一種電壓波動與閃變源定位檢測裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及電力技術領域，尤其涉及一種用于識別電力系統中造成公共連接 點電壓波動從而引起燈光照度不穩定的閃變源定位檢測裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著現代工業的發展，電力負荷日益增長，大量非線性用電設備的使用，電力電子 裝置的不斷推廣，使得電網發生頻率偏移、三相不平衡、電壓波動和閃變、電壓波形畸變等 電能質量問題。電源的電壓有效值變動使燈光照度不穩定對人眼造成視感反應稱為閃變。 閃變通常是由于各種類型的大功率沖擊或波動性負荷投運引起的，目前系統中廣泛應用 并造成電壓有效值變動的負荷主要有：電弧爐型、乳鋼機、電力機車、電焊機以及大功率脈 沖輸出的電子設備等。這些負荷影響和危害著與其連接在同一公共連接點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性負荷在電力系統中的廣泛應用，電壓波動和閃變時 常發生。供電公司通常是通過測量母線上電壓的瞬時閃變視感度，短時間閃變嚴重度等參 數來評估閃變的水平，但不能確定是哪條負荷支路引起了母線上電壓的波動與閃變，因此 不能明確造成電能質量問題的責任者，無法對電能質量的問題進行治理。
[0004] 目前針對閃變的研究多是對閃變信號的檢測，通過不同的方法從電壓波動信號中 提取出低頻的調幅波的幅值和頻率用來計算閃變的參數，已有的方法如傅立葉分析，小波 變換，希爾伯特變換等，有關閃變定位的研究還不多，是急待解決的問題。

【發明內容】

[0005] 為了解決上述問題，本實用新型提供一種電壓波動與閃變源定位檢測裝置。
[0006] 本實用新型的技術方案如下：
[0007] -種電壓波動與閃變源定位檢測裝置，由適配器、平方解調器、高通濾波器、低通 濾波器、加權濾波器、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] 本實用新型同現有技術相比，具有以下優點和有益效果：
[0009] 1.本實用新型根據閃變能量在不同電壓等級間傳遞規律，設計并提出了通過比較 不同電壓等級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 電壓等級的方法；
[0010] 2.提出根據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 分數來確定閃變干擾源。采用本實用新型來確定實際電力系統中閃變干擾源，可明確電能 質量問題的責任并對電能質量進行治理。
【附圖說明】
[0011] 圖1是電力系統簡化等值電路；
[0012] 圖2是本實用新型的結構示意圖；
[0013] 圖3是本實用新型所述定位閃變源的流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面將結合附圖，對本實用新型的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0015] 電力系統簡化等值電路如圖1所示，圖中u(t)為等值工頻正弦電源電壓、i(t)為 系統電源電流，ijt)為線性負荷電流，i"t)為波動負荷電流；Zs=Rs+jXsS電源內阻抗、 Zi=Ri+jXi為線路等值阻抗、RfjXA線性負荷等值阻抗、Za=Ra+jX%為閃變源負 荷阻抗，閃變源負荷電流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)為閃變源電流除基波分量以外的其它頻率分量的電流（整數次或分數 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。由正弦函數的 正交性可知，電源發出的功率為式（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；線性負荷吸收功率為式（4)和式 (5)：
[0024] 其中，iu (t)，ijt)為流過線性負荷的基波和非基波電流。波動性負荷吸收功率：
[0026] 其中，PFU，為波動性負荷吸收的基波和非基波功率。根據功率守恒定理可得：
[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)表明波動性負荷消耗的非基波功率是負值，即作為一個諧波源或閃變源向 電網回饋諧波功率或閃變功率，這部分功率是波動性負荷從電網吸收的基波功率的一部分 轉化而來。而對于波動性閃變源負荷，為使母線上產生相應的閃變成份，閃變頻率成份百分 比必須足夠大，而非波動性負荷的閃變頻率成分的百分比較小。閃變信號可看作是低頻的 電壓波動對工頻電壓的調制，設包含一個閃變頻率成份的母線電壓表達式為式（10):
[0034] v(t) =A[l+mcos(Ωt) ]cosωt (10)
[0035] 式中，A為電網額定電壓幅值；m為調幅波電壓分量幅值與電網額定電壓幅值之 比；Ω為調幅波電壓分量的角頻率；ω為電網工頻電壓的角頻率。通過簡單的三角變換可 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] 對各個非波動負荷支路電流，如圖1所示，根據疊加定理，由式（11)產生的電流 k⑴表達式為式（13):
