本發(fā)明涉及一種間諧波閃變檢測裝置及方法，具體涉及一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測裝置及方法。

背景技術(shù)：

在當前智能電網(wǎng)的大環(huán)境下，越來越多的電力電子裝置、波動電源以及波動負荷在電力系統(tǒng)中被廣泛使用，由此帶來的間諧波問題變得愈發(fā)突出。間諧波不僅具有諧波帶來的危害，還會引發(fā)電壓波動與閃變。電壓閃變指電壓波動造成燈光不穩(wěn)定的人眼視感反應(yīng)，反映了電壓波動引起的燈光閃爍對人視感產(chǎn)生的影響。

間諧波引發(fā)的閃變檢測是間諧波問題的研究重點之一。目前常用的閃變檢測方法是GB 12326-2008《電能質(zhì)量-電壓波動和閃變》推薦的IEC閃變測量方法。該方法存在兩大問題：一是其關(guān)注的是低頻間諧波引起電壓有效值波動導(dǎo)致的閃變，并未關(guān)注高頻間諧波引起電壓峰值波動導(dǎo)致的閃變，測量頻段范圍不足；二是其關(guān)注的是一對低頻間諧波疊加的特例—調(diào)幅波信號引起電壓波動導(dǎo)致的閃變，并未關(guān)注不同頻段間諧波相位對電壓波動的影響，間諧波對引發(fā)閃變測量的適用性不足。

鑒于電壓峰值波動對高頻間諧波以及間諧波對的敏感性、電壓波動和閃變的廣泛危害性以及現(xiàn)有檢測方法的不足，有必要研究高頻間諧波引發(fā)電壓峰值波動的閃變檢測方法，特別是間諧波對和多個間諧波引起的閃變檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測裝置及方法，能夠有效檢測高頻的單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引起電壓峰值波動而導(dǎo)致的閃變效應(yīng)。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案是提供了一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測裝置,具體包括電壓傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、閃變檢測分析模塊和工控機，其特征在于：

其中：信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡全部安裝于工控機內(nèi)部，工控機通過標準串行口獲得輸入數(shù)據(jù)，然后利用工控機內(nèi)的閃變檢測分析模塊完成對單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引起的峰值波動閃變效應(yīng)的檢測，檢測和分析結(jié)果顯示在工控機自帶的8.4寸液晶屏上，數(shù)據(jù)文件以二進制格式文件保存于工控機中。

本發(fā)明還提供了一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測裝置進行檢測的方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟1：通過電壓傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡對電網(wǎng)電壓信號進行適配和采樣，得到電壓采樣信號序列；

步驟2：通過閃變檢測分析模塊的插值FFT基波分析步驟，采用加漢寧窗的插值FFT算法對電壓采樣信號序列進行分析，提取得到基波信號的幅值、基波頻率和基波相位；

步驟3：通過閃變檢測分析模塊的樣條插值重采樣步驟，根據(jù)步驟2得到的基波頻率、原始采樣序列和采樣間隔，利用三次樣條插值方法重構(gòu)一個相對基頻同步的新電壓采樣序列；

步驟4：通過閃變檢測分析模塊的插值FFT諧波分析步驟，利用加漢寧窗的插值FFT算法對新電壓采樣序列分析提取得到諧波信號的幅值、頻率和相位，并基于步驟2和4得到的基波分量參數(shù)和諧波分量參數(shù)，將基波信號和諧波信號從原始信號中去掉，得到間諧波信號；

步驟5：通過閃變檢測分析模塊的基波倍頻時域同步信號構(gòu)建步驟，基于步驟2得到的基波分量參數(shù)，重構(gòu)得到倍頻同步信號；

步驟6：通過閃變檢測分析模塊的信號調(diào)制解調(diào)步驟，根據(jù)步驟4得到的間諧波信號和步驟5重構(gòu)得到的倍頻同步信號，分頻段對間諧波信號進行調(diào)制解調(diào)，得到含電壓拍頻分量的信號；

步驟7：通過閃變檢測分析模塊的插值FFT拍頻信號分析步驟，利用加漢寧窗的插值FFT算法對步驟6得到的含電壓拍頻分量的信號進行分析，提取得到拍頻分量的相對幅值和頻率，并計算瞬時閃變視感度；

