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电网谐波分析及其建模电网谐波分析一般包括谐波检测、谐波分析和建模三个步骤。
首先，采用谐波分析仪或数据采集系统对电网进行全面的谐波检测，得到电网各节点的电压和电流波形，以及各谐波成分的幅值和相位信息。
其次，在得到谐波数据后，进行谐波分析，主要包括谐波频谱分析、谐波源识别和谐波水平评估。
通过谐波频谱分析可以了解电网谐波的频率成分和幅值情况；谐波源识别可以确定谐波产生的具体设备或负载；谐波水平评估可以评价谐波对电网设备的安全运行和电能质量的影响程度。
最后，根据谐波分析结果，建立电网谐波模型，以便对谐波进行仿真和预测，为电网的设计和运行提供参考依据。
建立电网谐波模型是电网谐波分析的关键步骤之一、电网谐波模型一般采用复数形式，可以分为节点模型和支路模型两种。
节点模型主要用于描述电网节点处的电压谐波情况，采用复数形式表示各谐波成分的相位和幅值；支路模型主要用于描述电网支路中的电流谐波情况，一般采用节点电压差法和支路等值法建立支路模型。
建立电网谐波模型的目的是为了了解电网各节点和支路上谐波的传播和衰减情况，以及谐波对电网设备的影响，进而采取相应的措施进行谐波补偿和谐波过滤。
电网谐波分析与建模在电力系统规划、设计和运行中起着重要的作用。
通过电网谐波分析和建模，可以了解电网谐波的产生和传播机理，预测潜在的谐波问题，指导电网的设计和建设；可以评估谐波对电网设备的影响，判断其安全运行的可行性；可以设计合理的谐波补偿和谐波过滤设备，提高电能质量，减小谐波对电网的危害。
因此，电网谐波分析与建模对于维护电网稳定运行和提高电能质量具有重要意义。
同时，随着电力电子设备和新能源接入电网的增多，电网谐波问题也日益突出，电网谐波分析和建模的研究和应用将变得越发重要。
电网谐波与失真监测与分析系统设计与实现随着电力系统的发展和电网电力质量的不断提升，电网谐波与失真监测与分析系统的设计与实现成为电力行业的重要研究课题。
本文将以电网谐波与失真监测与分析系统的设计和实现为主线，探讨该系统的原理、功能及其在电力系统中的应用。
电网谐波与失真监测与分析系统是一种通过对电力系统中的谐波与失真进行实时监测和分析，从而评估电力质量状况的系统。
该系统通过测量电网中的电流和电压波形，对电流和电压的频谱进行分析，从而得到电网中的谐波与失真情况。
同时，该系统还可以对电网中谐波与失真的源头进行定位和识别，为电力系统的故障诊断和质量改进提供依据。
在电网谐波与失真监测与分析系统的设计与实现中，关键的技术包括测量电流和电压的方法、信号处理和数据分析算法等。
首先，系统需要采集电网中的电流和电压波形，并进行一定的处理。
传统上，采用Oscilloscope和数据采集卡等设备进行电流和电压的采集。
近年来，随着通信技术和传感器技术的发展，无线传感网络和传感器节点逐渐应用于电力系统中，实现了对电流和电压波形的远程和多点测量。
这大大提高了电网谐波与失真监测与分析系统的可行性和实用性。
其次，对采集到的电流和电压波形进行信号处理是电网谐波与失真监测与分析系统的关键环节。
信号处理旨在提取有用信息、去除噪声并提高信号的可靠性。
常见的信号处理方法包括滤波、变换、谱分析等。
在电网谐波与失真监测与分析系统中，常用的方法是对电流和电压波形进行离散傅立叶变换(DFT)，得到频谱信息。
通过分析电网中的谐波含量和频率分布，可以判断电力系统是否存在谐波问题，并找出主要的谐波源头。
最后，在电网谐波与失真监测与分析系统中，数据的可视化和分析是非常重要的。
通过图表和曲线的形式展示电流和电压的频谱信息，可以直观地了解电网中的谐波和失真程度。
此外，利用数据分析算法，可以对谐波和失真的特征进行挖掘，从而提取有用的信息。
例如，可以根据谐波的频率以及其与电流和电压之间的关系，判断是谐波源出现故障还是非线性负载导致的谐波。
《虚拟仪器技术》课程设计任务书(三)题目：谐波测量分析系统设计一、课程设计任务随着科学技术的发展，各种电子产品在电力系统中得到大量应用，特别是各种非线性负载包括可控整流传动装置及高压直流输电系统的投入，以及各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，理想电力系统的近似程度变差，直接表现是电网中的电压和电流波形产生周期性畸变。
电网中除了与供电电源同频率的正弦量(称为基波分量)以外，还出现了一系列大于基波频率整倍数的正弦波分量(高次谐波分量)。
这一系列正弦分量统称为电力谐波。
当电网中存在的谐波成分超过一定指标，轻者增加能耗，缩短设备运行寿命，重则造成停电事故，直接影响安全生产。
所以，对电网中谐波含量准确的测量，确切掌握电网中谐波的实际状况，对于防止谐波危害、维护电网的安全运行是十分必要的。
LabVIEW 具有强大的信号分析与数学运算功能，在它的数学分析库中包含了数以百计的VI 程序，能够进行各种时域与频域信号分析。
本课题通过虚拟仪器LabVIEW 图形化软件开发平台，设计一种谐波测量分析系统。
本课题中系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的LabVIEW 虚拟仪器软件开发平台，将LabVIEW 软件引入到谐波测量分析系统中，能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD 、thd ，2－31次各次谐波电流含有率等参数。
