一种电压波动与闪变源定位检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种用于识别电力系统中造成公共连接 点电压波动从而引起灯光照度不稳定的闪变源定位检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的发展，电力负荷日益增长，大量非线性用电设备的使用，电力电子 装置的不断推广，使得电网发生频率偏移、三相不平衡、电压波动和闪变、电压波形畸变等 电能质量问题。电源的电压有效值变动使灯光照度不稳定对人眼造成视感反应称为闪变。 闪变通常是由于各种类型的大功率冲击或波动性负荷投运引起的，目前系统中广泛应用 并造成电压有效值变动的负荷主要有：电弧炉型、乳钢机、电力机车、电焊机以及大功率脉 冲输出的电子设备等。这些负荷影响和危害着与其连接在同一公共连接点PCC(Pointof CommonCoupling)的其他用户的正常用电。
[0003] 随着各种类型的大功率波动性负荷在电力系统中的广泛应用，电压波动和闪变时 常发生。供电公司通常是通过测量母线上电压的瞬时闪变视感度，短时间闪变严重度等参 数来评估闪变的水平，但不能确定是哪条负荷支路引起了母线上电压的波动与闪变，因此 不能明确造成电能质量问题的责任者，无法对电能质量的问题进行治理。
[0004] 目前针对闪变的研究多是对闪变信号的检测，通过不同的方法从电压波动信号中 提取出低频的调幅波的幅值和频率用来计算闪变的参数，已有的方法如傅立叶分析，小波 变换，希尔伯特变换等，有关闪变定位的研究还不多，是急待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种电压波动与闪变源定位检测装置。
[0006] 本实用新型的技术方案如下：
[0007] -种电压波动与闪变源定位检测装置，由适配器、平方解调器、高通滤波器、低通 滤波器、加权滤波器、平方乘法器、一阶低通滤波器、比例因子、处理器、显示器依序连接组 成。
[0008] 本实用新型同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
[0009] 1.本实用新型根据闪变能量在不同电压等级间传递规律，设计并提出了通过比较 不同电压等级母线电压中相同的闪变频率成份幅值占基波幅值的百分比判断闪变干扰源 电压等级的方法；
[0010] 2.提出根据闪变频率成份的功率流向与闪变频率成份电流幅值占基波幅值的百 分数来确定闪变干扰源。采用本实用新型来确定实际电力系统中闪变干扰源，可明确电能 质量问题的责任并对电能质量进行治理。
【附图说明】
[0011] 图1是电力系统简化等值电路；
[0012] 图2是本实用新型的结构示意图；
[0013] 图3是本实用新型所述定位闪变源的流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0015] 电力系统简化等值电路如图1所示，图中u(t)为等值工频正弦电源电压、i(t)为 系统电源电流，ijt)为线性负荷电流，i"t)为波动负荷电流；Zs=Rs+jXsS电源内阻抗、 Zi=Ri+jXi为线路等值阻抗、RfjXA线性负荷等值阻抗、Za=Ra+jX%为闪变源负 荷阻抗，闪变源负荷电流iFJt)可由式⑴表示：
[0017]式中，iFU(t)为闪变电流的基波分量，IFU为其有效值，心为基波电流初相角，f为基波频率；iFu(t)为闪变源电流除基波分量以外的其它频率分量的电流（整数次或分数 次谐波电流，称非基波电流），IFU为非基波电流的有效值，·为非基波电流初相角，h为非 基波电流频率，即除基波频率外的频率，造成闪变的电流频率也包含在其中。由正弦函数的 正交性可知，电源发出的功率为式（2):
[0019]式中，ii(t)为电源电流的基波分量；Psl为电源输出的基波功率；电源内阻及线路 吸收功率为式（3):
[0021] 为吸收的基波功率， .1 是吸收的非基波功率；ih(t)为电源电流的谐波分量；线性负荷吸收功率为式（4)和式 (5)：
[0024] 其中，iu (t)，ijt)为流过线性负荷的基波和非基波电流。波动性负荷吸收功率：
[0026] 其中，PFU，为波动性负荷吸收的基波和非基波功率。根据功率守恒定理可得：
[0027] 基波功率为式（7):
[0028] Ps. 1=Pi〇ss1+Pli+Pfli(7)
[0029] 非基波功率为式（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)表明波动性负荷消耗的非基波功率是负值，即作为一个谐波源或闪变源向 电网回馈谐波功率或闪变功率，这部分功率是波动性负荷从电网吸收的基波功率的一部分 转化而来。而对于波动性闪变源负荷，为使母线上产生相应的闪变成份，闪变频率成份百分 比必须足够大，而非波动性负荷的闪变频率成分的百分比较小。闪变信号可看作是低频的 电压波动对工频电压的调制，设包含一个闪变频率成份的母线电压表达式为式（10):
[0034] v(t) =A[l+mcos(Ωt) ]cosωt (10)
[0035] 式中，A为电网额定电压幅值；m为调幅波电压分量幅值与电网额定电压幅值之 比；Ω为调幅波电压分量的角频率；ω为电网工频电压的角频率。通过简单的三角变换可 将其表示为：
