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(diào)幅波和矩形調(diào)幅波計(jì)算經(jīng)模型知簡化框圖后信號的變化過程和產(chǎn)生的影響。最后提出采用數(shù)字處理技術(shù)對IEC閃變儀模型的框3輸出的波形直接計(jì)算閃變值，即保證了調(diào)幅波的溯源性，又不影響電壓波動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】閃變 溯源性 調(diào)幅波 濾波 CPF統(tǒng)計(jì)

電壓波動(dòng)和閃變是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，在閃變檢測技術(shù)和評估方面，國家標(biāo)準(zhǔn)也是借鑒了國際電工委員會（IEC）所提出的閃變設(shè)計(jì)規(guī)范，即IEC閃變儀模型簡化框圖。本文通過計(jì)算對IEC閃變儀模型簡化框圖中進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)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(gòu)造框架圖可由GB/T 12326-2008推薦的模型進(jìn)行簡化。閃變測量儀在整個(gè)處理過程中均采用數(shù)字化處理。閃變測量的構(gòu)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(shí)際信號的電壓原始波形，可認(rèn)為是由一個(gè)調(diào)幅波調(diào)制在載頻為工頻上的正弦信號。

將框1輸入信號進(jìn)行模數(shù)變換后，得到波形信號數(shù)據(jù)序列，只需滿足采樣定理，波形即可恢復(fù)，因此，框1中通過自檢后的信號具有溯源性。

3 解調(diào)加權(quán)濾波后溯源性分析

框2解調(diào)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(yùn)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(quán)濾波，它模擬了人眼對于不同的波動(dòng)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(yīng)的8.8Hz的正弦波電壓，即對波動(dòng)值做歸一化處理。通過框3后的數(shù)據(jù)進(jìn)行反變換，即可恢復(fù)為時(shí)域波形。采用數(shù)字處理的流程，可以直接通過對圖1框3輸出的波形進(jìn)行分析，對測量周期內(nèi)的所有瞬時(shí)閃變值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，完成閃變值和電壓波動(dòng)計(jì)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(yùn)算后通過一階低通濾波輸出，一階低通濾波通常設(shè)置為時(shí)間300ms常數(shù)的平滑。信號變化的幅度從轉(zhuǎn)折頻率開始，按頻率增加倍數(shù)而減小相應(yīng)的幅值變化倍數(shù)。若假設(shè)調(diào)制信號為單一頻率的正弦信號g（t）=msin2πft。m為做過視覺加權(quán)處理后的幅值，f為調(diào)制頻率。如果取f=8.8Hz，倍頻后為17.6Hz。如果這個(gè)信號通過300ms時(shí)間常數(shù)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(diào)幅波信號經(jīng)圖1框4后其溯源性已被破壞。

4.1 正弦調(diào)幅波溯源性分析

設(shè)圖1中框2的輸出式5中調(diào)幅波信號s2（t）=msin2πft，經(jīng)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(shù)k存在，得不同的k值下再經(jīng)框5做CPF統(tǒng)計(jì)分析。不同頻數(shù)的正弦調(diào)制信號，經(jīng)300ms時(shí)間常數(shù)濾波的作用，得到不同的結(jié)果閃變值結(jié)果，除了溯源性被破壞外，還影響CPF統(tǒng)計(jì)值。

4.2 矩形調(diào)幅波溯源性分析

矩形調(diào)幅波具有比較多的高頻分量，結(jié)合MATLAB軟件，對圖1的模型進(jìn)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(jīng)300ms時(shí)間常數(shù)濾波后的輸出，曲線5為對曲線4做的CPF統(tǒng)計(jì)曲線。由圖2中圖（2-a）分析，框3的加權(quán)濾波，明顯會畸變方波調(diào)制下的原始波形，調(diào)制頻率不同，則得到的加權(quán)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(jīng)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(tǒng)計(jì)曲線是在描述曲線4的情況，其中統(tǒng)計(jì)用的曲線數(shù)據(jù)只用到紅框內(nèi)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，沒有溯源的跡象。

5 總結(jié)

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(diào)幅波和矩形調(diào)幅波計(jì)算經(jīng)模型知簡化框圖后信號的變化過程和產(chǎn)生的影響。最后提出采用數(shù)字處理技術(shù)對IEC閃變儀模型的框3輸出的波形直接計(jì)算閃變值，即保證了調(diào)幅波的溯源性，又不影響電壓波動(dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1]孫樹勤.電壓波動(dòng)與閃變[M].北京：中國電力出版社，1999.

[2]邵振國，吳丹岳，林炎.波動(dòng)負(fù)荷的閃變危害評估[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009（14）.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB/T12326-2008.電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變[S].出版地：北京，2008-6-18.

[4]葉新坤.電壓的閃變檢測算法的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2015.