具体指标与要求如下： (一) 要求设计一个通道的正弦信号发生器以模拟实际电流，具体要求为：1、频率范围：0.001Hz ～100KHz ；2、幅值：0～200A ，可选；3、直流偏置：0～100V ，可选；4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动（提示：用循环结构）；5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。
(二) 谐波测量分析系统能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD 、thd ，2－31次各次谐波电流含有率、直流含量等参数。
谐波检测电路设计对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。
设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。
本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。
以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。
1 装置整体运行原理及相关算法1．1 装置运行原理图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。
图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。
有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。
谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。
然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。
这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。
此时，APF产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载电流中的谐波分量，从而达到滤波目的。
有源电力滤波器检测模块的工作框图如图2所示。
6路电流信号包括三相电流ia、ib、ic以及由APF发出的补偿电流，这6路电流信号经霍尔电流传感器变换后，在高精度取样电阻上形成与原信号成比例的电压信号，霍尔电流传感器采用LEM公司生产的LA55-P，采用这种霍尔传感器加高精度取样电阻的方式，可以获得更好的抗干扰能力，模拟信号变换的精度更高。
直流母线电压信号经霍尔电压传感器变换后，由于对直流母线电压的精度要求不高，就不再进行信号调理而直接进入A／D芯片的模拟信号输入通道。
电力系统谐波分析与滤波器设计谐波是电力系统中常见的问题，它们由非线性负载设备引起，如电子设备、电弧炉和变频器等。
谐波对电力系统的稳定运行和设备的正常运行产生了负面影响，因此需要进行谐波分析和滤波器设计来解决这个问题。
首先，对电力系统进行谐波分析是必要的。
谐波分析是指对电网中丰富的谐波进行检测和分析，以了解谐波的来源、频率特性和各个谐波分量的幅值。
谐波分析的结果对正确设计和安装滤波器至关重要。
谐波分析可以通过将谐波仪器连接到电网中进行在线监测来进行。
通过这种方式，可以获得谐波的幅度谱和频谱分析，有助于确定谐波特征。
接下来是滤波器的设计。
滤波器的作用是通过滤除谐波分量，降低谐波的幅度，从而减少谐波对电力系统的影响。
设计滤波器需要考虑如下几个方面：1. 确定滤波器的类型：根据电力系统的具体需求，可以选择有源或无源滤波器。
有源滤波器以电子元器件为基础，可以主动控制谐波的消除效果。
无源滤波器则利用被动元件，如电感和电容等，降低谐波的幅度。
2. 确定滤波器的带宽：带宽是滤波器设计中的重要参数，它决定了滤波器对谐波的抑制效果。
带宽的选择需要综合考虑谐波的频率范围和电力系统的要求，以确保滤波器能够有效地滤除谐波信号。
3. 选择合适的滤波器拓扑结构：滤波器有多种拓扑结构可供选择，如LC滤波器、LCL滤波器和LCR滤波器等。
根据谐波分析结果，可以选择适合的滤波器拓扑结构，并进行进一步的参数设计。
4. 优化滤波器的参数：滤波器参数的优化是设计过程中的关键环节。
通过调整滤波器的电感、电容和阻抗等参数，可以提高滤波器的抑制效果，使其更好地适应谐波信号的特点。
设计完成后，滤波器需要进行模拟仿真和实验验证。
模拟仿真可以通过计算机软件进行，以验证滤波器设计的准确性和性能。
实验验证则需要在实际电力系统中进行，通过对电流和电压的实际测量，来验证滤波器的抑制效果。
总结起来，电力系统谐波分析与滤波器设计是解决谐波问题的重要手段。
通过谐波分析可以了解谐波特征，进而设计出合适的滤波器。
《虚拟仪器技术》课程设计任务书(三)题目：谐波测量分析系统设计一、课程设计任务随着科学技术的发展，各种电子产品在电力系统中得到大量应用，特别是各种非线性负载包括可控整流传动装置及高压直流输电系统的投入，以及各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，理想电力系统的近似程度变差，直接表现是电网中的电压和电流波形产生周期性畸变。
电网中除了与供电电源同频率的正弦量(称为基波分量)以外，还出现了一系列大于基波频率整倍数的正弦波分量(高次谐波分量)。
这一系列正弦分量统称为电力谐波。
当电网中存在的谐波成分超过一定指标，轻者增加能耗，缩短设备运行寿命，重则造成停电事故，直接影响安全生产。
所以，对电网中谐波含量准确的测量，确切掌握电网中谐波的实际状况，对于防止谐波危害、维护电网的安全运行是十分必要的。
