摘要: 電壓波動和閃變是衡量電能質(zhì)量的重要指標。在對IEC 提出的電壓閃變測量方法進行分析的基礎(chǔ)上，利用間接解調(diào)法對FFT 計算結(jié)果中引起的幅值衰減進行修正，從而提高了離散瞬時閃變值算法的精度。系統(tǒng)用DSP 實現(xiàn)電壓閃變信號的采集和處理，并給出了軟件設(shè)計方法。實驗證明:該設(shè)計能很好地滿足電能檢測的要求，同時具有良好的應用前景。

0 引言

隨著電力市場商品化的發(fā)展，用戶對電能質(zhì)量的要求越來越重視。然而，隨著各種沖擊性負荷、非線性負荷的大量使用，造成了電網(wǎng)負荷的急劇變化。電網(wǎng)諧波、電壓波動、閃變、三相電壓不平衡等問題時有發(fā)生，嚴重影響了電能質(zhì)量，給電力系統(tǒng)的安全運行帶來直接或潛在的危害。

電壓波動和閃變是衡量電能質(zhì)量的重要指標。為了抑制和治理電壓波動和閃變，電網(wǎng)已經(jīng)投入了一定的補償設(shè)備。這些設(shè)備的研制和整定均需要準確詳細的閃變參數(shù)，以提供正確的治理決策，因此，對電壓波動和閃變實時監(jiān)測，即準確測量短時間閃變值Pst，長時間閃變值Plt是治理電壓波動和閃變的基礎(chǔ)。

IEC 6100-4-15和GB 123262—2000給出了完整的閃變測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，以及有關(guān)反映人腦對頻率選擇特性的傳遞函數(shù)，根據(jù)該框圖就可以設(shè)計符合IEC 標準的閃變測試系統(tǒng)。但是利用該標準計算電壓閃變值過程繁瑣，對硬件要求較高。文獻［5］中提出了離散的瞬時閃變值計算方法，采用間接解調(diào)的方法計算閃變，提高了運算速度并且減小了系統(tǒng)對硬件處理器的要求，缺點是間接解調(diào)法存在頻譜泄漏，在高頻處幅值衰減，精度較差。

本文采用離散的瞬時閃變值計算方法，利用FFT 對采樣后的離散數(shù)據(jù)進行變換，并針對FFT計算結(jié)果中引起的幅值衰減做修正處理，減少了因不同頻率調(diào)幅波引起電壓波動輸出的瞬時閃變視感度S(t)的誤差。采用上述改進方法，在DSP平臺上實現(xiàn)的電壓閃變監(jiān)測系統(tǒng)具有測量精度高、速度快等特點。

1 電壓閃變計算方法

波動的電網(wǎng)電壓可由一個穩(wěn)定的工頻電壓作載波，疊加一個有規(guī)則或無規(guī)則的調(diào)幅波構(gòu)成，調(diào)幅波可包含單個或多個頻率分量。瞬時波動電壓可以用一組復合振幅調(diào)制方程來表示:


式中:Urms為電網(wǎng)額定電壓有效值;fsys為電網(wǎng)工頻電壓頻率;fn為調(diào)幅電壓波動頻率;ΔUn為調(diào)幅波中頻率為fn的調(diào)幅波電壓的調(diào)幅系數(shù)。

IEC 定義短時間閃變值Pst的算法如下:首先，對于隨機變化負荷產(chǎn)生的電壓波動，在足夠長觀測時間T(至少10 min) 內(nèi)對S( t) 進行等間隔采樣;然后，將S(t)數(shù)據(jù)分級，并統(tǒng)計各級別數(shù)據(jù)分布概率，再由各級別數(shù)據(jù)分布概率得到累積概率分布函數(shù)(CPF);最后，根據(jù)CPF 作出閃變程度的統(tǒng)計*定，即計算Pst?？梢姡琒( t) 直接反映了電壓波動引起燈光閃爍對人視感度的影響，是計算Pst的關(guān)鍵。

定義瞬時視感度S( t) 曲線上的離散點值為瞬時閃變值Pi，根據(jù)IEC 定義的Pst的計算方法，Pst的計算步驟可描述為:

(1) 對連續(xù)電壓信號u(t)采樣，形成離散電壓信號u(n)，對u( n) 每半個周波計算一次電壓均方根值，得到電壓均方根值序列U(n)，形成離散電壓均方根值曲線。

(2) 對U(n) 以時間進行等間隔劃分，得到劃分內(nèi)電壓均方根值序列Ui(n)，i = 1，2，…，N，N為觀測時間T 內(nèi)劃分數(shù)的總數(shù)，且N = T /τ，對每個劃分中的均方根值序列進行傅里葉分析(FFT)，求出離散頻譜序列Ufm，m = 1，2，…，M，M為頻譜頻率的上限，進而得到相應頻率為fm的正弦波電壓均方根值曲線的峰值，即頻率為fm的電壓波動值:


(3 ) 定義第i 個電壓均方根值序列劃分Ui(n)的瞬時閃變值Pi為相應頻譜上各頻率fm對應瞬時閃變值之和，即:


式中:dum為單位瞬時閃變值時頻率fm對應的正弦電壓波動值。

(4) 將觀測時間T 內(nèi)各個劃分對應的瞬時閃變值Pi分為L 級，由于Pi是等間隔數(shù)據(jù)，可通過分布在相應等級數(shù)據(jù)的頻率來表示該等級中數(shù)據(jù)分布概率P(l):


式中:Nl為分布在l 等級中的數(shù)據(jù)個數(shù)。

(5) 依據(jù)數(shù)據(jù)分布概率P(l)作出直方圖，再由直方圖形成CPF。由瞬時閃變值Pi得出的CPF 反應了瞬時閃變值Pi超過一定限值的時間與觀測時間T 的百分比。對于隨機變化負荷的瞬時閃變值CPF 曲線，常用5 個規(guī)定值計算短時間閃變值Pst:


式中:P0. 1、P1、P3、P10和P50分別為觀測時間T 內(nèi)瞬時閃變值Pi超過0. 1%、1%、3%、10% 和50%時間的覺察單位值。

(6) 根據(jù)短時間閃變值統(tǒng)計計算出長時間閃變值Ph(2 h):