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電力系統中具有沖擊性(快速變動(dòng))功率的負荷會(huì )引起電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和閃變，引起許多電工設備不能正常工作．嚴重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量。因此，對電壓波動(dòng)和閃變的準確測量顯得越來(lái)越重要。 國際電工委員會(huì )(IEC)給出了閃變測量和評估的國際統一規范，但IEC并未給出其具體實(shí)現方法。本文應用虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabWindows／CVI開(kāi)發(fā)了基于IEC閃變測量原理的閃變測量模塊，經(jīng)驗證測量精度完全滿(mǎn)足IEC標準。 1 IEC閃變測量原理 IEC推薦的閃變儀原理框圖如圖1所示。輸入量為電壓信號，經(jīng)過(guò)框1至框4的濾波器處理后獲得輸出信號瞬時(shí)閃變視感度S(t)，該信號反映了電壓波動(dòng)引起燈光閃爍對人視覺(jué)的影響。對S(t)進(jìn)行在線(xiàn)或者離線(xiàn)統計評定后，便可得出短時(shí)閃變值Pst或長(cháng)時(shí)閃變值Plt。 2 IEC閃變儀中濾波器參數的確定 IEC推薦的閃變儀框圖中框1的功能是將輸入信號進(jìn)行平方，送入框2中，用0．05 Hz～35 Hz濾波器濾去直流分量和工頻及以上的頻率分量。濾波器由一個(gè)0．05 Hz高通濾波器和35 Hz低通濾波器串聯(lián)實(shí)現。 0．05 Hz高通濾波器的傳遞函數為： 框3中的視感度加權濾波器的傳遞函數為： 框4中一階低通濾波器的功能是模擬人腦神經(jīng)對視覺(jué)的反映和記憶效應，其傳遞函數為： 式(4)中τ=300 ms。 在數字系統中實(shí)現上述濾波器需要將其數字化，通常有脈沖響應不變法和雙線(xiàn)性變換法。本設計中采用雙線(xiàn)性變換法，利用MATLAB中的變換函數： [NUMd，DENd]=BILINEAR(NUM，DEN，Fs)便可以實(shí)現。例如將35 Hz巴特沃斯低通濾波器由模擬濾波器轉換為數字濾波器的MATLAB程序為： 其中n和d分別為模擬濾波器傳遞函數的分子和分母系數，本設計采用的采樣頻率為3 200 Hz，運行后得到的Nd和Dd即是數字濾波器的分子分母系數。 3 IEC閃變儀軟硬件實(shí)現 電壓閃變測量模塊硬件結構如圖2所示，電網(wǎng)電壓經(jīng)過(guò)互感器板后將高電壓降為-5 V～+5 V之間的低電壓信號，然后送入采集卡進(jìn)行AD轉換，轉換后的數字量送入工控機進(jìn)行分析計算，最終得到閃變值。 按照國標規定，計算短時(shí)閃變需要不問(wèn)斷測量10分鐘，即600秒，由于濾波器的收斂需要一定時(shí)間，如圖3所示，所以本設計每計算一次短時(shí)閃變需進(jìn)行不問(wèn)斷測量650秒，在計算閃變值時(shí)丟棄掉前50秒數據，以保證濾波器此時(shí)已經(jīng)收斂到穩態(tài)值。經(jīng)MATLAB仿真，上述所用濾波器在30秒時(shí)就已經(jīng)進(jìn)入穩態(tài)，為了保證計算的精確，本設計采用了50秒以后的數據。 閃變汁算時(shí)用到的濾波器實(shí)現時(shí)采用了LabWindows／CVI提供的濾波器函數IIRFiltering()，給出數字濾波器系統函數分子和分母多項式系數后，IIRFiltering()函數便可以對輸人數據進(jìn)行IIR濾波。對數據進(jìn)行處理的功能函數如下所示，此函數完成的功能是對采集的一包數據進(jìn)行處理，處理后便可得到視感度曲線(xiàn)S(t)。本設計中采樣頻率為3 200 Hz，一包數據4個(gè)周波，所以每包數據中有256個(gè)數據。其中LPa、LPb為35 Hz低通濾波器系統函數的分子分母系數，LPx和LPy為濾波器收斂后的初始條件。 得到視感度曲線(xiàn)S(t)后，按照IEC推薦的方法，需要對其進(jìn)行等周期采樣，分級計時(shí)，計算累積概率函數CPF，根據CPF最后得到短時(shí)間閃變值Pst及長(cháng)時(shí)間閃變值Plt。Pst計算公式為： 按照IEC的規定，連續測量2個(gè)小時(shí)，得到6個(gè)短時(shí)間閃變值后便可以計算長(cháng)時(shí)間閃變值Plt。 4 檢驗數據 IEC在給出閃變測量模型的同時(shí)，也給出了閃變測試儀的校驗標準，如表1所示。當輸入表中規定值的矩形調幅波時(shí)，要求測得 Pst="14-0"．05。為了對本設計進(jìn)行驗證，按照IEC給出的校驗方法進(jìn)行了測試，表1中第三列即為在采樣頻率fs=3 200 Hz的條件下測得的短時(shí)閃變值，可以看出其誤差均在IEC規定的范圍內，符合IEC的標準。 5 結論 本文按照IEC推薦的閃變測量方法，結合虛擬儀器設計思想，在LabWindows／CVI開(kāi)發(fā)平臺上開(kāi)發(fā)了電壓閃變測量模塊，作為電能質(zhì)量分析系統的一部分，經(jīng)仿真和實(shí)際應用檢驗，計算精度完全符合IEC的標準。 |
