一種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于識(shí)別電力系統(tǒng)中造成公共連接 點(diǎn)電壓波動(dòng)從而引起燈光照度不穩(wěn)定的閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電力負(fù)荷日益增長(zhǎng)，大量非線性用電設(shè)備的使用，電力電子 裝置的不斷推廣，使得電網(wǎng)發(fā)生頻率偏移、三相不平衡、電壓波動(dòng)和閃變、電壓波形畸變等 電能質(zhì)量問(wèn)題。電源的電壓有效值變動(dòng)使燈光照度不穩(wěn)定對(duì)人眼造成視感反應(yīng)稱為閃變。 閃變通常是由于各種類型的大功率沖擊或波動(dòng)性負(fù)荷投運(yùn)引起的，目前系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用 并造成電壓有效值變動(dòng)的負(fù)荷主要有：電弧爐型、乳鋼機(jī)、電力機(jī)車、電焊機(jī)以及大功率脈 沖輸出的電子設(shè)備等。這些負(fù)荷影響和危害著與其連接在同一公共連接點(diǎn)PCC(Pointof CommonCoupling)的其他用戶的正常用電。
[0003] 隨著各種類型的大功率波動(dòng)性負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，電壓波動(dòng)和閃變時(shí) 常發(fā)生。供電公司通常是通過(guò)測(cè)量母線上電壓的瞬時(shí)閃變視感度，短時(shí)間閃變嚴(yán)重度等參 數(shù)來(lái)評(píng)估閃變的水平，但不能確定是哪條負(fù)荷支路引起了母線上電壓的波動(dòng)與閃變，因此 不能明確造成電能質(zhì)量問(wèn)題的責(zé)任者，無(wú)法對(duì)電能質(zhì)量的問(wèn)題進(jìn)行治理。
[0004] 目前針對(duì)閃變的研究多是對(duì)閃變信號(hào)的檢測(cè)，通過(guò)不同的方法從電壓波動(dòng)信號(hào)中 提取出低頻的調(diào)幅波的幅值和頻率用來(lái)計(jì)算閃變的參數(shù)，已有的方法如傅立葉分析，小波 變換，希爾伯特變換等，有關(guān)閃變定位的研究還不多，是急待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置。
[0006] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：
[0007] -種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置，由適配器、平方解調(diào)器、高通濾波器、低通 濾波器、加權(quán)濾波器、平方乘法器、一階低通濾波器、比例因子、處理器、顯示器依序連接組 成。
[0008] 本實(shí)用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：
[0009] 1.本實(shí)用新型根據(jù)閃變能量在不同電壓等級(jí)間傳遞規(guī)律，設(shè)計(jì)并提出了通過(guò)比較 不同電壓等級(jí)母線電壓中相同的閃變頻率成份幅值占基波幅值的百分比判斷閃變干擾源 電壓等級(jí)的方法；
[0010] 2.提出根據(jù)閃變頻率成份的功率流向與閃變頻率成份電流幅值占基波幅值的百 分?jǐn)?shù)來(lái)確定閃變干擾源。采用本實(shí)用新型來(lái)確定實(shí)際電力系統(tǒng)中閃變干擾源，可明確電能 質(zhì)量問(wèn)題的責(zé)任并對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行治理。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化等值電路；
[0012] 圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖3是本實(shí)用新型所述定位閃變?cè)吹牧鞒虉D。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。
[0015] 電力系統(tǒng)簡(jiǎn)化等值電路如圖1所示，圖中u(t)為等值工頻正弦電源電壓、i(t)為 系統(tǒng)電源電流，ijt)為線性負(fù)荷電流，i"t)為波動(dòng)負(fù)荷電流；Zs=Rs+jXsS電源內(nèi)阻抗、 Zi=Ri+jXi為線路等值阻抗、RfjXA線性負(fù)荷等值阻抗、Za=Ra+jX%為閃變?cè)簇?fù) 荷阻抗，閃變?cè)簇?fù)荷電流iFJt)可由式⑴表示：
[0017]式中，iFU(t)為閃變電流的基波分量，IFU為其有效值，心為基波電流初相角，f為基波頻率；iFu(t)為閃變?cè)措娏鞒ǚ至恳酝獾钠渌l率分量的電流（整數(shù)次或分?jǐn)?shù) 次諧波電流，稱非基波電流），IFU為非基波電流的有效值，·為非基波電流初相角，h為非 基波電流頻率，即除基波頻率外的頻率，造成閃變的電流頻率也包含在其中。由正弦函數(shù)的 正交性可知，電源發(fā)出的功率為式（2):
