２８ 电力设备 第８卷第１２期 的程序。在对ｖｃ源程序进行校验时采用的方法为： 对一组波动与频率已知的正弦波动数据进行闪变的 ０ ０ Ｗ１ ２ ｆ（Ｈｚ） 检测，再将检测结果与理论值进行比较，校验结果证 实所做改进效果良好。框３的输出结果为Ｓ（ｔ），通过 ２０ ）（‘ ｌＢ、 ？ Ｉ‘９． ．ｓ（ｔ）的值利用分段线性插值法可求得Ｐ 。 Ｓｃｏｐｅ 图３ Ｍａｔｌａｂ中的模拟闪变仪模型 ２误差分析 在进行闪变仪的设计时完全遵循ＩＥＣ的设计标 准和规范，但最终得到的测量结果仍存在一定误差， 尤其在低频段误差更大 １３－１４ ３。以下将从几个方面对 可能出现误差的环节进行分析与说明。所采用的测 量频率和波动值是根据视感度Ｓ（ｔ）＝１为觉察单位 的电压波动和频率值所设定，因此下文中所给的结果 数值如无特别说明，均指ｓ（ｔ）的值，所指的误差主要 是指Ｓ（ｔ）的误差。 ２．１ 视感度滤波器的逼近原理 闪变是经过灯一跟一脑环节反映人对照度波动 的主观视感，引入视感度系数 （ 可以从本质上描述 灯一眼一脑环节的频率特性。 ＩＥＣ推荐的视感度系数为 ｒ介一 生圃搓塑蹙廑 墨：墨 重堕 垒 ２ “Ｖ 一 产生同样视感度的，正弦电压波动△ ％） 灯一眼一脑环节的频率特性 （ 可通过拉普拉 斯变换表示成频域的传递函数 （ｓ）形式。若以ｓ＝ （ ＝２ 代入 （ｓ），则成为 （ ）。通常多采用 幅频特性Ｋ（ ）＝ＩＫ（ｊ ）Ｉ。一般控制系统的传递函 数 （ｓ）多以典型环节的传递函数的乘积形式来描 述，因为典型环节的幅频特性曲线容易用线性逼近， 从而分析计算较容易。分析计算时采用对数幅频特 性，将各项之乘积转化为各项之代数和，并且习惯上 将各项值以ｄＢ（分贝）为单位表示。 图４是利用对数幅频特性曲线，以２０１ｇｍｏｊ， 一２０１ｇ（ ３），２Ｏｌｇ（ ２），一４Ｏｌｇ（ １）和 一２Ｏｌｇ（ ）共５条直线对对数频率特性曲线 ２０１ｒ，ＫＯ０进行逼近，它们的转折角频率分别是 ，、 、 。和 。再根据它们所对应的典型环节的传递函数 得到灯一眼一脑环节的传递函数。 －５ ４ Ｉ ２ｎ １０ ／ Ｉ＝２ ／７ ／， Ｗｊ ＝２ １Ｉ 图４灯一眼一脑环节的对数频率特性曲线 在Ｍａｔｌａｂ中实现视感度加权滤波器时采用的是 ＵＩＥ推荐的传递函数，即 …、 ｌｓ １＋ｓ／ｏＪ２ Ｋ（ ） 蕊 ；７ 式中，ｋ＝ｉ．７４８ ０２，Ａ＝２ｎ×４．０５９ ８１， 。＝２ｎ×９．１５４ ９４， ０）２＝２ｎ×２．２７９ ７９，￣－Ｏ３＝２ｎ×１．２２５ ３５，￣－Ｏ４＝２ｎ×２１．９。 由图４可见，采用典型环节和实际 ∽曲线逼近 获得的传递函数时，在某些频段存在较大的误差，这 和表１中的结果是一致的。 修正后的视感度加权滤波器的传递函数为 Ｋ（ｓ）＝（７．０１ｓ ＋１ＯＯ．５５ｓ）／（９．４３９ ２０２ ２８ｅ～ｓ ＋１．８５３ １１４ ５７５ｅ一 ｓ ＋１．１ １３ ２９０ ４３６ ９５ｅ ８２＋ ５．０４７ ９３１ ９３１ ２ｅ ｓ＋３．３０８ ２ｅ ） 此处是直接修正了传递函数的系数，从本质上说是 修正了典型环节的转折频率，并未增加典型环节的个数。 ２．２采样间隔的影响 理论上认为增大采样频率能得到更精确的Ｓ（ｔ） 值。这从表１的仿真结果也可明确看出。但在研究 过程中通过计算更多的采样频率下的ｓ（ｔ）值会发现， 通过增大采样频率来提高精度效果并不显著，反而会 增大整个过程的运算量，使硬件实现难度加大，故没 有必要使用很高的采样率。从表１可见，５００ Ｈｚ时小 波动段的误差还较大，但到６００ Ｈｚ时已可满足精度要 求了 。 ２．３ Ａ／Ｄ量化位数的作用 图５为不同Ａ／Ｄ转换位数下的视感度曲线。由 图５可知，总体上看Ａ／Ｄ转换位数越高精度越好。对 于实际闪变仪而言，１４位已经能满足精度要求了，但 考虑到要保留一定的裕度，所以一般还是采用１６位 的Ａ／Ｄ转换位数。 需要说明的是此处对Ａ／Ｄ位数所做的研究只是 理论上的量化误差，而不是实际的转化误差。 维普资讯 http://www.cqvip.com 新成果与技术应用 卢迪平等：电压闪变仪检测精度的研究 ２９ ５ ４ ３（ ｊ２ —一一１ ．．．．．．．． 一阶低通滤波器。在对滤波器进行离散化时采用了 双线性变换法，考虑到滤波器的系数精确度对结果的 影响，因而将滤波器的系数保留到小数点后ｌ５位。 经研究发现，对其余的滤波器不用保留这么精确的系 数，但对所加的提取载波幅值的滤波器，系数的精确 程度对结果影响非常大。 ２．６ 闪变统计分级级数对误差的影响 求Ｐ ＋的方法有多种，比较常用的有分段线性插 ｆ／Ｈｚ 值法、统计排序法和多项式曲线拟合法。本文采用的 是分段线性插值法。在研究过程中，对一些测试数据 进行闪变的检测时发现，如果分级太少，对一些小波 动的数据（比如市电下测得的数据）可能检测不出波 图５不同Ａ／Ｄ转换位数下的视感度 ２．４数据量对结果的影响 此处研究的数据量的影响是指采样周期的影响， 比较了在ＶＣ环境下采样率为６００ Ｈｚ时对数据分别 采ｌ０个、５个和１个周期的不同结果，见图６所示。 动。当将分级分别设为１０２４、２０４８、４０９６、８１９２级时 比较结果会发现，分级越多精度越高，所得拟合曲线 越平滑，效果越好；当设为４０９６级时，已能检测出市 电中的波动，且精度较高；但当设为８１９２级时，在ＰＣ 机中的运算时间很长，但精度比４０９６级提高不多。 因此经比较最后采用的分级数为４０９６。 ２．７仿真结果对比 表１列出了检测误差结果的对比，其中包括不同 采样率下（６ ４００ Ｈｚ、６００ Ｈｚ和５００ Ｈｚ）及在Ｍａｔｌａｂ中 Ｕ ｌ ３ ５ ８ ８ １１ 仿真得出的５（ｔ）和Ｐ 以及Ｓ（ｔ）的误差大小。其中 数字仿真的结果均为Ａ／Ｄ转换位数为ｌ６位，求Ｐ 的 分级时采用了４０９６级。 ｄａｔ￣ＷＨｚ 图６不同数据量时的Ｓ（ｔ）值 由图６可见，采１个周期时误差极大，这是由于 一由表１可看出，连续和离散后的结果非常一致， 说明此种闪变仪的实现方法良好。比较不同采样率 下的结果和出现误差大小的频段可知，以上所做的分 析是正确的。 般的系统中都存在冲击，如果只采１个周期的数 据，可能刚巧采到冲击中的数据，造成很大的误差；当 采５个周期时已经基本能躲过冲击，但误差仍较大； 采ｌ０个周期的数据时效果良好；但如果继续增加数 ３实验数据验证 ＩＧ为ＶＳＩ型电力扰动发生装置的简称， 是电 能质量研究和实验的重要工具。由于该装置可准确 据量，对精度的提高并不大，却会增大计算量。虽然 在ＰＣ机中实现起来比较容易，但不适合于实际应用。 ２．５离散化过程中滤波器系数位数的影响 与Ｍａｔｌａｂ的模拟仿真过程相比，因在实际工程中 的电压波动可能存在一些干扰，为去除它们的影响， 在用ＶＣ实现数字滤波器时加了一提取载波幅值的 发现供电系统所承受的各种扰动、负荷的时变性与非 线性等造成的各种各样的供电电能质量问题，因而已 被广泛用于电力技术研究、测试、电力设备，特别是电 能质量类设备的开发制造行业。 维普资讯 http://www.cqvip.com
电力设备 第８卷第１２期 采用ＩＧ产生的一组电压波动数据进行闪变的检 测，ＩＧ所产生的波动电压为调制波频率均为ｆ＝１０ Ｈｚ， 电压波动分别为１０／９０、５／９５、１／９９，以Ｆ ＝５００ Ｈｚ进 ５参考文献 ［１］ 肖湘宁，韩民晓，徐永海，等．电能质量分析与控制［Ｍ］．北 行采样，再用修正各项参数后的程序与之前的检测结 京：中国电力出版社，２００４ ． 果相比较，证实所研制的闪变仪的检测结果经修正后 ［２］马玉龙，刘连光，张建华，等．ＩＥＣ闪变测量原理的数字化实现 其误差大大减小。需要说明的是，由于实验数据所 方法［Ｊ］＿．中国电机工程学报，２００１，２１（１１）：９２—９５． 限，采用的是Ｆ。＝５００ Ｈｚ下的数据，故在波动较小时 ［３］ＩＥＣ ６１０００—４—１５．Ｆｌｉｅｋｅｒｍｅｔｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｐｅｃｉｉｆｃａ－ 误差较大。但如果能将采样频率提高一些，其效果将 ｔｉｏｎｓ［Ｓ］，１９９７． 更理想。表２为修正前后的值与理论值的对比。 ［４］ 高师湃，李群湛，贺建闽．闪变测试系统研究［Ｊ］．电力自动化 设备，２００２，２２（５）：２２—２５． 表２实验数据对比 ［５］Ｒｎｉｚ Ｊ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｎｓｉｉｔｖｉｔｙｔｏｔｈｅｍａｉｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｖｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉ ｔａｌ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｏ ｔｈｅ ＵＩＥ ｉｌｆｅｋｅｒｍｅｔｅｒ［Ｍ］．