LabVIEW具有强大的信号分析与数学运算功能，在它的数学分析库中包含了数以百计的VI 程序，能够进行各种时域与频域信号分析。
本课题通过虚拟仪器LabVIEW图形化软件开发平台，设计一种谐波测量分析系统。
本课题中系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，将LabVIEW软件引入到谐波测量分析系统中，能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率等参数。
具体指标与要求如下：(一) 要求设计一个通道的正弦信号发生器以模拟实际电流，具体要求为：1、频率围：0.001Hz～100KHz；2、幅值：0～200A，可选；3、直流偏置：0～100V，可选；4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动（提示：用循环结构）；5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。
(二) 谐波测量分析系统能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率、直流含量等参数。
(三) 谐波测量分析系统可以对产生的正弦信号进行频谱分析，得到相关的频谱图。
（四）所有测量分析的参数都要在系统前面板中进行显示，所产生的正弦信号及其频谱图要求分别进行波形显示。
谐波分析原理：对于周期为0/2ωπ=T 的电流谐波信号进行傅立叶级数分解，除了得到与电网基波频率相同的电流分量，还得到一系列大于电网基波频率的电流分量，如下式所示：∑∞=++=100)sin()(n n n t n I I t i ϕω，( 3,2,1=n ) (1)其中，)sin(0n n t n I ϕω+称为n 次电流谐波，n I 称为n 次电流谐波的幅值，谐波频率与基波频率的比值(1/f f n n =)称为谐波次数。
求模拟信号连续频谱的一般方法是对它做傅立叶变换：⎰+∞∞--=dt e t i i t j ωω)()((2)用数字方法实现傅立叶变换的数学基础是离散傅立叶变换(DFT)。
离散傅立叶变换的数学表达式为1,,2,1,0,)(102-==∑-=-N n ei I I N i N nij n π(3)电流总畸变率TDH 和thd ：fund n n I ITHD %100*22∑∞==(4) rmsn n I Ithd %100*22∑∞== (5) 其中n I 称为n 次电流谐波的幅值，fund I 为基波电流的幅值，rms I 为周期性交流量方均根值。
谐波含有率n HRI 指第n 次电流谐波的rms 值与基波电流rms 值的比率，即%100*fund nn I I HRI = (6)二、课程设计目的通过本次课程设计使学生具备：1）了解现代仪器科学与技术的发展前沿；2）学习和掌握虚拟仪器系统组成和工作原理；3）掌握虚拟仪器LabVIEW 图形化软件设计方法与调试技巧；4）培养学生查阅资料的能力和运用知识的能力；5）提高学生的论文撰写和表述能力；6）培养学生正确的设计思想、严谨的科学作风；7）培养学生的创新能力和运用知识的能力。
三、课程设计要求1、了解和掌握整个虚拟仪器平台的系统组成、工作原理、各单元功能和应用背景；2、根据设计任务进行文献资料的检索，根据各种独立测量仪器的功能和工作原理，确定谐波测量分析系统的功能，制定设计方案和设计虚拟仪器面板；3、利用虚拟仪器LabVIEW软件，编写与调试虚拟仪器的图形化程序；4、撰写完整的课程设计报告。
四、课程设计容1、谐波测量分析系统前面板设计；2、谐波测量分析系统框图程序设计。
五、课程设计报告要求报告中提供如下容：1、目录2、正文（1）课程设计任务书；（2）总体设计方案(包括虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别，虚拟仪器LabVIEW图形化程序的组成和特点，为什么选择虚拟仪器LabVIEW图形化软件开发平台来设计谐波测量分析系统，谐波测量分析系统的总体结构图等)；（3）简述所设计的谐波测量分析系统的工作原理及自己的设计结果所实现的功能，针对前面板要有操作使用说明，以便他人能够正确使用所设计的谐波测量分析系统；（4）程序流程图、框图程序的设计及功能实现方法等；（5）调试、运行及其结果；要求有谐波测量分析系统设计的源程序和运行结果等。
3、收获、体会4、参考文献六、课程设计进度安排本课程设计共需1周时间，其具体安排见下表:七、课程设计考核办法本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
摘要近年来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。
电力系统部谐波会使电气设备过热，绝缘老化，使用寿命缩短。
同时还会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。
并引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量出现混乱，严重影响电能的生产、传输和利用的效率。
对于电力系统外部，谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
为了解决电力电子装置和其他谐波源的谐波污染问题，对谐波的检测就显得尤为重要。
传统的电能量参数检测系统由于以硬件为核心，体积庞大，功能单一，已无法满足日渐复杂的电力参数测试。