[0041] 非波動性負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 動性負荷的和^的百分比均較小，數量級比較接近。而對于波動性閃變源負 荷，為使母線上產生相應的閃變成份，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] 所以通過測量波動性負荷閃變成份功率流向，并比較閃變頻率電流成份幅值所占 基波幅值的百分數，即能確定閃變干擾源支路。
[0046] 如圖2所示，一種電壓波動與閃變源定位檢測裝置，由適配器、平方解調器、高通 濾波器、低通濾波器、加權濾波器、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輸入信號進行調節，使得輸入信號有效值與輸入信號的實 際大小無關，為此將輸入信號采樣值除以輸入信號穩態有效值得到適配器的輸出信號，因 此輸入信號穩態有效值的準確度將決定適配器輸出信號的準確度。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的穩態有效值，但是這種方式面對方波 調制的波動信號時會出現非線性現象；在最新修訂的IEC61000-4-15-2010中，采用半周 波有效值通過一階低通濾波器得到輸入信號穩態有效值，這種方式既能保證有效值的穩定 性又能跟蹤輸入信號的變化，本實用新型所述適配器采用該方式計算輸入信號的穩態有效 值，函數表達式如下式（16):
[0049] 所述平方解調器的功能是從電壓波動信號中分離出反映電壓波動的調幅信號，算 法是將輸入信號平方。
[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] 所述加權濾波器用來匹配人體學視覺系統的頻率選擇行為，傳遞函數為式（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平方后求和，優選1/4平方乘法器。
[0057] 所述一階低通濾波器的作用是人體學視覺系統非線性視感和大腦的存儲效應，其 中一階低通濾波器的傳遞函數為式（19):
[0059] 所述比例因子的功能是將信號進行最佳匹配，對于230V50HZ的系統，當調制模式 為正弦波、閃變幅度為〇. 25%、閃變頻率為8. 8Hz時，瞬時閃變Pinst的最大值應為1，比例因 子的作用是保證上述關系成立，它隨采樣頻率而變化，見表1。
[0060] 表1比例因子
[0062] 所述處理器是用于對閃變源定位計算，采用
【發明內容】
所述方法進行計算，對各個 非波動負荷支路電流，如圖1所示，根據疊加定理，產生的電流k(t)表達式為式（13):
[0064] 非波動性負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，非波動性 負荷的和k+ ^的百分比均較小，數量級比較接近。而對于波動性閃變源負荷， 為使母線上產生相應的閃變成份，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] 所以通過測量波動性負荷閃變成份功率流向，并比較閃變頻率電流成份幅值所占 基波幅值的百分數，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 :通過母線電壓的測量，判斷是否發生閃變，并確定是否是多個頻率閃變；
[0071] S2:通過變電站進線變壓器兩側的母線電壓測量，判斷閃變擾動源是站內還是系 統側；若發生在系統側，應采用所述方法對上一級系統母線電壓分析；
[0072] S3:如果閃變擾動源是站內，則進一步判斷是高壓側還是低壓側，縮小閃變擾動源 的范圍。通過各饋線電流的測量，提取電流頻率信號，通過功率方向及電流頻率成份幅值百 分比綜合判斷閃變擾動源發生的具體饋線。
【主權項】
1. 一種電壓波動與閃變源定位檢測裝置，其特征在于，由適配器、平方解調器、高通濾 波器、低通濾波器、加權濾波器、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】一種電壓波動與閃變源定位檢測裝置，由適配器、平方解調器、高通濾波器、低通濾波器、加權濾波器、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。本實用新型根據閃變能量在不同電壓等級間傳遞規律，設計并提出了通過比較不同電壓等級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的裝置，可以確定實際電力系統中閃變干擾源，對電能質量進行治理。
【IPC分類】G01R31/00
【公開號】CN205091399
【申請號】CN201520442749
【發明人】沈鑫, 閆永梅, 曹敏, 李月梅, 周年榮
【申請人】云南電網有限責任公司電力科學研究院
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年6月25日