高端数字万用表在市电谐波分析中的应用
前言
随着城市化和工业化的进一步发展，越来越多的电力电子设备在电网中广泛使用，产生了大量的电力谐波注入到电网，这种不受控的电力谐波成为电力系统的一大公害。对市电进行电力谐波分析就可以分析出其附近区域内电网工作状况，从而为电网安全状态提供依据。
由于市电电压在120～380V范围内，峰值电压小于1000V，台式万用表即可方便测量，并且可以反映出大多数设备工作的电压环境。
本文以RIGOL高精度台式万用表DM3068为例，利用DM3068的DCV挡的1000V量程和10kSa/s采样速度对市电信号采集，利用USB接口上传采集的数据，借助C语言和VISA驱动实现对电力信号的全自动采集和存储，再借助C和Matlab的良好接口能力和Matlab的强大运算能力对数据进行分析，从而得到谐波分析结果。整个测试系统可以做到全自动运行。
电力谐波的危害
电力谐波对电力传输和使用都会造成很大的危害，通常表现在以下几个方面：
①电力谐波会引起电网的谐振，对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器件，电网谐振常会使之烧毁。
②谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。
③电力谐波会造成电力设备过热或电力损耗，会对使用电源工作的电子设备造成干扰，导致设备工作不稳定，验证时可能损坏设备。
动态实时的监控和测量电力网络中的谐波，对电力安全有很重要的意义。
电力信号测量分析环境准备
硬件环境
RIGOLDM3068一台、普通电脑一台。硬件上只需要用USB线连接数字万用表和电脑即可开始工作。硬件连接示意图如图1所示。
图1硬件连接示意图
实现原理
此实验需要数字万用表具有高速采样、高精度测量和宽的电压测量范围特性，而RIGOLDM3068正好具备以上全部性能。其中，它的最高测量速度达到了10kSa/s，直流电压测量准确度可以达到±(读数*0.0035%+量程*0.0005%)，量程范围为200mV～1000V。在测试环境准备完毕后，利用远程命令对其进行设置，然后开始进行数据采集，可以方便的直接对市电信号进行多样本采样，同时，还可以将所采集数据传输到电脑进行进一步分析。
软件环境
在http://joule.ni.com/nidu/cds/view/p/id/988/lang/en下载并安装Visa430full.exe，这个安装包提供了各种VISA通信接口驱动，我们的采集程序需要借助此驱动程序通过USB接口从DM3068采集数据。安装Visa430后，“C:\WINDOWS\system
安装VC6.0以上环境，用于开发基于C/C++语言的测量控制程序。
安装Matlab2007以上版本，用于进行数据分析和图形化分析结果。
利用Matlab生成FFT分析程序
数据分析直接利用Matlab进行，在Matlab中编辑好用于数据分析的源码并写成函数，保存编辑好的源码为“FFT.m”文件。假设使用“F:\matlab”为当前工作目录。源代码如下：
functionFFT_Tran()
loadf:\matlab\data.txt
Fs=10000;%Samplingfrequency
T=1/Fs;%Sampletime
L=5000;%Lengthofsignal
t=(0:L-1)*T;%Timevector
NFFT=2^nextpow2(L);
Y=fft(x,NFFT)/L;
f=Fs/2*linspace(0,1,NFFT/2);
figure;
Py=2*abs(Y(1:NFFT/2))
plot(f,Py)
title('FFTtranslation')
xlabel('Frequency(Hz)')
ylabel('|Y(f)|')
end
其中“data.txt”为外部数据源文件。此数据源就是将来用C语言借助VISA驱动控制DM3068测量的数据保存为文本文件，每一个测量数据以文本方式保存为独立的一行即可。