基于曲線模糊辨識的電壓閃變檢測方法

本文將介紹一種使用模糊辨識方法的閃變計算方法。建立了一個簡單、可溯源的數(shù)學模型，利用砂礫統(tǒng)計理論，得出瞬時閃變計算統(tǒng)計周期內閃變值的計算模型；通過matlab分析得出波動頻數(shù)值、瞬時閃變分布圖。

【關鍵詞】模糊辨識 閃變 計算方法

本方法主要是對電壓有效值包絡線進行分析，引入曲線模糊辨識技術，確定了一個模糊辨識計算方法和辨識函數(shù)，結合辨識段數(shù)據(jù)的極值查找，確定變化量和相應的頻數(shù)，直接溯源到周期性矩形（或階躍波）電壓變動的單位閃變（PST=1）曲線描述上。

1 電壓數(shù)據(jù)中提取調制信號處理

對于數(shù)字處理流程，相對50hz的信號頻率，對每個周波內的采樣數(shù)據(jù)個數(shù)是一個已知的定數(shù)。在測量中通常會使用鎖相技術來保證每一個周波內得到穩(wěn)定的采樣點數(shù)N。后續(xù)處可以參考采樣點數(shù)進行處理。設電壓中的調制信號函數(shù)為f（t）。

由于三角函數(shù)的正交性，對（2）式數(shù)據(jù)序列逐點在每一個周波內做N個點的平均值陷波計算，濾除工頻信號及其所有的倍頻信號，將cos項完全濾除，序列做整個數(shù)據(jù)序列的平均值，得到。對式中序列做逐點開方，并減去1，就可以得到產生波動的電壓調制信號f（t）。

2 波動峰值辨識

閃變標準中，要求30mS內的變化不計為波動，同方向的變化也只計為一次變化，所以辨識需要靈敏有效和合適的分辨時間寬度。由于閃變的一般信號最高頻率為25hz，而預處理后的數(shù)據(jù)相當于100hz的數(shù)據(jù)，每個點占有10mS，做下函數(shù)定義：fs{i}={-2，-1， 0， 1， 2}。辨識函數(shù)的帶寬約在30hz左右，滿足模糊辨識要求與標準的要求。

2.1 閃變參數(shù)量的查找計算

由包絡線數(shù)據(jù)Ux[i]的第1個數(shù)據(jù)開始，做下計算Dn為辨識值。

f（t）該段趨勢斜率大于0時，Dn為正；趨勢斜率小于0時，Dn為負。當辨識值Dn每發(fā)生一次符號變化時，從i點開始的5個f（i）數(shù)據(jù)段內找到一個極值；Dn由正變?yōu)樨摃r，找最大值；Dn由負變正時找最小值。同時記錄出現(xiàn)最大值和最小值時對應的時刻（或i值）。相鄰兩個最大值和最小值的差的絕對值的百分比記為波動變化量Bn（k）；相鄰2個極值點（最大值和最小值）之間對應的點間隔乘以0.01秒， 等于兩個點對應ik和ik+1的時差dt，將dt換算成頻數(shù)fk（k）。

2.2 溯源計算

對應閃動頻數(shù)fk（k），周期性矩形（或階躍波）電壓變動的單位閃變（PST=1）曲線對應的數(shù)據(jù)表格，得到瞬時頻數(shù)fk（k）對應的瞬時閃變值Pst=1的變動值d%，則瞬時閃變值

。如圖1所示。

2.3 測量周期內瞬時閃變值的砂礫統(tǒng)計計算

在Pst[k]中找到最大值，Pst_max；

按Pst_max分成200級，做Pst[k] =INT（ Pst[k]*200 / Pst_max ） INT為取整數(shù)運算，將Pst[k]中值為I 的個數(shù)放在ZF[I]中，其中I = {0，200}。

參考砂礫統(tǒng)計方法，直接剔除掉不屬于砂礫的泥土和大石塊，以單體質量I乘以數(shù)量ZF[I]的累加，再除以總數(shù)量的方式來標度。此方法與正態(tài)分布做剔除3σ外數(shù)據(jù)后的平均值分析相同。

3 波動頻數(shù)與瞬時閃變分布密度

此方法同時還可以得到波動頻數(shù)sgmNum和瞬時閃變分布密度直方圖。有效信息量遠大于單純的閃變計算值描述。對一組測量周期為2分鐘的電壓波動實測數(shù)據(jù)進行matlab程序模擬計算，已知Pst=1，波動頻數(shù)分別為39和1620，計算結果見圖2，其x坐標為瞬時閃變值與最大值之比后乘以200，用坐標為測量周期內的波動頻數(shù)。

其中波動頻數(shù)較高的圖形中，分布范圍較大，是因為1620次/分鐘 對應頻率為13.5hz，相對10mS的數(shù)據(jù)周期為非整數(shù)周期，每個周波只有7個點描述，查找峰值點的偏差就要大一些，同時dt的密度分析也要粗糙些，所以分布范圍要大一些。單一頻率調制下的分布類似正態(tài)分布。

大部分數(shù)據(jù)集中在直方圖中較低的位置上，（在左側），極少數(shù)部分在右側，表明閃變源為標準中定義的熔化期不重疊的電弧爐負載；如果主要的數(shù)據(jù)集中分布在較大閃變的位置，（在右側），則表明閃變源為標準中定義的同時發(fā)生重疊率很高的波動負載；如果數(shù)據(jù)在整個范圍內比較平均，則可以認為是表明閃變源為標準中定義的同時發(fā)生的可能性很小的負載；如果數(shù)據(jù)集中在2-3個位置附近，則表明閃變源為數(shù)個重點波動負載。從這個分布密度圖可以看出閃變誘發(fā)原因，相對一個Pst值的標定，這種表達方式更科學、對我們進行波動源的查找更有價值。

4 結論

波動和閃變是相輔相成的，閃變的計算不能為計算而計算，更應該與波動的分析相呼應，給出更多的信息。本文所推薦的模糊辨識方法，在得到調制波形后，直接查找峰值和波動頻數(shù)，溯源到GB12326-2008中周期性矩形（或階躍波）電壓變動的單位閃變（PST=1）曲線對應的數(shù)據(jù)表格，計算瞬時閃變值并按我們所熟悉的統(tǒng)計方法統(tǒng)計，給出更多的有關波動的信息。計算量小，有效數(shù)據(jù)量大，將閃變與波動以及標準溯源有機結合，方法更科學。

參考文獻

[1]GB/T 12326-2000電能質量[S].電壓波動和閃變，2000.

[2]馬永強，張有玉，武劍.IEC閃變儀對間諧波引起的電壓閃變測量誤差的分析[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（01）：23-27.

[3]GB/T 12326-2008電能質量[S].電壓波動和閃變，2008.

[4]DL/T 1198-2013[S].電力系統(tǒng)電能質量技術管理規(guī)定，2013.

作者簡介

韓雄輝（1982-），男，廣東省梅州市人。碩士學位?，F(xiàn)為廣東電網有限責任公司梅州供電局工程師，主要從事供電可靠性積及電能質量管理工作。

作者單位

廣東電網有限責任公司梅州供電局 廣東省梅州市 514000