步驟8：通過閃變檢測分析模塊的統(tǒng)計評價步驟和結(jié)果顯示報表打印步驟，對瞬時閃變視感度進行統(tǒng)計計算得到長時閃變值和短時閃變值，并進行結(jié)果顯示和報表打印。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明能夠有效檢測高頻的單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引起電壓峰值波動而導(dǎo)致的閃變效應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所示檢測裝置的原理框圖。

圖2為本發(fā)明所述檢測方法的步驟框圖；

圖3為IEC閃變測量方法的原理框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細描述。

如圖1所示，本實施例提供了一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測裝置,具體包括電壓傳感器1、信號調(diào)理電路2、數(shù)據(jù)采集卡3、閃變檢測分析模塊4和工控機5。

其中：信號調(diào)理電路2和數(shù)據(jù)采集卡3全部安裝于工控機5內(nèi)部，工控機5通過標準串行口獲得輸入數(shù)據(jù)，然后利用工控機5內(nèi)的閃變檢測分析模塊4完成對單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引起的峰值波動閃變效應(yīng)的檢測，檢測和分析結(jié)果顯示在工控機5自帶的8.4寸液晶屏上，數(shù)據(jù)文件以二進制格式文件保存于工控機5中。

閃變檢測分析模塊4基于LabVIEW軟件實現(xiàn)，閃變檢測分析模塊4中的檢測分析軟件具體包括插值FFT基波分析步驟、樣條插值重采樣步驟、插值FFT諧波分析步驟、基波倍頻時域同步信號構(gòu)建步驟、信號調(diào)制解調(diào)步驟、插值FFT拍頻信號分析步驟、瞬時閃變值頻域算法步驟、統(tǒng)計評價步驟和結(jié)果顯示報表打印步驟。

如圖2所示，本發(fā)明還提出了一種基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測方法。該方法能夠有效檢測高頻的單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引發(fā)的閃變效應(yīng)，其具體包括以下步驟：

步驟1：通過電壓傳感器1、信號調(diào)理電路2、數(shù)據(jù)采集卡3對電網(wǎng)電壓信號進行適配和采樣，得到采樣頻率f_s(采樣時間間隔T_s＝1/f_s)，采樣總時長t_s的電壓采樣信號序列x(n)，電壓采樣信號中采樣點的總個數(shù)為N＝f_s·t_s。

步驟2：通過閃變檢測分析模塊4的插值FFT基波分析步驟，采用加漢寧窗的插值FFT算法對x(n)進行分析，提取得到基波信號的幅值U、基波頻率f₁和基波相位

步驟3：通過閃變檢測分析模塊4的樣條插值重采樣步驟，根據(jù)步驟2得到的基波頻率f₁、原始采樣序列x(n)和采樣間隔T_s，利用三次樣條插值方法重構(gòu)一個相對基頻同步的采樣間隔為T_s'的采樣序列x_τ(n)，采樣點總個數(shù)為N₁,滿足N₁·T_s'·f₁＝k(k為整數(shù))，即重構(gòu)序列的采樣時間為基波周期的整數(shù)倍。

步驟4：通過閃變檢測分析模塊4的插值FFT諧波分析步驟，利用加漢寧窗的插值FFT算法對x_τ(n)分析提取得到諧波信號的幅值、頻率和相位，并基于步驟2和4得到的基波分量參數(shù)和諧波分量參數(shù)，將基波信號和諧波信號從原始信號中去掉，得到間諧波信號x_ih(n)

步驟5：通過閃變檢測分析模塊4的基波倍頻時域同步信號構(gòu)建步驟，基于步驟2得到的基波分量參數(shù)，重構(gòu)得到倍頻同步信號；

該步驟中倍頻同步信號如下：

基波信號

三次倍頻信號

五次倍頻信號

七次倍頻信號

……

式中：n＝1～N

步驟6：通過閃變檢測分析模塊4的信號調(diào)制解調(diào)步驟，根據(jù)步驟4得到的間諧波信號和步驟5重構(gòu)得到的倍頻同步信號，分頻段對間諧波信號進行調(diào)制解調(diào)，得到含電壓拍頻分量的信號。