本文采用虚拟仪器的思想，将传统的分离硬件仪器功能进行集成，充分利用现代计算机技术，用软件实现电力系统谐波的测试。
目录摘要 (4)1 序言错误!未定义书签。
1.1 谐波研究背景错误!未定义书签。
1.2电力系统谐波测错误!未定义书签。
2虚拟仪器介绍 (6)2.1虚拟仪器的定义及组成 (6)2.2 虚拟仪器的特点 (9)2.3 LabVIEW平台设计谐波测量分析系统 (11)3 谐波测量分析系统的总体设计 (13)3.1 程序设计 (13)3.1.1 前面板程序（Front Panel） (14)3.1.2框图程序（Block Diagram） (15)3.2流程图 (16)3.3谐波测量分析系统的总体结构图 (16)3.4 谐波测量分析系统的工作原理及功能 (17)4 经验及结论 (18)5 参考文献 (19)引言1.1谐波研究背景一般而言，理想电力系统应具有单一频率、单一波形、若干电压等级的电能属性。
当电压、电流为同样波形、同频、同相位时为电能传输的最高效率模式。
这同样也是电力产品生产、输送、转换力求保证的最佳电能形式。
虽然，在以往的电力系统中正弦波形被畸变的现象就已存在，但由于其功率相对不大，因而危害并不明显。
但是，随着电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置得到广泛应用的同时也给电力系统带来了严重的污染；而现代工商业的用电设备也对电能质量提出了更高的要求。
因此，如何正确检测谐波，进而抑制电网谐波，提高电能质量已成为当今电工学科研究的热点问题之一。
1.2 电力系统谐波的检测电力系统谐波检测问题是目前电工学科急需解决的难题之一。
现有谐波检测方法按照原理可分为模拟滤波器法、基于传统功率定义检测法、基于瞬时无功功率理论的检测法、基于傅里叶变换的检测方法、基于神经网络的检测法、基于自适应对消原理的检测法、基于小波分析的检测法。
2虚拟仪器介绍2.1虚拟仪器的定义及组成虚拟仪器（Virtural Instrument, VI）的概念是由美国国家仪器公司提出来的，虚拟仪器本质上是虚拟现实一个方面的应用结果。
也就是说虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，它充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本硬件的支持下，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能，大大的突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，使用户可以方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
虚拟仪器是基于计算机的仪器，计算机和仪器的紧密结合是目前仪器发展的一个重要方向，虚拟仪器就是在通过计算机上加一组软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计使用的专用的传统电子仪器。
在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了实现信号的输入、输出，软件才是整个仪器系统的关键。
任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便的改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。
虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等，其中，硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡（DAQ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其他接口卡。
目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。
一般来说, 虚拟仪器是由通用仪器硬件平台(简称硬件平台) 和应用软件两大部分构成的。
（1）虚拟仪器的硬件平台构成虚拟仪器的硬件平台有两部分。
(1) 计算机。
一般为一台PC 机或工作站, 是硬件平台的核心;(2) I/ O 接口设备。
I/ O 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/ 数转换。
不同的总线其相应的I/ O 接口硬件设备,如利用PC 机总线的数据采集卡/ 板(DAQ) 、GPIB 总线仪器、VXI 总线仪器模块、串口总线仪器等。
虚拟仪器的I/ O 接口设备主要有5 种类型。
①PC -DAQ 系统。
PC - DAQ 系统是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。
这种系统采用PCI 或计算机本身的ISA 总线, 将数据采集卡/ 板(DAQ) 插入计算机的空槽中即可。
GPIB 系统。
③VXI 系统。
④PXI 系统。
⑤串口系统。
它们分别是以其自身的标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
（2）虚拟仪器的软件目前的虚拟仪器软件开发工具主要有如下两类:文本式编程语言: 如Visual C + + , Visual Basic , Lab2Windows/ CVI 等。
图形化编程语言: 如LabVIEW,HPVEE 等。