２０００． ［６］ 高师湃，李群湛，贺建闽．基于ＩＥＣ标准的闪变测试系统研究 ［Ｊ］．电力自动化设备，２００３，２３（７）：２７—３０． ［７］ Ｒｕｉｚ Ｊ，Ｇｕｔｉｅｒｒｅｚ，Ｉｒｕｓｔａ Ｕ．Ｓｉｎｇｕｌａｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｉｎ ｒｅｃｔａｎｇｕｌｒａ ｌｆｕｃｔｕａｔｉｏｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ＩＥＣ ｆｌｉｅｋｅｒｍｅｔｅｒ［Ｊ］．Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，ＩＥＥＥ ４结论 Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ，２００７．２２（２）：１２５５—１２５６． ［８］孙树勤．电压波动与闪变［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９８． （１）通过对视感度系数Ｋ（ 的频率特性曲线的 ［９］赵海翔，陈默子，戴慧珠．闪变值离散化计算的误差分析及其 逼近来获得视感度滤波器的传递函数时，改善转折角 应用［Ｊ］，电网技术，２００４，２８（１３）：８４—８７． 频率能获得更高的精度。 ［１０］Ｗｉｋｓｔｏｎ Ｊ Ｍ．Ｔｈｅ ｆｌｉｃｋｅｒ ｍｅｔｅｒ－ＩＥＥＥ Ｓｔｄ １４５３／ｓｐｌ ｔｒａｄｅ／－２ＯＯ４ （２）增大信号采样率Ｆ 可以提高精度，但增大 ［Ｓ］．２ＯＯ６． 到一定程度后其效果并不显著，反而会增大整个过程 ［１１］赵海翔，陈默子，戴慧珠．风电并网引起闪变测试系统仿真 的计算量。 ［Ｊ］．太阳能学报，２００５．２６（１）：２８—３３． （３）综合考虑Ａ／Ｄ转化时的量化位数对精度的 『１２］ Ｗｉｋｓｔｏｎ Ｊ Ｍ．Ｔｈｅ ｆｌｉｃｋｅｒ ｍｅｔｅｒ—ＩＥＥＥ Ｓｔｄ １４５３／ｓｐｌ ｔｒａｄｅ／一 影响及硬件实现条件，采用了１６位的Ａ／Ｄ即可。 ２００４．２Ｏ０６． （４）在采样率为６００ Ｈｚ时，采ｌ０个周期便能得 ［１３］Ｇｉｏｖａｎｎｉ Ｂ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＩＥＣ ｆｌｉｃｋｅｒ ｍｅ— 到较高的精度，且不影响运算速度。 ｔｅｒｎ ｉｎ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ ｃｏｎｄｉｉｔｏｎｓ［Ｓ］．２００６． ［１４］ 赵剐，施围，林海雪．闪变值计算方法的研究［Ｊ］．电网技术， 本文所述的修正方法可以很有效地提高闪变仪 ２００１，２５（１１）：１５—１８ 的测量精度，但尚有一些有待继续研究的地方： ［１５］ 王世一．数字信号处理［Ｍ］．北京：北京理工大学出版 改进灯一跟一脑环节的对数频率特性曲线的逼 社．２０００． 近程度，可在全部频段内改善闪变仪的测试效果；如 果想得到更好的逼近曲线，可用更多的典型环节去逼 收稿日期：２００７－０９－０３ 近，或对转折频率进行重新选择，再用最小二乘法等 作者简介： 来确定传递函数的系数。但这又将增加传函的阶数。 卢迪平（１９８３－），女，硕士研究生，主要从事非线性负荷对 在设计闪变仪的各个参数时必须考虑到用硬件 电力系统的影响方面的研究工作； 实现时的难度（如采样率和Ａ／Ｄ转换率），不能片面 韩民晓（１９６３－），男，教授，主要从事电力电子技术在电力 强调提高精度，而应综合考虑。 系统中的应用方面的研究工作。 （责任编辑孟凡凤） Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｆｏｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｆｌｉｃｋｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ＬＵ Ｄｉ－ｐｉｎｇ，ＨＡＮ Ｍｉｎｇ－ｘｉａｏ．