該步驟中，含電壓拍頻分量的信號如下：

x_b(n)＝x_ih(n)·x₁(n)-x_ih(n)·x₃(n)+x_ih(n)·x₅(n)-x_ih(n)·x₇(n)+…

假若分離所得的間諧波信號為

利用倍頻同步信號對間諧波信號進行調(diào)制解調(diào)的結(jié)果為

式中：m_i為某次間諧波相對基波的幅值，M為間諧波個數(shù)，f_ih和分別為某次間諧波頻率以及該次間諧波的初相位,其中下標ihi表示第i個間諧波分量。

上述各調(diào)制解調(diào)信號中，頻率分量f_ihi-f₁、f_ihi-3f₁、f_ihi-5f₁、……為可能位于人眼敏感頻率范圍0.05～35Hz內(nèi)的信號，與間諧波引起的電壓峰值波動信號對應(yīng)。

對間諧波引起的電壓峰值波動信號詳細推導(dǎo)如下：

假設(shè)電壓信號僅由基頻成分和單個間諧波組成，則有

式中：U為基波電壓幅值，m為某次間諧波相對基波的幅值，f₁，f_ih和分別為系統(tǒng)基波頻率，基波初相位，某次間諧波頻率以及該次間諧波的初相位。

對于含單個間諧波的電壓信號，有：

式中：h為間諧波所靠近的奇數(shù)次諧波頻率次數(shù)。

由于m<<1，考慮到與基波峰值的同步，峰值最大值應(yīng)該在基波到達最大值，即時達到，此時有

式中：拍頻分量的相對幅值ΔU_peak＝m，拍頻分量頻率f_b＝|Δf|＝|f_ih-hf₁|，為相應(yīng)的拍頻信號的相位。

電壓峰值波動變動值為：

當h＝4k+1且間諧波頻率低于靠近的奇數(shù)次諧波頻率時，拍頻分量的相位為：

當h＝4k+1且間諧波頻率高于靠近的奇數(shù)次諧波頻率時，拍頻分量的相位為：

當h＝4k+3且間諧波頻率低于靠近的奇數(shù)次諧波頻率時，拍頻分量的相位為：

當h＝4k+3且間諧波頻率高于靠近的奇數(shù)次諧波頻率時，拍頻分量的相位為：

以上關(guān)系式表明，由于相位關(guān)系的影響，同拍頻的間諧波信號引起的電壓峰值波動要考慮相量疊加，拍頻的間諧波對引起的電壓峰值波動即可能呈增加趨勢也可能呈降低局勢。

步驟7：通過閃變檢測分析模塊4的插值FFT拍頻信號分析步驟，利用加漢寧窗的插值FFT算法對含電壓拍頻分量的信號x_b(n)進行分析，提取得到第i個拍頻分量的相對幅值m_bi和頻率f_bi，然后根據(jù)下式計算瞬時閃變視感度

式中：K為拍頻分量個數(shù)(K≤M),ΔU_bi為第i個拍頻分量的電壓峰值波動值(ΔU_bi＝2m_bi)，K(f_bi)為與光源種類相關(guān)的視感度加權(quán)系數(shù)，R(f_bi)為電壓波動信號的波形因數(shù)，K(f_bi)和R(f_bi)可以查試驗結(jié)果表得到。

步驟8：通過閃變檢測分析模塊4的統(tǒng)計評價步驟和結(jié)果顯示報表打印步驟，對瞬時閃變視感度S(t)進行統(tǒng)計計算得到最終的長時閃變值和短時閃變值并進行結(jié)果顯示和報表打印。

基于頻譜分離的間諧波峰值波動閃變的檢測方法通過對IEC閃變測量的改進，使其可以測量高頻的單個間諧波、間諧波對和多個間諧波引起的閃變，同時提高測量精度。本發(fā)明中，由信號調(diào)制解調(diào)步驟模擬燈，與如圖3所示IEC閃變測量方法的平方解調(diào)器步驟對應(yīng)；由插值FFT拍頻信號分析步驟、瞬時閃變值頻域算法步驟模擬人眼和腦，與IEC閃變測量方法的0.05～35Hz帶通濾波器、視感度加權(quán)濾波器、平方、一階低通濾波器步驟對應(yīng)。該方法為基于IEC閃變測量方法的改進，其信號調(diào)制解調(diào)可基于頻譜分析的結(jié)果提取間諧波引起的電壓峰值拍頻信號，以模擬熒光燈和LED燈等對高頻間諧波敏感的光源；其插值FFT拍頻信號分析步驟、瞬時閃變值頻域算法步驟可計算不同電壓峰值拍頻信號對閃變效應(yīng)的貢獻值，以模擬人眼對不同光源不同頻率拍頻信號的敏感度，模擬人腦對光源光通量波動的記憶效應(yīng)。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。