[0019]式中，ii(t)為電源電流的基波分量；Psl為電源輸出的基波功率；電源內(nèi)阻及線路 吸收功率為式（3):


[0021] 為吸收的基波功率， .1 是吸收的非基波功率；ih(t)為電源電流的諧波分量；線性負(fù)荷吸收功率為式（4)和式 (5)：
[0024] 其中，iu (t)，ijt)為流過(guò)線性負(fù)荷的基波和非基波電流。波動(dòng)性負(fù)荷吸收功率：
[0026] 其中，PFU，為波動(dòng)性負(fù)荷吸收的基波和非基波功率。根據(jù)功率守恒定理可得：
[0027] 基波功率為式（7):
[0028] Ps. 1=Pi〇ss1+Pli+Pfli(7)
[0029] 非基波功率為式（8):
[0030] 0 =Ploss.h+PL.h+PFL.h (8)
[0031] 所以得出式（9):
[0032] PFL.h = -(Pi〇ss.h+PL. h) < 〇 (9)
[0033] 式（9)表明波動(dòng)性負(fù)荷消耗的非基波功率是負(fù)值，即作為一個(gè)諧波源或閃變?cè)聪?電網(wǎng)回饋諧波功率或閃變功率，這部分功率是波動(dòng)性負(fù)荷從電網(wǎng)吸收的基波功率的一部分 轉(zhuǎn)化而來(lái)。而對(duì)于波動(dòng)性閃變?cè)簇?fù)荷，為使母線上產(chǎn)生相應(yīng)的閃變成份，閃變頻率成份百分 比必須足夠大，而非波動(dòng)性負(fù)荷的閃變頻率成分的百分比較小。閃變信號(hào)可看作是低頻的 電壓波動(dòng)對(duì)工頻電壓的調(diào)制，設(shè)包含一個(gè)閃變頻率成份的母線電壓表達(dá)式為式（10):
[0034] v(t) =A[l+mcos(Ωt) ]cosωt (10)
[0035] 式中，A為電網(wǎng)額定電壓幅值；m為調(diào)幅波電壓分量幅值與電網(wǎng)額定電壓幅值之 比；Ω為調(diào)幅波電壓分量的角頻率；ω為電網(wǎng)工頻電壓的角頻率。通過(guò)簡(jiǎn)單的三角變換可 將其表示為：
[0037]閃變頻率電壓成份與基波頻率電壓成份的百分比心為
[0039] 對(duì)各個(gè)非波動(dòng)負(fù)荷支路電流，如圖1所示，根據(jù)疊加定理，由式（11)產(chǎn)生的電流 k⑴表達(dá)式為式（13):
[0041] 非波動(dòng)性負(fù)荷支路電流中的閃變頻率成份與基波頻率成份的百分比為式（14)和 式（15):
[0044] 由于敏感的閃變頻率成份為6Hz-12Hz，分析式（12)，（13)，（14)和（15)可知，非波 動(dòng)性負(fù)荷的和^的百分比均較小，數(shù)量級(jí)比較接近。而對(duì)于波動(dòng)性閃變?cè)簇?fù) 荷，為使母線上產(chǎn)生相應(yīng)的閃變成份，閃變頻率成份百分比必須足夠大，即1^ω+ Ω)，Ω) 和心比較，必須顯著變大。
[0045] 所以通過(guò)測(cè)量波動(dòng)性負(fù)荷閃變成份功率流向，并比較閃變頻率電流成份幅值所占 基波幅值的百分?jǐn)?shù)，即能確定閃變干擾源支路。
[0046] 如圖2所示，一種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置，由適配器、平方解調(diào)器、高通 濾波器、低通濾波器、加權(quán)濾波器、平方乘法器、一階低通濾波器、比例因子、處理器、顯示器 依序連接組成；
[0047] 所述適配器的功能是對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得輸入信號(hào)有效值與輸入信號(hào)的實(shí) 際大小無(wú)關(guān)，為此將輸入信號(hào)采樣值除以輸入信號(hào)穩(wěn)態(tài)有效值得到適配器的輸出信號(hào)，因 此輸入信號(hào)穩(wěn)態(tài)有效值的準(zhǔn)確度將決定適配器輸出信號(hào)的準(zhǔn)確度。在IEC61000-4-15-2003 中，采用半周波有效值的分鐘平均值作為輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)有效值，但是這種方式面對(duì)方波 調(diào)制的波動(dòng)信號(hào)時(shí)會(huì)出現(xiàn)非線性現(xiàn)象；在最新修訂的IEC61000-4-15-2010中，采用半周 波有效值通過(guò)一階低通濾波器得到輸入信號(hào)穩(wěn)態(tài)有效值，這種方式既能保證有效值的穩(wěn)定 性又能跟蹤輸入信號(hào)的變化，本實(shí)用新型所述適配器采用該方式計(jì)算輸入信號(hào)的穩(wěn)態(tài)有效 值，函數(shù)表達(dá)式如下式（16):
[0049] 所述平方解調(diào)器的功能是從電壓波動(dòng)信號(hào)中分離出反映電壓波動(dòng)的調(diào)幅信號(hào)，算 法是將輸入信號(hào)平方。
[0050] 所述高通濾波器采用截止頻率為0. 1Hz的一階高通濾波器，傳遞函數(shù)為式（17):
