电压波动与闪变检测方法的研究与仿真

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科技资讯2015 NO.34SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程

54科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION电压波动与闪变是电力系统电能质量的一项重要指标,主要由波动性、冲击性负荷剧烈变动造成。电压波动和闪变会对许多电气设备的正常运行产生影响,严重时会直接造成设备无法正常生产并造成一定的经济损失。并且直接影响照明灯具的闪烁,对工作生活造成不利的影响。因此,对电压波动与闪变进行检测并进行抑制研究具有重要意义[1]。1 电压波动与闪变的检测针对电压波动与闪变进行研究,首先就是要准确地实现对波动电压的检测提取。一般认为波动电压是以工频额定电压为载波、电压波动分量调制的调幅波,电压波动分量的频率范围为 0.05~35Hz。为了简化分析,电压波动的检测方法可分析某单一频率的调幅波对工频载波的调制,工频电压u(t)的瞬时值解析式为: 1cosutAmtcost (1)式(1)中: A为工频载波电压的幅值;为工频载波电压的角频率;m为调幅波电压的幅值系数; 为调幅波电压的角频率; cosmt为波动电压。2 电压闪变仪的结构根据IEC的定义,闪变是由于电网电压的波动,引起的灯光闪烁对人眼视感产生的反应。它不仅和电压波动大小有关,而且和波动的频率(即对工频电压的调幅频率)、照明灯具的性能及人的视感因素有关。因此,要获得闪变值,就必须在取得电压波动信号①作者简介：王红星(1974—),男,江苏南京人,研究生，电气工程专业,高级工程师,长期从事电磁兼容和电能质量、智能电网等工作。DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2015.34.054电压波动与闪变检测方法的研究与仿真①王红星1 陈歆技2(1.江苏方天电力技术有限公司江苏南京 211102;2.东南大学电气工程学院江苏南京 210000)摘要:由于电气化铁路、大型钢铁冶炼等冲击性负荷的不断接入,引起电网严重的电压波动和闪变,对电网电能质量产生严重影响,因此对电压波动和闪变的研究和采取何种方法保证电网电能质量已成为研究的重点之一。要对电压波动与闪变进行有效抑制,首要任务是准确地提取波动信号,该文采用平方检测滤波,介绍了IEC推荐闪变仪的结构与各环节作用,并用MATLAB进行仿真,证明了IEC闪变仪的确有效。关键词:电压波动闪变滤波闪变仪中图分类号:TM74文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)12(a)-0054-05The Research on Simulation of Detection MethodforVoltage Fluctuation and FlickerWang Hongxing1 Chen Xinji2(1.Jiangsu Frontier Electric Technology Co. LTM,Nanjing Jiangsu,211102,China;2.School of Electric Engineering, SoutheastUniversity, Nanjing Jiangsu,210000,China)Abstract:The impact load suddenly increased issue has caused serious voltage fluctuation and flicker of power grid, impactedthe power quality . So it becomes one of the key researchest to study the voltage fluctuation and flicker. First of all, weshould extract the fluctuation signal. This paper adopt the method of square detection filter,mostly studies the realization ofIEC’s flicker meter, introduced the principle of IEC’s flicker meter, and simulated the effect of voltage fluctuationinspection through the tool of matlab.Key Words:Voltage fluctuation;Flicker;Filter;Flicker meter

55 科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION cosvtmt的基础上,根据人眼视感度曲线进行相应处理。国际电工委员会(IEC)依据1982年国际电热协会(UIE)的推荐,给出了检测电压闪变的设计规范,其框图如图1所示[2]。IEC闪变仪由6部分构成。框1～框6的作用具体如下所述。框1为信号输入,用于将被测电压转换成适合仪器的电压数值。框2模拟灯的作用,采用平方检测法,从信号中分离出反映电压波动的调幅波。 22222222222222222212coscoscost1cos1cos22222cos2cos248cos2cos282cos222utAmtmtAmAmAmttAmAmttAmAmttAmt (2)从式(2)中可以看到, 2ut除了含有直流分量 22122Am,调幅波分量 2cosAmt,还有以下高频分量: 2t, 2t, 2t, 2t。框3模拟人眼的频率选择特性。为一个0.05～0.35Hz的带通滤波器,可以有效去除信号中包含的直流分量和二倍工频及以上高频分量。框4为视感度加权滤波,物理特性是将频率为f的正弦波电压归算成与闪变等效的8.8Hz的正弦波电压。框5主要模拟人脑神经对视觉的反映和记忆效应。框6为数据处理。将数据归算为便于度量的短时间电压闪变 stP和长时间电压闪变 ltP。 0.11310500.03140.05250.06570.280.08stPPPPPP (3)3 IEC

