基于LabWindows /CVI的電壓閃變測量研究

　　0 引言

　　電力系統中具有沖擊性(快速變動)功率的負荷會引起電網電壓的波動和閃變，引起許多電工設備不能正常工作．嚴重影響電網的電能質量。因此，對電壓波動和閃變的準確測量顯得越來越重要。

　　國際電工委員會(IEC)給出了閃變測量和評估的國際統一規范，但IEC并未給出其具體實現方法。本文應用虛擬儀器開發平臺LabWindows／CVI開發了基于IEC閃變測量原理的閃變測量模塊，經驗證測量精度完全滿足IEC標準。

　　1 IEC閃變測量原理

　　IEC推薦的閃變儀原理框圖如圖1所示。輸入量為電壓信號，經過框1至框4的濾波器處理后獲得輸出信號瞬時閃變視感度S(t)，該信號反映了電壓波動引起燈光閃爍對人視覺的影響。對S(t)進行在線或者離線統計評定后，便可得出短時閃變值Pst或長時閃變值Plt。

　　2 IEC閃變儀中濾波器參數的確定

　　IEC推薦的閃變儀框圖中框1的功能是將輸入信號進行平方，送入框2中，用0．05 Hz～35 Hz濾波器濾去直流分量和工頻及以上的頻率分量。濾波器由一個0．05 Hz高通濾波器和35 Hz低通濾波器串聯實現。

　　0．05 Hz高通濾波器的傳遞函數為：

　　框3中的視感度加權濾波器的傳遞函數為：

　　框4中一階低通濾波器的功能是模擬人腦神經對視覺的反映和記憶效應，其傳遞函數為：

　　 式(4)中τ=300 ms。

　　在數字系統中實現上述濾波器需要將其數字化，通常有脈沖響應不變法和雙線性變換法。本設計中采用雙線性變換法，利用MATLAB中的變換函數： [NUMd，DENd]=BILINEAR(NUM，DEN，Fs)便可以實現。例如將35 Hz巴特沃斯低通濾波器由模擬濾波器轉換為數字濾波器的MATLAB程序為：

　　 其中n和d分別為模擬濾波器傳遞函數的分子和分母系數，本設計采用的采樣頻率為3 200 Hz，運行后得到的Nd和Dd即是數字濾波器的分子分母系數。

　　3 IEC閃變儀軟硬件實現

　　電壓閃變測量模塊硬件結構如圖2所示，電網電壓經過互感器板后將高電壓降為-5 V～+5 V之間的低電壓信號，然后送入采集卡進行AD轉換，轉換后的數字量送入工控機進行分析計算，最終得到閃變值。

　　按照國標規定，計算短時閃變需要不問斷測量10分鐘，即600秒，由于濾波器的收斂需要一定時間，如圖3所示，所以本設計每計算一次短時閃變需進行不問斷測量650秒，在計算閃變值時丟棄掉前50秒數據，以保證濾波器此時已經收斂到穩態值。經MATLAB仿真，上述所用濾波器在30秒時就已經進入穩態，為了保證計算的精確，本設計采用了50秒以后的數據。

　　閃變汁算時用到的濾波器實現時采用了LabWindows／CVI提供的濾波器函數IIRFiltering()，給出數字濾波器系統函數分子和分母多項式系數后，IIRFiltering()函數便可以對輸人數據進行IIR濾波。對數據進行處理的功能函數如下所示，此函數完成的功能是對采集的一包數據進行處理，處理后便可得到視感度曲線S(t)。本設計中采樣頻率為3 200 Hz，一包數據4個周波，所以每包數據中有256個數據。其中LPa、LPb為35 Hz低通濾波器系統函數的分子分母系數，LPx和LPy為濾波器收斂后的初始條件。

　　得到視感度曲線S(t)后，按照IEC推薦的方法，需要對其進行等周期采樣，分級計時，計算累積概率函數CPF，根據CPF最后得到短時間閃變值Pst及長時間閃變值Plt。Pst計算公式為：

　　按照IEC的規定，連續測量2個小時，得到6個短時間閃變值后便可以計算長時間閃變值Plt。

　　4 檢驗數據

　　IEC在給出閃變測量模型的同時，也給出了閃變測試儀的校驗標準，如表1所示。當輸入表中規定值的矩形調幅波時，要求測得 Pst="14-0"．05。為了對本設計進行驗證，按照IEC給出的校驗方法進行了測試，表1中第三列即為在采樣頻率fs=3 200 Hz的條件下測得的短時閃變值，可以看出其誤差均在IEC規定的范圍內，符合IEC的標準。

　　5 結論

　　本文按照IEC推薦的閃變測量方法，結合虛擬儀器設計思想，在LabWindows／CVI開發平臺上開發了電壓閃變測量模塊，作為電能質量分析系統的一部分，經仿真和實際應用檢驗，計算精度完全符合IEC的標準。