电压波动与闪变检测方法的研究与仿真

电压波动与闪变检测方法的研究与仿真

作者：王红星 陈歆技

来源：《科技资讯》2015年第34期

摘 要：由于电气化铁路、大型钢铁冶炼等冲击性负荷的不断接入，引起电网严重的电压波动和闪变，对电网电能质量产生严重影响，因此对电压波动和闪变的研究和采取何种方法保证电网电能质量已成为研究的重点之一。要对电压波动与闪变进行有效抑制，首要任务是准确地提取波动信号，该文采用平方检测滤波，介绍了IEC推荐闪变仪的结构与各环节作用，并用MATLAB进行仿真，证明了IEC闪变仪的确有效。 关键词：电压波动 闪变 滤波 闪变仪

中图分类号：TM74 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）12（a）-00-05 Abstract：The impact load suddenly increased issue has caused serious voltage fluctuation and flicker of power grid， impacted the power quality . So it becomes one of the key researchest to study the voltage fluctuation and flicker. First of all， we should extract the fluctuation signal. This paper adopt the method of square detection filter，mostly studies the realization of IEC’s flicker meter， introduced the principle of IEC’s flicker meter， and simulated the effect of voltage fluctuation inspection through the tool of matlab.

Key Words：Voltage fluctuation；Flicker；Filter；Flicker meter

电压波动与闪变是电力系统电能质量的一项重要指标，主要由波动性、冲击性负荷剧烈变动造成。电压波动和闪变会对许多电气设备的正常运行产生影响，严重时会直接造成设备无法正常生产并造成一定的经济损失。并且直接影响照明灯具的闪烁，对工作生活造成不利的影响。因此，对电压波动与闪变进行检测并进行抑制研究具有重要意义[1]。 1 电压波动与闪变的检测

针对电压波动与闪变进行研究，首先就是要准确地实现对波动电压的检测提取。一般认为波动电压是以工频额定电压为载波、电压波动分量调制的调幅波，电压波动分量的频率范围为 Hz。

2 电压闪变仪的结构

根据IEC的定义，闪变是由于电网电压的波动，引起的灯光闪烁对人眼视感产生的反应。它不仅和电压波动大小有关，而且和波动的频率（即对工频电压的调幅频率）、照明灯具的性能及人的视感因素有关。因此，要获得闪变值，就必须在取得电压波动信号的基础上，根据人

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眼视感度曲线进行相应处理。国际电工委员会（IEC）依据1982年国际电热协会（UIE）的推荐，给出了检测电压闪变的设计规范，其框图如图1所示[2]。 IEC闪变仪由6部分构成。框1～框6的作用具体如下所述。 框1为信号输入，用于将被测电压转换成适合仪器的电压数值。 4 IEC闪变模型的仿真 4.1 仿真模型设计

该文以工频正弦电压作载体，利用调幅波进行调制的方式进行设计。调幅波参数： π 式中为载波幅值，Hz。

K为标定系数，标定目标是在上述叠加电压输入时，使的输出值为1。n为调整系数，用于输出信号幅值调整。系统仿真框图如图2所示。 各主要部分简述如下所述。

（1）将调制后的电压进行平方处理；

（2）（3）信号通过0.05～35 Hz的带通滤波器，滤除信号中的直流分量和高频分量； （4）～（9）通过视感度加权滤波、平方、系数修正等环节，模拟人脑神经对视觉的反映和记忆效应。实现电压波动和闪变的检测。 4.2 仿真结果

根据IEC标准建立Matlab/Simulink仿真系统模型如图3所示。

为了验证模型的准确性，对其进行仿真实验。取工频载波频率50 Hz，幅值230 V的正弦波，调幅波为频率8.8 Hz，波动值0.25%的正弦波，各仿真波形图如图4～8所示。

仿真结果表明，输入的调幅波与通过模型处理和计算检测出来的调幅波基本相同。因此该文的IEC电压闪变仪模型是正确的，即在输入标准8.8 Hz中心频率的信号时，利用文中设计的传递函数和闪变仪模型，可以检测出电压闪变。

进一步对照IEC推荐的闪变仪校验数据，通过统计排序法计算。统计排序法无需做出CPF曲线，即可通过离散的瞬时闪变值快速计算出10 min的闪变值。统计排序法的流程图如图9所示。

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根据IEC校验规则仿真计算结果如表1所示。

从结果中可以看出，该文所搭建的IEC闪变仪数字化模型检测出短时间闪变值P st 的相对误差都小于5%，效果良好，满足国家标准对电压波动与闪变检测误差的规定。 5 数字化变电站中电压闪变计算问题

基于数字化变电站系统中ECT、EPT采样率为4 000 Hz或10 000 Hz，而电压闪变需要的采样频率为400 Hz以上即可，因此，需要将4 000 Hz的采样率即每周波80点的采样值序列插值变换为每周波8点采样值系列，然后进行电压闪变计算；另外为了适应不同采样速率和基波频率，简化计算过程，针对不同采样率数据进行插值处理，以满足计算要求；假设从ECT、EPT得到的采样频率4 000 Hz的数字量，针对电压闪变测量，对原每周波80个采样点数据进行插值或抽取，进行电压闪变计算。因此需进行采样二次插值，该方法使IED的适用性增强，且实现方法灵活多样。 插值方法步骤如下所述。

（1）将ECT、EPT采样得到的每周波80个采样点记为：，其采样值记为：；所需插值得到的每周波8个采样点（采样频率400 Hz）记为：，其采样值为：。

（2） 根据基波频率得到要求的采样数据时间间隔，且根据基波频率将每一周波分为8个间隔；设fs为合并单元采样频率，采样周期为Ts，采样序列为。 6 结语

该文在Matlab/Simulink中搭建了闪变仪模型，并将其数字化，采用统计排序法计算电压闪变值，并介绍了数字化变电站中数据处理的方法。仿真结果表明，该文所搭建模型可以准确地计算电网电压波动和闪变，证明了该文所搭建模型的准确性。并在数字化变电站电压闪变测量中得到实际应用和验证，对电压波动和闪变的检测技术研究和提高电能质量监测水平具有重要意义，值得进一步研究与探索。 参考文献

[1] 肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京：中国电力出版社，2012. [2] 郭晓丽.电压波动与闪变的检测与分析[D].南京理工大学，2004.

[3] 郭上华，黄纯，王磊，等.电压波动与闪变的检测与控制方法[J].继电器，2004，32（3）：45-48.

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[4] M. M. Morcos， J. C. Gomez. Flicker Sourses and Mitigation[J].IEEE Power Engineering Review，2002（2）：5-11.

[5] 白先红.IEC闪变仪的数字化实现的研究[D].河海大学，2004. [6] GB/T/12326-2008，电能质量电压波动和闪变[S].2008.

[7] 李俊秀.电压闪变检测方法的研究与仿真[J].自动化仪表，2011（11）：59-61，65. [8] 彭博，周勇，史三省.电压波动与闪变的测量方法研究[J].自动化仪表，2012，33（6）：67-69，72.

[9] 高师湃，李群湛，贺建闽.基于IEC标准的闪变测试系统研究[J].电力自动化设备，2003，23（7）：27-30.

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