摘 要

在当今的电力系统中，谐波已经成为了发电设备和用户安全、经济用电，以及电网进一步发展的主要制约因素之一。而对谐波进行治理的前提条件就是对谐波进行分析，得到谐波的幅值和相位等主要参数，准确的测量出谐波的各种数据能够对谐波进行治理的工作提供良好的数据基础。

目前在谐波测量方面应用最广的是基于傅里叶变换的谐波测量，其中快速傅里叶变换(FFT)被广泛的使用在计算机领域，以实现高效、快速、实时的对电网谐波进行监控和检测。

本文提出了以Lab Windows/CVI为开发环境，基于傅里叶变换分析的电网谐波电流分析方法。通过Lab Windows/CVI平台，设计出一个能载入实际电网电流数据的软件，通过对数据进行绘图和傅里叶变换运算得到电流的初始图像和基波以及各次谐波的分布图，以及幅值和相位。

最后对得到的数据结果进行了分析得到结论，并描述了本软件的不足之处，对基于Lab Windows/CVI开发平台的电网谐波分析做出了发展展望。

关键词：Lab Windows/CVI；谐波分析；傅里叶变换

Abstract

In today's power system, harmonic has become one of the main constraints for the safety and economic use of power generation equipment and users, as well as for the further development of power grid. The precondition of harmonic treatment is to analyze the harmonic, get the main parameters such as the amplitude and phase of harmonic, and accurately measure all kinds of harmonic data to provide a good data basis for harmonic treatment.

At present, the most widely used harmonic measurement is based on the Fourier transform, in which the fast Fourier transform (FFT) is widely used in the computer field to achieve efficient, fast and real-time harmonic monitoring and detection of power grid.

In this paper, a method of harmonic current analysis based on Fourier transform analysis is proposed, which takes Lab Windows / CVI as the development environment. Through the Lab Windows / CVI platform, a software which can load the actual power grid current data is designed. Through the data drawing and Fourier transform operation, the initial image and fundamental wave of the current as well as the distribution diagram of each harmonic, as well as the amplitude and phase are obtained.

At last, the conclusion of the data analysis is given, and the shortcomings of the software are described. The development prospect of harmonic analysis based on Lab Windows / CVI development platform is given.

Key Words：Lab Windows/CVI；Harmonic analysis；Fourier transform

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外谐波的研究和发展趋势 2

1.2.1 谐波的产生及危害 2

1.2.2 谐波研究的发展历史 2

1.2.3 谐波研究的发展趋势 3

1.3 本文的主要研究内容和工作 4

第2章 电力系统谐波检测 5

2.1 谐波检测的目的 5

2.2 谐波检测方法 5

2.2.1 基于傅里叶变换的谐波检测 5

2.2.2 基于带通滤波器的谐波检测 5

2.2.3 基于小波变换的谐波检测 6

2.2.4 基于瞬时无功功率的谐波检测 6

2.2.5 基于人工神经网络的谐波检测 6

2.2.6 其他谐波检测方法 7

第3章 傅里叶变换在电网谐波电流分析中的应用 8

3.1 傅里叶变换的基本原理 8

3.1.1 离散傅里叶变换 9

3.1.2 快速傅里叶变换 11

3.2 傅里叶变换应用于电网谐波电流测量 12

3.3 基于傅里叶变换谐波检测的MATLAB仿真 13

第4章 电网谐波电流分析软件设计 17

4.1 Lab Windows/CVI的特性和优势 17

4.1.1 虚拟仪器的概念 17

4.1.2 Lab Windows/CVI的基本特性 17

4.2 Lab Windows/CVI仿真软件设计 18

4.2.1 程序框架的确定 18

4.2.2 主界面设计 19

4.2.3 数据载入模块设计 20

4.2.4 数据分析模块设计 21

4.3 本章小结 24

第5章 总结与展望 25

5.1 本文总结 25

5.2 展望 25

参考文献 27

致 谢 28

第1章 绪 论

电力作为人类生产生活中不可缺少的一种能源，随着人类社会的发展进步，人们在日常的生活、生产中对电能的稳定性和安全性的需求越来越高，电网的规模也随之不断的扩大以满足日益增长的电能需求。而在电网不断扩张的过程中，也出现了很多威胁用电安全、用电质量的问题，谐波就是其中之一。谐波的主要来源是电网中的电压电流经过一些电力电子的器件或者其他的非线性元件时，电压电流产生的非线性的关系，其波形发生畸变，并不再是一个标准的正弦波，而是变成了多个正弦波的叠加，这些正弦波中就包括了基波和谐波，电网中存在着的高次谐波对电网有着严重的损害，谐波电压和谐波电流会消耗不必要的电能造成额外的功率损耗，并且还会对各种电器造成损害^[1]。因此对谐波进行检测、分析和控制是保证用电安全，减少能源损耗不可缺少的一项工作^[2]。

课题研究的背景及意义

在实验室中所使用的理想电力系统模型中，三相电路是对称的，三相电路中电压电流的相位依次领先或者落后另一项120度，其波形是标准的正弦波，其三相的幅值、频率、相位差基本保持不变，当电能通过恒定、对称的三相电路向用户供电时，不会产生额外的分量。但在实际的电力系统中，因为各种非线性负荷、变压装置以及电力电子器件的存在，导致电网中的电压、电流不再是标准单一的正弦波，其中还包含有各种高次谐波。

电力系统中谐波的存在早在二十世纪初期就被人们发现，但并没有太多人关心这个问题；随后因为直流输电的发展，在直流交流变换的过程中，整流器的使用会导致电压波形发生了一定的变化，导致一些有害的影响，谐波问题开始引起人们的注意，但在当时因为电网的规模较小，电压水平较低，谐波的危害并不突出，所以并没有引起太大的关注；但是随着各种工业的发展，人们在生产生活中用电的需求不断的增大，电力系统规模也在一直的升级、扩大，电力系统中非线性元件的增加，导致了谐波的成分不断的增多，谐波的存在开始对发供电仪器的安全和经济、可靠运行产生了危害，同时也影响到电力使用设备的正常使用。谐波问题开始引起了越来越多的关注，对谐波进行研究和分析成为解决电力系统安全、经济运行不可忽视的一个课题；而想要对谐波进行治理，谐波分析是最基础也是最重要的一个环节，谐波分析是为了判断出电力系统中电压、电流中所含有谐波的成分、分布等问题，得到谐波的相关参数以方便对谐波进行调控，满足谐波的相关规定。