[0052] 所述低通濾波器采用6階巴特沃斯濾波器，截止頻率為30Hz，使100Hz分量衰減 55dB。
[0053] 所述加權(quán)濾波器用來(lái)匹配人體學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)的頻率選擇行為，傳遞函數(shù)為式（18):
[0055]其中：k=1. 74802，λ=2π8. 11962,ω丄二 2π18. 30988,ω2= 2π4. 55958,ω3 =2π2· 4507，ω4= 2π43. 8〇
[0056] 所述平方乘法器的功能是將信號(hào)平方后求和，優(yōu)選1/4平方乘法器。
[0057] 所述一階低通濾波器的作用是人體學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)非線性視感和大腦的存儲(chǔ)效應(yīng)，其 中一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為式（19):
[0059] 所述比例因子的功能是將信號(hào)進(jìn)行最佳匹配，對(duì)于230V50HZ的系統(tǒng)，當(dāng)調(diào)制模式 為正弦波、閃變幅度為〇. 25%、閃變頻率為8. 8Hz時(shí)，瞬時(shí)閃變Pinst的最大值應(yīng)為1，比例因 子的作用是保證上述關(guān)系成立，它隨采樣頻率而變化，見(jiàn)表1。
[0060] 表1比例因子
[0062] 所述處理器是用于對(duì)閃變?cè)炊ㄎ挥?jì)算，采用
【發(fā)明內(nèi)容】
所述方法進(jìn)行計(jì)算，對(duì)各個(gè) 非波動(dòng)負(fù)荷支路電流，如圖1所示，根據(jù)疊加定理，產(chǎn)生的電流k(t)表達(dá)式為式（13):
[0064] 非波動(dòng)性負(fù)荷支路電流中的閃變頻率成份與基波頻率成份的百分比為式（14)和 式（15):
[0067] 由于敏感的閃變頻率成份為6Hz-12Hz，分析式（13)，（14)和（15)可知，非波動(dòng)性 負(fù)荷的和k+ ^的百分比均較小，數(shù)量級(jí)比較接近。而對(duì)于波動(dòng)性閃變?cè)簇?fù)荷， 為使母線上產(chǎn)生相應(yīng)的閃變成份，閃變頻率成份百分比必須足夠大，即1^ω+Ω)，^和kv 比較，必須顯著變大。
[0068] 所以通過(guò)測(cè)量波動(dòng)性負(fù)荷閃變成份功率流向，并比較閃變頻率電流成份幅值所占 基波幅值的百分?jǐn)?shù)，即能確定閃變干擾源支路。
[0069] 如圖3所示，所述處理器具體確定閃變干擾源支路的步驟如下：
[0070] S1 :通過(guò)母線電壓的測(cè)量，判斷是否發(fā)生閃變，并確定是否是多個(gè)頻率閃變；
[0071] S2:通過(guò)變電站進(jìn)線變壓器兩側(cè)的母線電壓測(cè)量，判斷閃變擾動(dòng)源是站內(nèi)還是系 統(tǒng)側(cè)；若發(fā)生在系統(tǒng)側(cè)，應(yīng)采用所述方法對(duì)上一級(jí)系統(tǒng)母線電壓分析；
[0072] S3:如果閃變擾動(dòng)源是站內(nèi)，則進(jìn)一步判斷是高壓側(cè)還是低壓側(cè)，縮小閃變擾動(dòng)源 的范圍。通過(guò)各饋線電流的測(cè)量，提取電流頻率信號(hào)，通過(guò)功率方向及電流頻率成份幅值百 分比綜合判斷閃變擾動(dòng)源發(fā)生的具體饋線。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置，其特征在于，由適配器、平方解調(diào)器、高通濾 波器、低通濾波器、加權(quán)濾波器、平方乘法器、一階低通濾波器、比例因子、處理器、顯示器依 序連接組成。
【專利摘要】一種電壓波動(dòng)與閃變?cè)炊ㄎ粰z測(cè)裝置，由適配器、平方解調(diào)器、高通濾波器、低通濾波器、加權(quán)濾波器、平方乘法器、一階低通濾波器、比例因子、處理器、顯示器依序連接組成。本實(shí)用新型根據(jù)閃變能量在不同電壓等級(jí)間傳遞規(guī)律，設(shè)計(jì)并提出了通過(guò)比較不同電壓等級(jí)母線電壓中相同的閃變頻率成份幅值占基波幅值的百分比判斷閃變干擾源電壓等級(jí)的裝置，可以確定實(shí)際電力系統(tǒng)中閃變干擾源，對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行治理。
【IPC分類】G01R31/00
【公開(kāi)號(hào)】CN205091399
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520442749
【發(fā)明人】沈鑫, 閆永梅, 曹敏, 李月梅, 周年榮
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2016年3月16日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日