电压波动与闪变

1、电压波动与闪变一、电压波动与闪变的定义电压波动就是电压均方根值一系列相对快速变动或连续改变的现象，其变化 周期大于工频周期(20ms)。电压波动造成灯光照度不稳定(灯光闪烁)的人眼视感反应称为闪变，换言 之，闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响；电压闪变是电压 波动引起的结果，它不属于电磁现象。电压闪变与常见的电压波动不同。电压闪变是指电压形上一种快速的上升及下降，而波动指 电压的有效 值以低于工频的频率快速或连续变动。闪变的特点是超高压、瞬时态及高频次。如果直观地从波形上理解，电 压的波动可以造成波形的畸变、不对称，相邻峰值的变化等，但波形曲线是光滑 连续的，而闪变更主要的是造

2、成波形的毛刺及间断。二、电压波动与闪变的检测方法由于电压波动是电压有效值的快速变动，它的波形是工频电压的调幅波。因 此，闪变测试首先是通过检波的方法将波动信号从工频电压中分离出来。目前国 内外电压波动的检测方法有三种，即平方检测、整流检测和有效值检测。对三种 检测方法，论文予以分析、比较，最终确定选用平方检测法的改进法，即本文采 用同步电压和小波多分辨率分析检测电压闪变信号。并对小波分解和同步检波对 波动信号的检测文中加以说明。常用的几种闪变仪中电压波动的检测方法，可归 结为由上式解调出调幅波v = mcos t，介绍如下。2.1平方检波法IEC推荐的闪变仪采用平方检测方法，即由 TOC o

3、1-5 h z r r . A2 f nr -rnA-nr AfIir (/) = 1 + - +cosQ/ +ciis2Q/ + I + cos+匚陌 + lilt22 J42 2 )8 l+cos2(-Q)/ 4-cos(2(w-Q|/ - -cos(2(w-Q V(3-2Ju (t)、u (t)2和v (t)的波形图例，如图3-1所示。经过0.0535Hz的带通滤 波器滤去直流分量和工频及以上的频率分量，便可以检测出调幅波即电压波动分 量，其输出(3-3)mA22.2整流检波法英国ERA闪变仪采用整流检测的方法。图3-2 (a)所示的电压u ( t )经过 整流的波形g ( t )如图3

4、-2(c)所示。理论上，将g(t)可看成u(t)乘以幅值为1、频 率为工频的矩形波p(t)。p(t)的波形图如图3-2(b)所示。由傅立叶级数变换可得4 户=一cos做-cus3ixrf 十-cos 5必 + 35于是可得2 A 2i jiALAM P =叫，）pl 0 = +cos OH + cos Ian +7T经过带通滤波便可检测出调幅波，其图例如图3-2(c)所示，输出调幅波的表示式=2mA 八cos UrG3-6）m cosQf（2-7）2.3有效值检测H本的闪变仪采用有效值检测。.的有效值为出打伽 ，将/减参考电压咨=9 .积分得幻亍）二；打0泌，矶出，在根分E频率大于III于陌T

5、 = 如将变里挽写成、则有可以看出，所检测出的调幅波输以为2旧的分量可以斜,略，则 hKr) = -fr)tA cosQf =xsm(3-8J“2 kcos（Q 、，十一京S JI；sin采样保持番输出为离散值休,：）=123sm 京 v(f)= 顷%、cos顷 ;l m /图3-3有效值检波法2.4新的电压波动与闪变检测方法根据我国的国情，闪变的测量应该采用IEC推荐的闪变仪。其原理框图3-4, 对于该框图，有模拟和数字两种实现方式。数字系统的一些共同优点，如抗干扰 性强，便于大规模集成等。与传统的模拟信号方法相比较，还有一些明显的优点， 如精度高、灵活性强。可以实现模拟系统很难达到的指标或

6、特性。而传统的数字 化检测方法只适合检测平稳的时频闪变信号，不能有效的对突变的、非平稳的电 压闪变包络信号进行检测与时频分析，因而必将导致闪变评估的误差增大。三、电压波动与闪变的应用情况综上所述，不论采用哪种解调方法均可检测出调幅波。为去除直流分量和二 倍工频分量等，只保留调幅波，有效值检测法是一种平均效果，且易受到基波电 压和基波频率的影响，在经过积分器时要减去参考电压，但其中不会完全没有直 流分量，所以仍需要隔直和滤波；对于平方检测和整流检测方法，都需要设计频 带很严格的低通滤波器或者带通滤波器，恰当地将直流、工频以及工频谐波滤去 保留调幅波。对于整流检测，较适合于采用模拟电路加以实现。平

