要求。

虚拟仪器与传统仪器的比较见下表1。

针对以上需求，设计一种性价比高、功能全面的电能监测仪已迫在眉睫。本系统基于“软件及仪器”的设计理念，使用计算机、采集卡及LabVIEW组建监测系统，其能综合实时监测三相电压谐波总含量及各相谐波含量、三相电流谐波总含量及各相含量、电压波形、电流波形、电压基频及其偏差、电流基频及其偏差、电网功率等关键参数。仪器要求安装及接线方便，现场信号采集简单可靠，并具有较强的抗电磁干扰能力；要求设备具有智能化操作、监测参数全面、数据分析准确、多方式数据存储、界面友好等优点，能为电网安全运行及故障分析提供有力保证。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于虚拟仪器的电网谐波分析仪，采用“软件及仪器”设计理念，设计了低成本，高可靠性，多功能，易扩展的谐波分析系统。系统使用电流电压互感器采集电力系统二次侧电流电压，并将采集数据送入PCI采集卡，在工业一体化工作站上使用LabVIEW开发应用软件，对采集到的数据进行处理分析。系统的设计重点在于软件的设计，基于同一套硬件设备，只要在软件在稍作扩展，就可以实现多种测试功能，这也符合目前自动化测试技术的发展要求。本分析仪可实时监测电能质量，这为电力网的正常运行提供有力保障，也可为建设坚强型智能电网奠定基础。

本实用新型一种基于虚拟仪器的电网谐波分析仪，其技术方案如下：该分析仪包括：数据采集箱内、电压互感器、电流互感器、PCI数据采集卡、工控机等；系统结构如图1，其中电压互感器、电流互感器采用北京森社电子有限公司的产品，采集卡使用了阿尔泰科技有限公司的高精度多通道板卡，工控机选用了研祥科技的工业一体化工作站。

电压互感器、电流互感器及信号调理电路都封装在一数据采集箱内，数据采集箱内装有开关稳压电源，整个数据采集箱需要交流220V供电。在数据采集箱的前面板上有12个接口，分别为A，B，C三相电压电流接入口，接口进一步与电压互感器、电流互感器及信号调理电路连接，之后与安装在工控机上的PCI数据采集卡连接。