电压闪变模型的数字化

选用双线性变换法将模拟化滤波器转换为数字化滤波器。

56科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION转换到Z域,程序语句为: ,,,numddendbilinearnumdenfs (4)其中,num为模拟滤波器的分子系数矩阵, den为模拟滤波器的分母系数矩阵, numb为数字滤波器的分子系数矩阵, dend为数字滤波器的分母系数矩阵,均按照降幂排序。 fs为变换用的采样频率。电压波动和闪变主要针对的是35Hz以下的低频波动,并且要求测量时间为10min数据进行计算。在采样频率选取时,综合考虑有效采样率、计算数据量、滤波器参数误差和测量误差等因素,该文取采样频率为400Hz为例。用此方法得到的各数字滤波器的传递函数如下所述。3.1 高通滤波器传递函数

高通滤波器的截止频率为0.05

Hz,主要是抑制信号中的直流成分,传递函数为: (5)3.2 低通滤波器传递函数低通滤波器的截止频率为35Hz,主要是抑制信号中高于35Hz的高频分量,传递函数为: (6)3.3 视感度加权滤波器传递函数闪变计算的中心频率为8.8Hz,通过加权滤波器,将其他频率的电压转换为8.8Hz的正弦电压,其传递函数为: (7)

(8)

3.4 一阶低通滤波器传递函数

科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION模拟大脑的特性,对信号进行均衡化处理,传递函数为: (9)4 IEC闪变模型的仿真4.1 仿真模型设计该文以工频正弦电压作载体,利用调幅波进行调制的方式进行设计。调幅波参数:U002.0(t)TA2sin50πtfT式中0A为载波幅值,8.8TfHz。K为标定系数,标定目标是在上述叠加电压输入时,使 St的输出值为1。n为调整系数,用于输出信号幅值调整。系统仿真框图如图2所示。各主要部分简述如下所述。(1)将调制后的电压进行平方处理;(2)(3)信号通过0.05～35Hz的带通滤波器,滤除信号中的直流分量和高频分量;(4)～(9)通过视感度加权滤波、平方、系数修正等环节,模拟人脑神经对视觉的反映和记忆效应。实现电压波动和闪变的检测。4.2 仿真结果根据IEC标准建立Matlab/Simulink仿真系统模型如图3所示。为了验证模型的准确性,对其进行仿真实验。取工频载波频率50Hz,幅值230V的正弦波,调幅波为频率8.8Hz,波动值0.25%的正弦波,各仿真波形图如图4～8所示。仿真结果表明,输入的调幅波与通过模型处理和计算检测出来的调幅波基本相同。因此该文的IEC电压闪变仪模型是正确的,即在输入标准8.8Hz中心频率的信号时,利用文中设计的传递函数和闪变仪模型,可以检测出电压闪变。进一步对照IEC推荐的闪变仪校验数据,通过统计排序法计算 stP。统计排序法无需做出CPF曲线,即可通过离散的瞬时闪变值快速计算出10min的闪变值。统计排序法的流程图如图9所示。根据IEC校验规则仿真计算结果如表1所示。从结果中可以看出,该文所搭建的IEC闪变仪数字化模型检测出短时间闪变值Pst的相对误差都小于5%,效果良好,满足国家标准对电压波动与闪变检测误差的规定。5 数字化变电站中电压闪变计算问题基于数字化变电站系统中ECT、EPT采样率为4000Hz或10000Hz,而电压闪变需要的采样频率为400Hz以上即可,因此,需要将4000Hz的采样率即每周波80点的采样值序列插值变换为每周波8点采样值系列,然后进行电压闪变计算;另外为了适应不同采样速率和基波频率,简化计算过程,针对不同采样率数据进行插值处理,以满足计算要求;假设从ECT、EPT得到的采样频率4000Hz的数字量,针对电压闪变测量,对原每周波80个采样点数据进行插值或抽取,进行电压闪变计算。因此需进行采样二次插值,该方法使IED的适用性增强,且实现方法灵活多样。插值方法步骤如下所述。(1)将ECT、EPT采样得到的每周波80个采样点记为:8021,...,,...,,ttttn,其采样值记为:8021,...,,...,,xxxxn;所需插值得到的每周波8个采样点(采样频率400Hz)记为:'8''2'1,...,,...,,ttttn,其采样值为:。(2) 根据基波频率得到要求的采样数据时间间隔,且根据基波频率将每一周波分为8个间隔;设fs为合并单元采样频率,采样周期为Ts,采样序列为)80,,2,1(),()(kkTykys。设'f为所需要的采样频率,'T为相应的采样周期,则其理想的采样序列应该为:)8,,2,1(),()()('''kTffkykTykyss (10)若ssTffk'是整数,则进行数据抽取即可;不失普遍性,对于ssTffk'不是整数的情况,可以在其相邻的两点进行插值。设采样频率400 Hz 1minr %UU stP 误差 1 2.724 0.986 509 -0.013 491 2 2.211 1.003 550 0.003 550 7 1.459 0.999 843 -0.000 157 39 0.905 1.028 642 0.028 642 68 0.81 1.021 090 0.021 090 110 0.725 1.018 763 0.018 763 480 0.48 1.035 158 0.035 158 1 020 0.275 1.011 265 0.011 265 1 055 0.28 1.030 986 0.030 986 1 200 0.29 1.030 613 0.030 613 1 620 0.402 0.997 938 -0.002 062 2 400 0.81 1.047 643 0.047 643 2 875 1.04 1.042 720 0.042 720 4 000 2.343 0.960 800 -0.039 200 表1 IEC推荐的闪变仪检验数据仿真结果

