电能质量闪变检测溯源性问题分析

韩金尅+韩雄辉+梁敬

摘 要

本文分析了IEC闪变仪模型各简化框图溯源性问题。分别采用正弦调幅波和矩形调幅波计算经模型知简化框圖后信号的变化过程和产生的影响。最后提出采用数字处理技术对IEC闪变仪模型的框3输出的波形直接计算闪变值，即保证了调幅波的溯源性，又不影响电压波动。

【关键词】闪变 溯源性 调幅波 滤波 CPF统计

电压波动和闪变是衡量电能质量的一个重要指标，在闪变检测技术和评估方面，国家标准也是借鉴了国际电工委员会（IEC）所提出的闪变设计规范，即IEC闪变仪模型简化框图。本文通过计算对IEC闪变仪模型简化框图中进行了分析，发现了IEC闪变仪模型简化框图存在闪变信号溯源性问题。

1 闪变仪模型简化框架

闪变测量的构造框架图可由GB/T 12326-2008推荐的模型进行简化。闪变测量仪在整个处理过程中均采用数字化处理。闪变测量的构造简化框架图如图1所示。

2 自检信号溯源性分析

自检信号为图1中框1，输入适配自检信号的输出为实际信号的电压原始波形，可认为是由一个调幅波调制在载频为工频上的正弦信号。

将框1输入信号进行模数变换后，得到波形信号数据序列，只需满足采样定理，波形即可恢复，因此，框1中通过自检后的信号具有溯源性。

3 解调加权滤波后溯源性分析

框2解调器的作用是将信号通过非线性处理，IEC推荐方法为对电压信号平方运算，得到，

通过0.05Hz～35Hz的带通滤波器，滤去其中的直流分量以及载波高频分量，由于f2（t）为高阶小分量，故可以忽略。

图1框3为带通加权滤波，它模拟了人眼对于不同的波动电压所造成的电压闪变的感知特性，将波形信号频率为f的正弦波等效归并为与之相对应的8.8Hz的正弦波电压，即对波动值做归一化处理。通过框3后的数据进行反变换，即可恢复为时域波形。采用数字处理的流程，可以直接通过对图1框3输出的波形进行分析，对测量周期内的所有瞬时闪变值进行统计，完成闪变值和电压波动计算。

4 平方一阶低通滤波溯源性分析

图1框4是对s3（t）信号做平方运算后通过一阶低通滤波输出，一阶低通滤波通常设置为时间300ms常数的平滑。信号变化的幅度从转折频率开始，按频率增加倍数而减小相应的幅值变化倍数。若假设调制信号为单一频率的正弦信号g（t）=msin2πft。m为做过视觉加权处理后的幅值，f为调制频率。如果取f=8.8Hz，倍频后为17.6Hz。如果这个信号通过300ms时间常数的一阶低通，有15倍左右的频程，信号将衰减30dB，如果频率f选择为1Hz，则信号几乎没有衰减；如果f选择为15Hz，则信号会有60倍的衰减。信号因频率又被处理了一次，因此，调幅波信号经图1框4后其溯源性已被破坏。

4.1 正弦调幅波溯源性分析

设图1中框2的输出式5中调幅波信号s2（t）=msin2πft，经图1框4做平方并一阶低通滤波，代入公式（4）中。由于衰减系数k存在，得不同的k值下再经框5做CPF统计分析。不同频数的正弦调制信号，经300ms时间常数滤波的作用，得到不同的结果闪变值结果，除了溯源性被破坏外，还影响CPF统计值。

4.2 矩形调幅波溯源性分析

矩形调幅波具有比较多的高频分量，结合MATLAB软件，对图1的模型进行处理，到图2曲线。

图2中，曲线1为框2输出，曲线2为框3的输出，曲线3为框4平方后的输出，曲线4为框4种经300ms时间常数滤波后的输出，曲线5为对曲线4做的CPF统计曲线。由图2中图（2-a）分析，框3的加权滤波，明显会畸变方波调制下的原始波形，调制频率不同，则得到的加权滤波后的波形就不同，图（2-b）中，对曲线2做平方得到曲线3的波形，经滤波后得到曲线4波形。滤波器压缩了最大变化率的幅度。图（2-c）中的CPF统计曲线是在描述曲线4的情况，其中统计用的曲线数据只用到红框内的部分数据，没有溯源的迹象。

5 总结

本文分析了IEC闪变仪模型各简化框图溯源性问题。分别采用正弦调幅波和矩形调幅波计算经模型知简化框图后信号的变化过程和产生的影响。最后提出采用数字处理技术对IEC闪变仪模型的框3输出的波形直接计算闪变值，即保证了调幅波的溯源性，又不影响电压波动。

参考文献

[1]孙树勤.电压波动与闪变[M].北京：中国电力出版社，1999.

[2]邵振国，吴丹岳，林炎.波动负荷的闪变危害评估[J].电力系统保护与控制，2009（14）.

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