ＨＵＡＮＧ Ｚｈｉ－ｗｅｎ （Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂ面ｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｙｐｅ ｆｌｉｃｋｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｍｄｐｌｅ ｏｆ ＩＥＣ ｆｌｉｃｋｅｒ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｄｉｇｉｔａｌ ｔｙｐｅ ｆｌｉｃｋｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｄｉｓｃｒｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｔｏ ａｄｏｐｔ Ｍａｔｌａｂ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ｆｉｌｃｋｅｒ ｉｎｓｔｒｍｎ￣ｔ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ａｆｆｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｉｎｃｌｕｄｅ：ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ ｆｌｉｔｅｒ；ｓｉｇｎａｌ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｒａｔｅ Ｆｓ；ｔｈｅ ｑｕａｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｎｕｍｂｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆＡ／Ｄ； ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄａｔａ ｂｕｌｋ；ｔｈｅ ｇａｄｅ ｓｅｒｉｅｓ ｗｈｅｎ Ｐｓｔ ｉｓ ｔａｋｅｎ ｕｓｉｎｇ ＣＰＦ ｃｕｒｖｅ．Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｌａｂ ａｎｄ ＶＣ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆｏｎＣｎａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｎｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ ｐｒｏｇｒａｍ Ｗａｓ ｍａｄｅ ｆｏｒ ｍｌｍｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ ｆｉｌｃｋｅｒ ｖａｌｕｅ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＣＯｌＴｅ￣ｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｈａｓ ａａｏｄ ｅｆｆｅｃｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｍｐｒｏｖｍｍｔ ｏｆｆｉｌｃｋｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ０ｄ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｖｅｒｉｉｆｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ． ．。 Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｉｌｃｋｅｒ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ；ｖｏｌｔａｇｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ；ｖｉｓｕａｌ ａｃｕｉｔｙ ｏｆｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ ｆｉｌｃｋｅｒ；ｓｈｏｒｔ ｔｉｍｅ ｆｌｉｋｃｅｒ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ
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