[0037]闪变频率电压成份与基波频率电压成份的百分比心为
[0039] 对各个非波动负荷支路电流，如图1所示，根据叠加定理，由式（11)产生的电流 k⑴表达式为式（13):
[0041] 非波动性负荷支路电流中的闪变频率成份与基波频率成份的百分比为式（14)和 式（15):
[0044] 由于敏感的闪变频率成份为6Hz-12Hz，分析式（12)，（13)，（14)和（15)可知，非波 动性负荷的和^的百分比均较小，数量级比较接近。而对于波动性闪变源负 荷，为使母线上产生相应的闪变成份，闪变频率成份百分比必须足够大，即1^ω+ Ω)，Ω) 和心比较，必须显著变大。
[0045] 所以通过测量波动性负荷闪变成份功率流向，并比较闪变频率电流成份幅值所占 基波幅值的百分数，即能确定闪变干扰源支路。
[0046] 如图2所示，一种电压波动与闪变源定位检测装置，由适配器、平方解调器、高通 滤波器、低通滤波器、加权滤波器、平方乘法器、一阶低通滤波器、比例因子、处理器、显示器 依序连接组成；
[0047] 所述适配器的功能是对输入信号进行调节，使得输入信号有效值与输入信号的实 际大小无关，为此将输入信号采样值除以输入信号稳态有效值得到适配器的输出信号，因 此输入信号稳态有效值的准确度将决定适配器输出信号的准确度。在IEC61000-4-15-2003 中，采用半周波有效值的分钟平均值作为输入信号的稳态有效值，但是这种方式面对方波 调制的波动信号时会出现非线性现象；在最新修订的IEC61000-4-15-2010中，采用半周 波有效值通过一阶低通滤波器得到输入信号稳态有效值，这种方式既能保证有效值的稳定 性又能跟踪输入信号的变化，本实用新型所述适配器采用该方式计算输入信号的稳态有效 值，函数表达式如下式（16):
[0049] 所述平方解调器的功能是从电压波动信号中分离出反映电压波动的调幅信号，算 法是将输入信号平方。
[0050] 所述高通滤波器采用截止频率为0. 1Hz的一阶高通滤波器，传递函数为式（17):
[0052] 所述低通滤波器采用6阶巴特沃斯滤波器，截止频率为30Hz，使100Hz分量衰减 55dB。
[0053] 所述加权滤波器用来匹配人体学视觉系统的频率选择行为，传递函数为式（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将信号平方后求和，优选1/4平方乘法器。
[0057] 所述一阶低通滤波器的作用是人体学视觉系统非线性视感和大脑的存储效应，其 中一阶低通滤波器的传递函数为式（19):
[0059] 所述比例因子的功能是将信号进行最佳匹配，对于230V50HZ的系统，当调制模式 为正弦波、闪变幅度为〇. 25%、闪变频率为8. 8Hz时，瞬时闪变Pinst的最大值应为1，比例因 子的作用是保证上述关系成立，它随采样频率而变化，见表1。
[0060] 表1比例因子
[0062] 所述处理器是用于对闪变源定位计算，采用
【发明内容】
所述方法进行计算，对各个 非波动负荷支路电流，如图1所示，根据叠加定理，产生的电流k(t)表达式为式（13):
[0064] 非波动性负荷支路电流中的闪变频率成份与基波频率成份的百分比为式（14)和 式（15):
[0067] 由于敏感的闪变频率成份为6Hz-12Hz，分析式（13)，（14)和（15)可知，非波动性 负荷的和k+ ^的百分比均较小，数量级比较接近。而对于波动性闪变源负荷， 为使母线上产生相应的闪变成份，闪变频率成份百分比必须足够大，即1^ω+Ω)，^和kv 比较，必须显著变大。
[0068] 所以通过测量波动性负荷闪变成份功率流向，并比较闪变频率电流成份幅值所占 基波幅值的百分数，即能确定闪变干扰源支路。
[0069] 如图3所示，所述处理器具体确定闪变干扰源支路的步骤如下：
[0070] S1 :通过母线电压的测量，判断是否发生闪变，并确定是否是多个频率闪变；
[0071] S2:通过变电站进线变压器两侧的母线电压测量，判断闪变扰动源是站内还是系 统侧；若发生在系统侧，应采用所述方法对上一级系统母线电压分析；
[0072] S3:如果闪变扰动源是站内，则进一步判断是高压侧还是低压侧，缩小闪变扰动源 的范围。通过各馈线电流的测量，提取电流频率信号，通过功率方向及电流频率成份幅值百 分比综合判断闪变扰动源发生的具体馈线。
【主权项】
1. 一种电压波动与闪变源定位检测装置，其特征在于，由适配器、平方解调器、高通滤 波器、低通滤波器、加权滤波器、平方乘法器、一阶低通滤波器、比例因子、处理器、显示器依 序连接组成。
【专利摘要】一种电压波动与闪变源定位检测装置，由适配器、平方解调器、高通滤波器、低通滤波器、加权滤波器、平方乘法器、一阶低通滤波器、比例因子、处理器、显示器依序连接组成。本实用新型根据闪变能量在不同电压等级间传递规律，设计并提出了通过比较不同电压等级母线电压中相同的闪变频率成份幅值占基波幅值的百分比判断闪变干扰源电压等级的装置，可以确定实际电力系统中闪变干扰源，对电能质量进行治理。
【IPC分类】G01R31/00
【公开号】CN205091399
【申请号】CN201520442749
【发明人】沈鑫, 闫永梅, 曹敏, 李月梅, 周年荣
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年6月25日