GB／T2326-2008电能高质量电压波动和闪变

实用文档

标准文案电能质量电压波动和闪变

Power quality—Voltage fluctuation and flicker

GB12326—2000

代替GB12326—1990

前言

本标准是电能质量系列标准之一，目前已制定颁布的电能质量系列国家标准有：《供电电压允许偏差》（GB 12325—1990）；《电压允许波动和闪变》（GB 12326—1990）；《公用电网谐波》（GB/T 14549—1993）；《三相电压允许不平衡度》（GB/T 15543—1995）和《电力系统频率允许偏差》（GB/T 15945—1995）。

本标准参考了国际电工委员会（IEC）电磁兼容（EMC）标准IEC 61000-3-7等（见参考资料），对国标GB 12326—1990进行了全面的修订。

和GB 12326—1990相比，这次修订的主要内容有：

1）将系统电压按高压（HV）、中压（MV）和低压（LV）划分，分别规定了相关的限值，以及对用户指标的分配原则。

2）将国标中闪变指标由引用日本ΔV10改为IEC的短时间闪变Pst和长时间闪变Plt指标，以和国际标准接轨，并符合中国国情。

3）将电压波（变）动限值和变动频度相关联，使标准对此指标的规定更切合实际波动负荷对电网的干扰影响。

4）将原标准中以电压波（变）动为主，改为以闪变值为主（原标准中ΔV10均为推荐值），以和国际标准相对应。

5）对于单个用户闪变允许指标按其协议容量占总供电容量的比例分配，并根据产生干扰量及系统情况分三级处理（原标准中无此内容），既使指标分配较合理，又便于实际执行。

6）引入了闪变叠加、传递等计算公式，高压系统中供电容量的确定方法以及电压变动的计算和闪变的评估等内容，并给出一些典型的实例分析。

{品质管理品质知识}电能质量中闪变的测量

电能质量中闪变的测量第 6 页 2020-9-25

{品质管理品质知识}电能质量中闪变的测量电能质量中闪变的测量第 6 页 2020-9-25

波动影响最大，而且与白炽灯的瓦数和额定电压等有关；③人对闪变的主观视感等。研究表明，人眼对电压波动频率8.8Hz左右最为敏感。

2.2闪变的测量

2.2.1闪变的预测方法

早期电压闪变的研究主要是波动记录法，原理是测量出调幅电压中各个频率电压分量，然后据电压变化的幅度和频率，画出分布图，进而估计闪变值。它是一种近似的方法，结果不尽如人意。随着电弧炉容量的不断增加，人们发现电弧炉容量与电压闪变有直接的联系。实验证明电力系统能够接受的电弧炉容量大小取决于连接电弧炉变压器的连接点母线处的三相短路容量，在此基础上提出了互降常数预测闪变法和短路压降法，另外还有最大功率预测法。闪变的预测法只能大致的评估闪变，无法知道闪变的确切值是多少，只有在公共的供电处直接测量才能准确的知道闪变值的大小。

