CN102288807B - 一种测量电网电压闪变的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量电网电压闪变的方法,考虑谐波和电网频率可能造成的误差,提出了一种针对非整周期低采样率的高精度快速闪变计算方法。算法核心是采用较低的固定采样率,对电网电压波形进行非整周期采样,加余弦窗进行FFT,然后通过双谱线插值算法和频谱搜索算法,准确提取闪变频率分量,计算获得瞬时闪变视感度。本发明能在非整周期低采样率条件下,克服频谱泄漏和谐波混叠产生的误差,提高频率分辨率,有效简化闪变计算的复杂度,快速准确获得闪变测量结果。本发明降低了对模数转换器、处理器等硬件的性能要求,从而降低了闪变测量仪的成本,同时提高了测量精度,适用于电网电压闪变的快速低成本测量,具有很好的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量电网电压闪变的方法,属电力技术领域。
背景技术
随着国民经济的不断发展, 大量非线性大功率装置进入电网,造成了电网的污染如谐波、闪变等。为了对闪变的测量提供标准,我国参考国际电工委员会电磁兼容标准IEC61000-3-7,于2000年发布标准GB 12326-2000《电能质量 电压波动和闪变》,并在2008年进行了修订。IEC61000-4-15给出了相应的闪变测试结构框图,以及人脑对频率选择特性的传递函数,但这种方法比较复杂,对硬件平台的要求较高,实时性较差。
在时域进行闪变计算存在着计算量大的瓶颈,在频域进行闪变计算已经成为一种趋势,可以快速准确提取闪变调幅波。在频域进行闪变计算时,为避免频谱泄漏和电网谐波混叠产生的虚假频率,一般要求采样频率跟随电网频率变化,进行整周期同步采样,同时采用较高的采样率,以获得所需的频率分辨率。整周期高速采样对模数转换器、处理器等硬件的性能要求较高,增加了闪变测量仪的成本。文献《基于高精度FFT的电压波动和闪变计算方法》(中南七省(区)电力***专业委员会第二十四届联合学术年会,2009)提出了一种从频域角度分析的闪变计算方法,但是没有充分考虑频率分辨率对闪变测量带来的影响。文献《基于频谱分析的闪变值测量法》(《电测与仪表》,2010,47(04):46~48)提出的频谱分析方法,没有考虑电网谐波对闪变测量带来的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种非整周期低采样率下快速准确的低成本闪变测量方法。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种测量电网电压闪变的方法,其包括以下步骤:
本发明技术方案依据的原理是:
1、频谱搜索原理
由采样定理可知,抽样信号的频谱是原连续信号的频谱以抽样频率为周期进行周期性延拓。设为电网频率,当采样频率能分辨到次谐波时,次的谐波会以的频率出现在范围内,即可能落在闪变频率0~35Hz之间,因此需要进行频谱搜索,提取真实的闪变频率分量,剔除由于电压信号中谐波混叠产生的虚假频率。
电网中电压闪变的调幅波解析式为:
2、双谱线插值原理
(9)
与现有技术相比,本发明由于引入双谱线插值算法和频谱搜索算法,在非整周期低采样率条件下,通过频谱搜索算法以及双谱线插值算法,克服频谱泄漏和谐波混叠产生的误差,获得较高的频率分辨率,实现高精度低成本的闪变测量。采用本发明技术方案,能降低对模数转换器、处理器性能的要求,降低闪变测量仪的成本,克服频谱泄漏和谐波混叠产生的误差,提高频率分辨率,有效简化闪变计算的复杂度,提高测量精度。由于本发明不需要硬件抗混叠滤波器,因此可以在同一硬件电路下,实现闪变和谐波的同时测量,简化电能质量监测仪的设计。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种测量电网电压闪变方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的电压采样序列加布莱克曼窗进行FFT运算结果图;
图3是本发明实施例提供的对FFT运算结果进行双谱线插值运算结果图;
图4是本发明提供的线性预测闪变频率点处的标准电压波动值的效果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
实施例一
假设含有闪变的电网电压信号如(1) 式所示,其中电网频率,电网电压幅值, 闪变频率,调幅度,同时含有一个5次谐波分量,谐波幅值为1V。设采样点数为=1024,采样频率=256Hz,采样时间为4s,频率分辨率为0.25Hz,每10分钟获得一个。
在运算中,首先对电压通道以采样频率=256Hz采样4s获得1024个采样值,对电压采样序列加布莱克曼窗进行FFT运算,运算结果如图2所示。由图2可以看出,由于频谱泄漏,电网频率50.5Hz处幅值为92.4V,闪变产生的上下边频41.7Hz和59.3Hz附近幅值为0.113V,无法获得正确的频率分量和幅度。
对FFT运算的结果进行双谱线插值后,插值结果如图3所示。其中虚线为加窗FFT后的谱线,实线为双谱线插值修正后的谱线。由图3可以看出,在50.5Hz处有一个幅值为220V的频率分量,在41.7Hz和59.3Hz处各有一个幅值为0.275V频谱分量,可以获得正确的频率分量和幅度。
5次谐波频率,由于采样频率较低将发生频谱混叠,由图3可见,在处产生一个新的频率分量。由于闪变调幅波上下边频相对于电网中心频率镜像对称,41.7Hz和59.3Hz处的频谱关于50.5Hz镜像对称,所以经过频谱搜索,可以识别出41.7Hz和59.3Hz为闪变调幅波的上下边频,剔除3.5Hz处的虚假频率。
提取出电压闪变频率和波动值后,可以计算对应的瞬时闪变视感度S,重复上述操作即可获得S序列。十分钟可以获得150个S值,对S序列进行升序排序,找出S序列中的99.9%、99%、97%、90%、50%概率大值,最后可求得短时间闪变值Pst。
结果表明,本发明可以准确获得闪变测量结果。
表1
当所得的闪变电压频率不在IEC61000-4-15给定的频率点时,可通过线性插值,预测该频率处的电压波动值,然后才能计算对应的瞬时闪变视感度S。
图4给出了线性插值后各频率点的电压波动预测值。结果表明,预测曲线在IEC61000-4-15给定频率点处与标准值完全吻合。
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1. 一种测量电网电压闪变的方法,其特征在于,其包括以下步骤:
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