7、方检测较适合采用单片 机用数字信号处理的方法构成新式的闪变仪，所以在IEC推荐的闪变仪中采用 平方检测的方法。这3种检波方法都不适用于时变的电压闪变信号的检测与时 频分析，更适合于在模拟测量装置中应用。而新的电压波动与闪变检测方法可以 应用于时变的电压闪变信号的检测与时频分析。电压暂降一、电压暂降的定义电压暂降（又称电压骤降、电压凹陷或电压跌落），按照电气与电子工程师 协会IEEE的定义，是指工频条件下电压均方根值减小到0.1-0.9倍额定电压 之间、持续时间为0.5周波（以我国工频50HZ算，1周波是20毫秒）至1分钟 的短时间电压变动现象。电压暂降的幅值、持续时间和相位跳变是标称电压暂降最

8、重要的三个特征量。二、电压暂降的原因原因非常复杂，有自然因素，也有人为因素，有供电部门系统保护的因素， 也有设备原因和误操作等因素，而典型的电压暂降与系统及非正常电流上升的发 生终结有关，如短路、雷击、开关操作、感应电机启动、变压器及电容器组的投 切等都会引起电压暂降，其中输配电系统单相接地短路故障是产生电压暂降最主 要的原因。三、电压暂降的危害绝大部分的电力电子设备对动态电压质量扰动非常敏感，电压暂降和短时间 的中断都会引起这些设备不能正常工作，给用户带来巨大的经济损失。在现代化 的工业生产中，电子电力设备大量应用，这些设备对电压暂降的敏感度不尽相同， 一旦因电压暂降停止或影响正常工作，整套

9、设备或生产线都会受到牵连和影响， 造成设备停机停产，导致产品报废、设备工具损坏，而影响更大的是重新启动达 到生产所需的条件需要较长的时间。四、电压暂降的特征量分析方法目前，电压暂降特征鼍的检测算法有峰值电压法、有效值算法、基波分量法 单相电压变换平均值法和瞬时电压d-q分解法M1。本文主要介绍有效值算法的实 现，并以Matlab的仿真结果来验证该算法的有效性。4.1全周期有效值算法简介根据连续周期信号有效值的定义，电压有效值为时问域一个周期数字的均方 根，为了实时检测电压有效值的骤然变化，可以采用一个周期数据序列的滑动平 均算法当采集到新的信号样本点时，依次将最早采集的样本点去除，然后再用一

10、个周期的滑动采样值进行运算，得到新的均方根值，故称其为全周期有效值算法。 这样，在每一个采样瞬间都可以得到一个新的电压有效值，当发生电压暂降时， 根据电压有效值的变化，即町榆测出所需的特征量。4.2电压信号处理软件设计在完成电压信号数据的采集之后，即可利用计算机软件来实现对电压数据的 存储、分析和处理，提取电压的特征量，并将检测结果以文件和图表的形式输出。 本文采用Delph i编写程序处理通过数据采集卡获得的数据，利用有效值计算方法 得到所需的特征鼍数据。计算结果既可保存于文本文件，也可用于绘制电压有效 值变化曲线。由于电压暂降是指持续时间在0. 0160 S的电压下降，因此，只有在电压 下降结束以后，根据持续时间的长短来判断是否发牛电压暂降。故本文采用“疑 暂降”来表示可能为暂降的电压有效值变化。图中的Flag”用作发生疑电压暂 降的标志，当Flag=l，表示发生疑暂降；当Flag=0，则表示没有发生疑暂降或疑 暂降已经结束。当程序从数据采集卡获得电压信号数据后，先进行均方根计算， 然后将所得的结果与电压暂降的阈值进行比较。若检测的电压有效值低于电压暂 降的阈值，则要通过查看Flag是否为1，来判定当前时刻为开始发生疑似电压暂 降或已经发生疑