2.2.2闪变的直接测量

闪变的直接测量仪器主要有以下三种：

（1）英国的ERA闪变测量仪。它是在整流检波和一系列的滤波之后，对检测到的波动电压值求取1min的均方根值。

（2）法国的EDF闪变仪。该闪变仪以闪变剂量作为评价标准，闪变剂量定义如下：

在△t的时间内（△t=1min）

式中s(t)为波动电压信号；g(f)为人的眼脑对波动电压的反应。

（3）IEC推荐的闪变仪。后文将详细阐述其工作原理。

2.2.3闪变值的获得电能质量中闪变的测量第 6 页 2020-9-25

闪变的测量应用得最多的有3种方法：

①模拟式加权滤波器法，数字式加权滤波器法和频谱分析法。对于模拟滤波器法，它是采用模拟传递函数来实现，因而对硬件电路要求较高，设计复杂，二次开发也比较难；

②频谱分析法。是先利用快速傅里叶变换，获得0.1～35Hz之间各个频率谱线的幅值，然后再按视感度曲线上对应得各个频率分量上的视感度系数进行等效折算，计算误差较大；

光伏逆变器电压波动和闪变的计算方法

光伏发电是一种利用光能直接转变为电能的技术，其逆变器作为光伏系统的核心设备，对其性能要求较高。在光伏发电系统中，逆变器的稳定工作对于提高发电效率和保证电网安全运行至关重要。其中，光伏逆变器电压波动和闪变是逆变器性能评估的重要指标之一。

光伏逆变器电压波动指的是逆变器输出电压在短时间内的快速变化，通常用于描述电压的平稳性。而闪变则是指短时间内电压剧烈变化所导致的明显光照变化。对于光伏逆变器而言，如何准确计算电压波动和闪变成为了一项具有挑战性的任务。

在计算光伏逆变器电压波动和闪变时，可以采用不同的方法来进行评估。以下将从计算方法、影响因素和个人观点三个方面来探讨光伏逆变器电压波动和闪变的相关内容。

一、计算方法

1. 标准计算方法

根据国际电工委员会（IEC）发布的标准IEC 61000-2-46：2008，《电力系统对光伏电源系统的电磁兼容性通用指南 Part 2-46：光伏发电系统的评估方法》，可采用基于短时变化量的标准算法来计算光伏逆变器电压波动和闪变。该标准算法通过对电压波动和闪变事件的时间、幅值和频率进行统计分析，得出评估值，从而评估光伏逆变器的性能稳定性。

2. 数值模拟方法

除了标准算法，还可以采用数值模拟方法来计算光伏逆变器电压波动和闪变。通过建立逆变器的数学模型，结合光照条件和电网工况等影响因素，进行总体仿真和分时仿真，得出电压波动和闪变的计算结果。数值模拟方法在较为复杂或特定工况下能够提供更精确的评估结果，有助于深入理解逆变器的性能表现。

二、影响因素

在光伏逆变器电压波动和闪变的计算中，有一些影响因素需要特别考虑。其中主要包括光照条件、逆变器输出功率、并网点容量和工作状态等。在实际运行中，光伏逆变器在不同的环境和工况下可能出现不同程度的电压波动和闪变，因此需要对这些因素进行综合考虑，才能够准确评估其性能。

三、个人观点

光伏逆变器电压波动和闪变的计算方法需要综合考虑标准算法和数值模拟方法，并结合实际影响因素进行评估。在实际工程应用中，可以根据具体情况选择合适的计算方法，以保证光伏逆变器的稳定工作。对于未来的发展，我认为需要进一步深入研究光伏逆变器电压波动和闪变的计算方法，以适应不断变化的光伏发电环境和要求。

