電壓波動與閃變檢測方法的研究與仿真

王紅星 陳歆技

摘 要：由于電氣化鐵路、大型鋼鐵冶煉等沖擊性負荷的不斷接入，引起電網嚴重的電壓波動和閃變，對電網電能質量產生嚴重影響，因此對電壓波動和閃變的研究和采取何種方法保證電網電能質量已成為研究的重點之一。要對電壓波動與閃變進行有效抑制，首要任務是準確地提取波動信號，該文采用平方檢測濾波，介紹了IEC推薦閃變儀的結構與各環節作用，并用MATLAB進行仿真，證明了IEC閃變儀的確有效。

關鍵詞：電壓波動 閃變 濾波 閃變儀

中圖分類號：TM74 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）12（a）-0054-05

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 IECs flicker meter， introduced the principle of IECs flicker meter， and simulated the effect of voltage fluctuation inspection through the tool of matlab.

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

電壓波動與閃變是電力系統電能質量的一項重要指標，主要由波動性、沖擊性負荷劇烈變動造成。電壓波動和閃變會對許多電氣設備的正常運行產生影響，嚴重時會直接造成設備無法正常生產并造成一定的經濟損失。并且直接影響照明燈具的閃爍，對工作生活造成不利的影響。因此，對電壓波動與閃變進行檢測并進行抑制研究具有重要意義[1]。

1 電壓波動與閃變的檢測

針對電壓波動與閃變進行研究，首先就是要準確地實現對波動電壓的檢測提取。一般認為波動電壓是以工頻額定電壓為載波、電壓波動分量調制的調幅波，電壓波動分量的頻率范圍為 Hz。

2 電壓閃變儀的結構

根據IEC的定義，閃變是由于電網電壓的波動，引起的燈光閃爍對人眼視感產生的反應。它不僅和電壓波動大小有關，而且和波動的頻率（即對工頻電壓的調幅頻率）、照明燈具的性能及人的視感因素有關。因此，要獲得閃變值，就必須在取得電壓波動信號的基礎上，根據人眼視感度曲線進行相應處理。國際電工委員會（IEC）依據1982年國際電熱協會（UIE）的推薦，給出了檢測電壓閃變的設計規范，其框圖如圖1所示[2]。

IEC閃變儀由6部分構成。框1～框6的作用具體如下所述。

框1為信號輸入，用于將被測電壓轉換成適合儀器的電壓數值。

4 IEC閃變模型的仿真

4.1 仿真模型設計

該文以工頻正弦電壓作載體，利用調幅波進行調制的方式進行設計。調幅波參數： π

式中為載波幅值，Hz。

K為標定系數，標定目標是在上述疊加電壓輸入時，使的輸出值為1。n為調整系數，用于輸出信號幅值調整。系統仿真框圖如圖2所示。

各主要部分簡述如下所述。

（1）將調制后的電壓進行平方處理；

（2）（3）信號通過0.05～35 Hz的帶通濾波器，濾除信號中的直流分量和高頻分量；

（4）～（9）通過視感度加權濾波、平方、系數修正等環節，模擬人腦神經對視覺的反映和記憶效應。實現電壓波動和閃變的檢測。

4.2 仿真結果

根據IEC標準建立Matlab/Simulink仿真系統模型如圖3所示。

為了驗證模型的準確性，對其進行仿真實驗。取工頻載波頻率50 Hz，幅值230 V的正弦波，調幅波為頻率8.8 Hz，波動值0.25%的正弦波，各仿真波形圖如圖4～8所示。

仿真結果表明，輸入的調幅波與通過模型處理和計算檢測出來的調幅波基本相同。因此該文的IEC電壓閃變儀模型是正確的，即在輸入標準8.8 Hz中心頻率的信號時，利用文中設計的傳遞函數和閃變儀模型，可以檢測出電壓閃變。

進一步對照IEC推薦的閃變儀校驗數據，通過統計排序法計算。統計排序法無需做出CPF曲線，即可通過離散的瞬時閃變值快速計算出10 min的閃變值。統計排序法的流程圖如圖9所示。

根據IEC校驗規則仿真計算結果如表1所示。

從結果中可以看出，該文所搭建的IEC閃變儀數字化模型檢測出短時間閃變值P st 的相對誤差都小于5%，效果良好，滿足國家標準對電壓波動與閃變檢測誤差的規定。

5 數字化變電站中電壓閃變計算問題

基于數字化變電站系統中ECT、EPT采樣率為4 000 Hz或10 000 Hz，而電壓閃變需要的采樣頻率為400 Hz以上即可，因此，需要將4 000 Hz的采樣率即每周波80點的采樣值序列插值變換為每周波8點采樣值系列，然后進行電壓閃變計算；另外為了適應不同采樣速率和基波頻率，簡化計算過程，針對不同采樣率數據進行插值處理，以滿足計算要求；假設從ECT、EPT得到的采樣頻率4 000 Hz的數字量，針對電壓閃變測量，對原每周波80個采樣點數據進行插值或抽取，進行電壓閃變計算。因此需進行采樣二次插值，該方法使IED的適用性增強，且實現方法靈活多樣。

插值方法步驟如下所述。

（1）將ECT、EPT采樣得到的每周波80個采樣點記為：，其采樣值記為：；所需插值得到的每周波8個采樣點（采樣頻率400 Hz）記為：，其采樣值為：。

（2） 根據基波頻率得到要求的采樣數據時間間隔，且根據基波頻率將每一周波分為8個間隔；設fs為合并單元采樣頻率，采樣周期為Ts，采樣序列為。

6 結語

該文在Matlab/Simulink中搭建了閃變儀模型，并將其數字化，采用統計排序法計算電壓閃變值，并介紹了數字化變電站中數據處理的方法。仿真結果表明，該文所搭建模型可以準確地計算電網電壓波動和閃變，證明了該文所搭建模型的準確性。并在數字化變電站電壓閃變測量中得到實際應用和驗證，對電壓波動和閃變的檢測技術研究和提高電能質量監測水平具有重要意義，值得進一步研究與探索。

參考文獻

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