用于测量IEC标准电压闪变的方法

摘要

本发明涉及用于测量IEC标准电压闪变的方法，包括：测量系统初始化，采集电压峰值，预处理数据，按查表算法处理数据，按频率补偿算法处理数据，计算短时电压闪变值，计算长时电压闪变值。本发明以简化的运算过程减少RAM存储空间占用率，保障采样连续性，从而确保测量精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量IEC标准电压闪变的方法，应用于电力系统中 供配电系统的电能质量检测与分析。

背景技术

据申请人了解，电压闪变(Voltage Flicker)是指白炽灯因电压波动造成 灯光照度不稳定的人眼视觉反应。之所以选用白炽灯作为参考标准，是因为 在办公、商用、民用建筑内，白炽灯占有相当大的比例，并且白炽灯的光功 率与电网电压的平方成正比，受电压波动影响最大。在电力系统中，电压闪 变是电能质量评定标准中重要的参数之一。

由于国家政府提倡可持续发展，要求大力开发并利用可再生能源，在未 来的新型电力系统中，太阳能、风能等新能源将大规模并入电网，由于这些 能源受限于地理条件、气候，只能间隙式并入电网，这样在它们开始并入和 脱离电网的时刻会对电网产生较大扰动，引起电网电压周波时间级的突升、 突降，不利于保证电能质量稳定。同时，未来新型的功率冲击性和波动性负 荷会越来越多，如炼钢用电弧炉、由可控硅整流供电的轧钢机、电焊机、电 力机车等，其功率高达几万千瓦甚至十几万千瓦，由于这类干扰性负荷的功 率因数普遍较低且无功功率变化量大，这些负荷在运行时将引起公共连接点 (PCC）的电压幅值大幅度快速变动，严重时可能使同一电磁环境下的其它电 气设备不能正常工作，给生产带来经济和效益上的影响，给人们的生活带来 了不便。这就需要有高精度的电压闪变测量方法，能精确地测量电压闪变， 为电力系统采取措施提供预警。

现有的电压闪变测量方法大多采用快速傅里叶变换（FFT）进行运算（例 如申请号201110124225.4公布号CN102288807A的中国发明专利申请），但是 这种方法的问题在于：快速傅里叶变换的运算过程比较复杂，运算时需占用 大量的RAM存储空间，会影响主程序任务的运行，使整个测量系统在采样过 程中容易因此而丢波，导致测量精度不够精确。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提出一种用 于测量IEC标准电压闪变的方法，以简化的运算过程减少RAM存储空间占用 率，保障采样连续性，从而确保测量精度。

本发明解决其技术问题的技术方案如下：

一种用于测量IEC标准电压闪变的方法，其特征是，应用于由控制器和 三相电能计量芯片组成的测量系统，所述控制器与三相电能计量芯片通信连 接，所述三相电能计量芯片用以自动计算并寄存电压峰值，所述电压峰值为 电压波峰值或电压波谷值；所述方法包括以下步骤：

第一步、开始测量；测量系统初始化，清空所有电压加权数据U_j，并令 j=1，清空所有短时电压闪变值P_st[n]，并令n=1；

第二步、控制器采集电压峰值：

S1.初始化，清空所有电压数据u_i，并令i=1；

S2.读取三相电能计量芯片寄存的电压峰值，将该电压峰值存入电压数据 u_i，同时开始从零计时；

S3.判断i是否等于第一预定值N，若否则令i=i+1并等待计时至第二预定 值T时转至S2，若是则转至第三步；

第三步、控制器预处理数据：

S4.计算电压数据u_i的平均值然后计算调幅波数据u'_i，$u_i^{\prime }=\left|u_i\right|-\bar{u},1$$\le i\le N;$

S5.计算由调幅波数据所形成正弦调幅波中各过零点所处时间值zero[k]， k=(i-1)+N×(j-1)；

S6.计算电压加权数据$U_j=\frac{1}{\bar{u}}\times \sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\left(\right|u_i|-\bar{u})}^2}{N}};$

S7.判断j是否等于第三预定值M，若否则令j=j+1并转至第二步，若是则 转至第四步；

所述第一预定值N与第三预定值M之间的关系为：所述第二 预定值T为电力波半周期；所述第三预定值M≥1000；

第四步、控制器按查表算法处理数据：

S8.计算调幅波的波动频率f_Ω，F_w为电力波角 频率；

S9.根据IEC标准给出的单位瞬时闪变S=1时的电压波动表，查找f_Ω所处 频率区间，使f₁<f_Ω<f₂；计算视感度系数Kfx， Kfx=[(f_Ω-f₁)×d₂+(f₂-f_Ω)×d₁]/(f₂-f₁)；转至第五步；

第五步、控制器按频率补偿算法处理数据：

S10.计算相对电压变化值${(\mathrm{\Delta u}/\bar{u})}_j=2\sqrt{2}\times U_j\times \mathrm{Kfx},1\le j\le M;$

第六步、控制器计算短时电压闪变值：

S11.计算瞬时闪变视感度$S_j={({(\mathrm{\Delta u}/\bar{u})}_j/0.25\%)}^2,1\le j\le M;$

S12.从M个瞬时闪变视感度S_j中统计出99.9%、99%、97%、90%、50% 概率大值，分别作为P_0.1、P₁、P₃、P₁₀、P₅₀，然后计算短时电压闪变值P_st[n]， $P_{\mathrm{st}}=\sqrt{{0.0314P}_{0.1}+{0.0525P}_1+{03.0657P}_3+{0.28P}_{10}+{0.08P}_{50}};$

