電能質量閃變檢測溯源性問題分析

韓金尅+韓雄輝+梁敬

摘 要

本文分析了IEC閃變儀模型各簡化框圖溯源性問題。分別采用正弦調幅波和矩形調幅波計算經模型知簡化框圖后信號的變化過程和產生的影響。最后提出采用數字處理技術對IEC閃變儀模型的框3輸出的波形直接計算閃變值，即保證了調幅波的溯源性，又不影響電壓波動。

【關鍵詞】閃變 溯源性 調幅波 濾波 CPF統計

電壓波動和閃變是衡量電能質量的一個重要指標，在閃變檢測技術和評估方面，國家標準也是借鑒了國際電工委員會（IEC）所提出的閃變設計規范，即IEC閃變儀模型簡化框圖。本文通過計算對IEC閃變儀模型簡化框圖中進行了分析，發現了IEC閃變儀模型簡化框圖存在閃變信號溯源性問題。

1 閃變儀模型簡化框架

閃變測量的構造框架圖可由GB/T 12326-2008推薦的模型進行簡化。閃變測量儀在整個處理過程中均采用數字化處理。閃變測量的構造簡化框架圖如圖1所示。

2 自檢信號溯源性分析

自檢信號為圖1中框1，輸入適配自檢信號的輸出為實際信號的電壓原始波形，可認為是由一個調幅波調制在載頻為工頻上的正弦信號。

將框1輸入信號進行模數變換后，得到波形信號數據序列，只需滿足采樣定理，波形即可恢復，因此，框1中通過自檢后的信號具有溯源性。

3 解調加權濾波后溯源性分析

框2解調器的作用是將信號通過非線性處理，IEC推薦方法為對電壓信號平方運算，得到，

通過0.05Hz～35Hz的帶通濾波器，濾去其中的直流分量以及載波高頻分量，由于f2（t）為高階小分量，故可以忽略。

圖1框3為帶通加權濾波，它模擬了人眼對于不同的波動電壓所造成的電壓閃變的感知特性，將波形信號頻率為f的正弦波等效歸并為與之相對應的8.8Hz的正弦波電壓，即對波動值做歸一化處理。通過框3后的數據進行反變換，即可恢復為時域波形。采用數字處理的流程，可以直接通過對圖1框3輸出的波形進行分析，對測量周期內的所有瞬時閃變值進行統計，完成閃變值和電壓波動計算。

4 平方一階低通濾波溯源性分析

圖1框4是對s3（t）信號做平方運算后通過一階低通濾波輸出，一階低通濾波通常設置為時間300ms常數的平滑。信號變化的幅度從轉折頻率開始，按頻率增加倍數而減小相應的幅值變化倍數。若假設調制信號為單一頻率的正弦信號g（t）=msin2πft。m為做過視覺加權處理后的幅值，f為調制頻率。如果取f=8.8Hz，倍頻后為17.6Hz。如果這個信號通過300ms時間常數的一階低通，有15倍左右的頻程，信號將衰減30dB，如果頻率f選擇為1Hz，則信號幾乎沒有衰減；如果f選擇為15Hz，則信號會有60倍的衰減。信號因頻率又被處理了一次，因此，調幅波信號經圖1框4后其溯源性已被破壞。

4.1 正弦調幅波溯源性分析

設圖1中框2的輸出式5中調幅波信號s2（t）=msin2πft，經圖1框4做平方并一階低通濾波，代入公式（4）中。由于衰減系數k存在，得不同的k值下再經框5做CPF統計分析。不同頻數的正弦調制信號，經300ms時間常數濾波的作用，得到不同的結果閃變值結果，除了溯源性被破壞外，還影響CPF統計值。

4.2 矩形調幅波溯源性分析

矩形調幅波具有比較多的高頻分量，結合MATLAB軟件，對圖1的模型進行處理，到圖2曲線。

圖2中，曲線1為框2輸出，曲線2為框3的輸出，曲線3為框4平方后的輸出，曲線4為框4種經300ms時間常數濾波后的輸出，曲線5為對曲線4做的CPF統計曲線。由圖2中圖（2-a）分析，框3的加權濾波，明顯會畸變方波調制下的原始波形，調制頻率不同，則得到的加權濾波后的波形就不同，圖（2-b）中，對曲線2做平方得到曲線3的波形，經濾波后得到曲線4波形。濾波器壓縮了最大變化率的幅度。圖（2-c）中的CPF統計曲線是在描述曲線4的情況，其中統計用的曲線數據只用到紅框內的部分數據，沒有溯源的跡象。

5 總結

本文分析了IEC閃變儀模型各簡化框圖溯源性問題。分別采用正弦調幅波和矩形調幅波計算經模型知簡化框圖后信號的變化過程和產生的影響。最后提出采用數字處理技術對IEC閃變儀模型的框3輸出的波形直接計算閃變值，即保證了調幅波的溯源性，又不影響電壓波動。

參考文獻

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