IEC闪变测试系统的仿真研究

羹　量坌　ｓｈｅｊｉ　ｙｕ　Ｆｅｎｘ　ＩＥＣ闪变测试系统的仿真研究　王鑫　（中国南方电网超高压输电公司贵阳局，贵州贵阳５５００００）　摘要：通过研究国际电工委员会（ＩＥＣ）闪变仪测量的原理，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真平台上建立了ＩＥＣ闪变仪的测量模型，通过对　实验数据的仿真分析，指出了ＩＥＣ闪变测试模拟系统在小于２．５　Ｈｚ低频段存在误差，并对闪变仪在低频段产生误差的原因进行了分析。　关键词：闪变仪；ＩＥＣ：电能质量；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　０　引言　随着我国国民经济的发展，电力网负荷急剧增加，特别是冲　击性、非线性负荷所占比重不断加大，使电网电压产生波动和闪　变，严重影响了电网的电能质量。电压闪变问题越来越引起人们　的注意［　］。目前，有代表性的闪变测量仪有３种［３］，分别为　英国的ＥＲＡ电弧炉闪变仪、日本的△Ｖ１０闪变仪及由ＩＥＣ和　国际电热协会（ＵＩＥ）推荐的闪变仪。而我国照明电压为２２０Ｖ，　与ＩＥＣ／ＵＩＥ推荐的采用２３０　Ｖ照明电压、６０　ｗ白炽灯的闪　变试验比较接近，且在ＩＥＣ闪变测试系统［４　中应用短时间　闪变值和长时间闪变值来评估电网闪变的强弱也更加科学　和准确。但ＩＥＣ推荐的闪变仪测量原理只给出了原理框图　和设计规范，并未给出具体的实现方法。本文借助Ｍａｔ１ａｂ及　其仿真工具，搭建ＩＥＣ闪变测试系统模型，并按照ＩＥＣ推荐　标准和试验条件，对所建立的闪变测量的模拟系统进行了　验证。　１　电压波动的同步检测方法　电压波动是以工频电压为载波，其电压的峰值或方均根值　受到以电压波动分量作为调幅波的调制而形成的［５］。对于任意　波形的调幅波均可看作是一组正弦分量的合成。如式（１）所示：　动频率的倍频分量，但由于ｍ　非常小，故可以将倍频分量略　去。因此，若已知相对电压波动值为ｄ，且调幅波为正弦波，则　由ｍ＝ｄ／２，便可得到调幅波　（ｆ）为：　（ｆ）≈Ｕ￣ｃｏｓｏ）　ｔ＝Ｏ．５Ｕ２ｄｃｏｓ￣ｏ　ｔ　（４）　２　ＩＥＣ推荐的闪变测量模型　图１说明了闪变测试仪的基本原理和工作过程，其中各个　功能框的功能如下：　框１为输入级，将输入的被测电压信号适配成适合仪器测　量的电压数值，并且能为仪器自检产生标准的电压调幅波信号。　框２～框４是“灯一眼一脑”环节的模拟。其中框２是用平　方解调法把反映电压幅值波动的调幅波从工频电压中提取出　来。框３由带通滤波器和加权滤波器组成，用于模拟人眼的频率　选择的特性：采用截止频率Ｏ．０５　Ｈｚ的一阶高通滤波器来滤除直　流分量；用截止频率３５　Ｈｚ的巴特沃斯低通滤波器抑制基频以　及更高频率的分量；而加权滤波器的本质是用传递函数Ｋ　）　逼近觉察单位为１的视感度曲线。框４用来模拟人脑视觉神经　的反应以及记忆效应，由平方器和一阶低通滤波器（其时间常　数是３００　ｓ）组成，用于模拟“灯一眼一脑”环节中大脑对灯光亮　度瞬时变化产生的暂时的非线性的响应以及记忆效果。　框４输出为瞬时闪变视感度Ｓ（ｔ），反映人眼视觉对瞬时闪　。　ｉ＝１　苎　载波的频率租相　，　角；Ａ　：　：　堂　苎　竺　。　…　：　而可　三　闪变强弱的短　间　变　…～誓　，　．　频　范围为０．ｏ５～　Ｈｚ，是人眼　呙闪　。…一　。’　一　视觉的敏感区域。本文采用单　、　框】　…。　框４　ｓ　框５　誓　⑥　。　卜　瑟赢　蠹　—　析电压波动的检测，与多频率分　一／　ｌ　旦坌笪呈ｌ　ｌ　鎏鎏墨　ｌ　ｌ渡器，刀口权据顿器Ｉ　Ｉ　垦望塑塑墨ｌ　Ｊ　星　ｌ　量调制信号的分析类似，其解析　式中，　、　分别为调幅波电压幅值和工频载波电压幅值；　、∞　分别为工频载波电压角频率和调幅波电压角频率：ｍ为调制系　数，ｍ＝Ｖ／Ｕ＜１。　根据ＩＥＣ闪变测试系统的原理，采用平方检测法提取调幅　波。其基本原理是先将输入电压进行平方运算后，然后通过带通　滤波器滤去直流分量、工频及以上的频率分量，以有效检测出调　幅波，即电压的波动分量。平方并通过带通滤波器后输出约为［，］：　ｕ　）　ｃ。ＳｔＯ￣ｔ＋孚ｃ。ｓ　（３）　从上式可知，输入信号通过平方检波后，出现了调幅波波　１４４　图中，０．０５　Ｈｚ高通滤波器的传递函数为：　‰（ｓ）　‘　）　６阶Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ低通滤波器的传递函数为：　）　ａ　两　（６）　式中，０＝（２１９．９１）　；ｂ＝８４８．８５；ｃ＝３６０　７６８．６４；ｄ＝９．１４Ｘ（２１９．９１）。；　ｅ＝７．４６Ｘ（２１９．９１）４；ｆ＝３．８６￣（２１９．９１）　。　视感度加权滤波器的传递函数为：　ｋ　￣ＯｌＳ　×　７）

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