S13.判断n是否等于第四预定值Z，若否则令n=n+1并转至第二步，若是 则转至第七步；所述第四预定值Z与长时电压闪变观察时间X的关系为： Z=X/10分钟；

第七步、控制器计算长时电压闪变值P_lt，测量结束。

优选地，第一预定值N=60，第二预定值T=10毫秒，第三预定值M=1000， 第四预定值Z=12。

申请人经深入地实践研究后终于得出上述测量方法，能够在不采用快速 傅里叶变换FFT运算的情况下，精确地得出短时电压闪变值P_st和长时电压闪 变值P_lt。本发明方法采用分批次的方式，每批以若干个电压峰值为一个采样 组，各数据处理步骤的运算简单快速，RAM存储空间占用率低，耗费时间很 短，可实现边采样边处理数据，且两者互不影响，从而确保测量精度。

附图说明

图1为本发明实施例的主体流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不 限于所给出的例子。

实施例

本实施例用于测量IEC标准电压闪变的方法，应用于由控制器和三相电 能计量芯片组成的测量系统，控制器与三相电能计量芯片通信连接，三相电 能计量芯片用以自动计算并寄存电压峰值，电压峰值为电压波峰值或电压波 谷值。三相电能计量芯片可外购，如钜泉光电科技公司的ATT7022E；控制器 可采用MCU；控制器与三相电能计量芯片之间可以SPI总线通信连接。

如图1所示，本实施例方法包括以下步骤：

第一步、开始测量；测量系统初始化，清空所有电压加权数据U_j，并令 j=1，清空所有短时电压闪变值P_st[n]，并令n=1；

第二步、控制器采集电压峰值：

S1.初始化，清空所有电压数据u_i，并令i=1；

S2.读取三相电能计量芯片寄存的电压峰值，将该电压峰值存入电压数据 u_i，同时开始从零计时；

S3.判断i是否等于第一预定值N，若否则令i=i+1并等待计时至第二预定 值T时转至S2，若是则转至第三步；

第三步、控制器预处理数据：

S4.计算电压数据ui的平均值然后计算调幅波数据u'_i，$u_i^{\prime }=\left|u_i\right|-\bar{u},1$$\le i\le N;$此步中，将作为该组电压数据u_i的直流分量，然后剔除直流分量得 到调幅波数据u'_i。

S5.计算由调幅波数据所形成正弦调幅波中各过零点所处时间值zero[k]， k=(i-1)+N×(j-1)；

S6.计算电压加权数据$U_j=\frac{1}{\bar{u}}\times \sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{\left(\right|u_i|-\bar{u})}^2}{N}};$

S7.判断j是否等于第三预定值M，若否则令j=j+1并转至第二步，若是则 转至第四步；

所述第一预定值N与第三预定值M之间的关系为：所述第二 预定值T为电力波半周期；所述第三预定值M≥1000；

第四步、控制器按查表算法处理数据：

S8.计算调幅波的波动频率f_Ω，F_w为电力波角 频率；

S9.根据IEC标准给出的单位瞬时闪变S=1时的电压波动表，查找f_Ω所处 频率区间，使f₁<f_Ω<f₂；计算视感度系数Kfx， Kfx=[(f_Ω-f₁)×d₂+(f₂-f_Ω)×d₁]/(f₂-f₁)；转至第五步；

此步中的查表算法即利用了查表的快速优势，又通过公式修正视感度系 数以提高闪变测量的精度。

第五步、控制器按频率补偿算法处理数据：

S10.计算相对电压变化值${(\mathrm{\Delta u}/\bar{u})}_j=2\sqrt{2}\times U_j\times \mathrm{Kfx},1\le j\le M;$此步中，根 据以8.8Hz为中心的单峰加权滤波效应，研究出按8.8Hz频率特性化的相对电 压变化。

第六步、控制器计算短时电压闪变值：

S11.计算瞬时闪变视感度$S_j={({(\mathrm{\Delta u}/\bar{u})}_j/0.25\%)}^2,1\le j\le M;$

S12.从M个瞬时闪变视感度S_j中统计出99.9%、99%、97%、90%、50% 概率大值，分别作为P_0.1、P₁、P₃、P₁₀、P₅₀，然后计算短时电压闪变值P_st[n]， $P_{\mathrm{st}}=\sqrt{{0.0314P}_{0.1}+{0.0525P}_1+{03.0657P}_3+{0.28P}_{10}+{0.08P}_{50}};$

S13.判断n是否等于第四预定值Z，若否则令n=n+1并转至第二步，若是 则转至第七步；所述第四预定值Z与长时电压闪变观察时间X的关系为： Z=X/10分钟；

第七步、控制器计算长时电压闪变值P_lt，测量结束。

本实施例中，第一预定值N=60，第二预定值T=10毫秒，第三预定值 M=1000，第四预定值Z=12。

本实施例方法在内部应用试验中应用于南方电网配变计量终端的闪变测 量，测试过程中，测量精度能控制在5%内，符合IEC标准的要求，效果显著。

本实施例方法效率高、精度高，可从根本解决快速傅里叶变换FFT运算 复杂以及受其影响导致的丢波问题。

本实施例方法利用三相电能计量芯片连续采样半周波的电压峰值，各处 理步骤（尤其是视感度系数运算步骤）运算简单，可显著提高运算速度，提 高测量精度，降低对运算硬件的需求。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等 效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。