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基于LabVIEW的谐波测量系统的设计
作者：王秋晶 杨梦丽
来源：《中小企业管理与科技·上旬刊》2011年第11期
摘要：随着我国经济的发展，各种工业生产对电能质量的要求越来越高。谐波的产生使电能质量恶化,谐波问题对电力系统安全、稳定、经济运行构成潜在威胁，给周围电气环境带来了极大影响，人们对谐波问题的关注也日益重视起来。在此基础上，提出了一种基于虚拟仪器开发环境LabVIEW的谐波测量技术。本论文的目的就是基于当今测控领域的最新技术——虚拟仪器技术能实时测量谐波的数字式装置。 关键词：谐波测量虚拟仪器LabVIEW 1 问题的提出
电能作为现代社会中使用最为广泛的能源，其应用程度是衡量一个国家发展水平的重要标志之一。电力电子技术的广泛使用，在带来经济上的一系列效益的同时，也使电网中的谐波含量大为增加；电网中谐波污染的日益严重，导致了电气设备寿命缩短，网损加大，增加了电网中发生谐波谐振的可能性，使继电保护和自动装置不能正常动作和操作，导致仪表指示和电能计量不准等一系列重要问题。 2 谐波概述
2.1 谐波的定义 国际上公认的谐波含义为：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率为基波频率的整数倍”。波形畸变是由电力系统中的非线性设备引起的，流过非线性设备的电流和加在其上的电压不成比例关系。当正弦基波电压施加于非线性负荷时，负荷吸收的电流与施加的电压波形不同，畸变的电流回流到系统中，将在阻抗上产生电压降，因而产生畸变电压，而畸变电压将对所有负荷产生影响。
2.2 谐波的危害 在电力系统中，各种谐波源产生的谐波对电力系统环境造成污染，影响到整个电力系统的电气环境，包括电力系统本身和广大用户。谐波的污染与危害主要表现在对电力与信号的干扰影响方面，可大致概括为：
2.2.1 在电力危害方面：①旋转电机等的附加谐波损耗与发热，缩短使用寿命。②谐波谐振过电压，造成电气元件以及设备的故障与损坏。③电能计量错误。
2.2.2 在信号干扰方面：①对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降。②重要的和敏感的自控系统、保护装置不正确动作。③危害到功率处理器自身的正常运行。 3 谐波测量系统的总体设计
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谐波测量系统软件在虚拟仪器开发平台LabVIEW上开发完成,它以图标的形式提供了进行经典的信号分析和处理的很多函数。此次设计用到了正弦波发生器、波形显示器、自功率谱函数、谐波分析函数等图标。经过运行检验，最终完成其谐波分析的功能。 4谐波测量系统的设计步骤
①确定程序设计总体方案。②确定谐波测量程序前面板。③构建图形化流程图。④调试和优化程序。
4.1 谐波测量系统设计的主程序框图（如图2）
4.2 程序设计模块 整个程序由以下几个模块组成：①输入信号仿真模块；②信号处理模块；③自功率谱函数模块；④谐波分析模块；⑤测量结果显示输出模块
4.2.1 输入信号仿真模块 我们对频率和幅值进行仿真，用户通过前面板的窗口可以很方便的对频率、幅值等参数进行修改，然后以波形数据的方式送入信号处理模块。
4.2.2 信号处理模块 此模块有被测信号显示模块和运算模块作成，可以对输入的基波分量和谐波分量进行数据处理，直观的监视波形变化，并依据上文所述的算法进行谐波相关量的计算。
4.2.3 自功率谱函数模块 一个信号可以从时域描述，也可以从频域来描述。这里需要一个自功率谱函数模块，来将谐波信号转化为可用的自功率谱。
4.2.4 谐波分析模块 此模块就是将自功率谱、采样频率、基波频率等作为输入，来完成谐波的测量。
4.2.5 测量结果显示输出模块 此模块由四部分组成：谐波比、谐波幅值、谐波频率和谐波畸变率，基波分量和谐波分量的测量结果输出也是通过这一模块实现。它们以高精度的数值方式显示在前面板中。
4.3 谐波测量前面板 显示面板分为三个部分：基波分量、谐波分量输入部分，用来模拟基波和谐波的输入；被测信号波形显示窗口，用来显示基波和谐波的总体波形；输出结果显示部分，它包括谐波幅值、谐波频率、谐波比和谐波畸变率。（如图3）
图3是本测试系统的前面板，显示出来了各次谐波的幅值和所占的比例测试结果，用信号发生器产生的频率50Hz的正弦波做输入信号对系统进行测试测试结果与理论计算相同。无误差，系统很精确。 5 结论
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本文的任务就是利用LabVIEW设计谐波测量系统。主要得到以下两方面的结论： 5.1 虚拟仪器技术适合于谐波测量等高要求的工程测量，它用虚拟仪器技术构建谐波测量仪器与传统的测量仪器相比其开发效率、性价比及可操作性、可维护性等方面都具有明显的优势。
5.2 利用LabVIEW编程设计了谐波测量系统，达到了传统谐波测量所具有的基本功能。并通过了验证。 参考文献：
[1]周学湛等.《虚拟仪器与LabVIEW 7Express程序设计》.北京：航空航天大学出版社.2003.
[2]杨乐平等.《LabVIEW程序设计与应用》北京：电子工业出版社.2002.