基于labview的谐波检测分析仪

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1、基于Labview的谐波检测分析仪何晓波刘建业河北科技大学摘要：因为电力系统大规模接入非线性负荷设备，例如电弧炉、整流器以及变频器等，非线性负荷设备的广泛性会产生大量的谐波，对电网安全产生不利的影响。通过准确、及时的检测电网谐波含量，并以此为依据强化对谐波控制，能够有效保证电网安全。Labvicw是一种功能完善、应用广泛的虚拟仪器技术开发平台，通过谐波分析子模块可以准确检测是否存在畸变信号，以此对谐波以及基波的情况进行准确的反映，并釆用加窗函数进行计算，能够显著提升谐波检测准确性和精确性，对谐波实现可靠的分析和处理。关键词：SbV

2、IEW;虚拟仪器;谐波分析仪;现如今谐波检测应用最广泛的方法就是利用采样转化的方式，实现模拟信号和离散化数字序列信号之间的转换，在计算机中输入离散化数字序列信号，实现傅里叶变换，这样能够准确计算出谐波与基波的相位以及幅值。谐波检测分析仪是用來检测和分析被测信号屮谐波成分的幅值、相角和频率等参数的仪器。本文说明了谐波的危害，描述了基于Labvicw的谐波分析的方法、思路和主要功能，并对检测结果作了简要分析。1谐波概述非线性负载是电力系统屮谐波出现的本质原因。当电流通过负载，和所施加的电压不呈线性关系时，就产生了非正弦电流，其中就含有

3、谐波分量。因此利用傅里叶分解周期性非正弦电量，可以得到与供电基波相同频率的分量以及谐波分量，谐波次数的计算公式表示为：公式中n表示谐波次数，fn表示谐波频率，A表示基波频率，谐波电压和谐波电流会对用电设备周围的通信系统和设备产生损害。2谐波检测分析仪的硬件结构谐波检测分析仪的硬件结构由五部分组成，分别为计算机、数据采集卡、信号调理电路、电流霍尔传感器以及电压。3谐波检测分析仪的软件设计Labview软件开发平台:Labview是具有可扩展函数库和子程序库的通用程序设计系统，在木文提出的谐波检测分析系统中，Labview主要实现的功

4、能有数据实吋采集、存储、显示和谐波分析等。具体实现时分为以下几大模块。（1）主程序模块。系统初始化程序，设置数据采集卡的初始状态。（2）模拟数据采集模块。对模拟信号进行实时采集，将采集的模拟数据生成文件依次保存，并对数据及其波形曲线进行实时显示。（3）谐波分析模块。木文采用了Labview软件自带的谐波失真检测函数。此函数能够有效检测输入信号的谐波失真程度，检测出基波和谐波，统计总的谐波畸变率。4谐波的基本分析算法和谐波的度量4.1傅里叶变换实现对畸变波形各种分量分析需要用到傅里叶分解。傅里叶级数的展开式为:X(?)=刀叶0bns

5、in+ancosncv=7+EL(色cos讪+bnsin加扌+匸二7血5皿+瓷）式中，An表示各频率分量幅值:Af率分量的相位:①=tan）；a（）表不直an表示余弦分量幅值,TJtA(f)CO!一2rtA~T量幅值，b旳=〒Jt-^(0sin(ncdt)dt、n表频率,3二21T4.2离散傅里叶变换通过选择f（t）在时域离散点值对傅里叶变换进行计算，离散傅里叶变换的概念表示为:选择复或者实离散时间序列，采用x。，xi,•:Xh进行表示，假设离散时间序列绝对可和,EN-=0要求，由此可以获得能够满足X(k)=F[x(n)]二(

6、k=0,1,---,N-1)4・3快速傅里叶变换离散傅里叶变换的计算量较大，为了能够达到快速计算的目标，需要对离散傅式变换的相关特性进行分析，如虚实以及奇偶特性等，通过对离散傅里叶变化的算法进行优化，能够实现快速傅里叶变换。快速傅里叶变换的岀现使离散傅里叶变换的运算迅速简化，计算时间甚至可缩短一、二个数量级之多。4.4谐波的度量在频域分析屮，使畸变的周期性屯压进行傅里叶分解"(f)=近5Sin(讼+%)式中，M表示谐波最高次数，通常取MW50;—表示第n次谐波电压初相角；山表示第n次谐波电压的方均根值;n表示谐波次数；3表示工频（

7、即基波）的角频率。TIID为总谐波畸变率，表示畸变波形因谐波引起的偏离正弦波形的程度。电压谐波总的畸变率THD.为:THDU因为各次谐波的方均根值山与其幅度入存在2的比例关系，因此谐波总的畸变率也可表示为THD=]00jx^+舎+■••+&4式中，n表示谐波次数;入表示n次谐波幅值人表示基波幅值。5基于Labview平台的谐波失真分析5.1窗平滑技术采用矩形窗截断信号，能够实现信号的有限时间采样。值得注意的是，如果窗长不等于信号周期的整倍数，将会导致信号在离散频谱中出现泄漏的问题。当矩形窗边界发生突变吋，很容易导致泄漏问题的产生，

8、当泄漏发生后将会导致在频域内产生许多高频分量。由于泄漏问题的发生，导致频谱形成一定的畸变，会导致计算结果产生一定的误差，影响结果的真实性和准确性。用窗函数对采样数据进行处理，是为了抑制泄漏误差。窗函数作用于信号的过程用表示为：Y(t)二x(t)3(