Matlab 电压闪变测量，基于IEC的电压闪变测量模块设计
简介
电力系统中具有脉冲（快速变化）功率的负载会引起电网电压的波动和闪烁，导致许多用电设备无法正常工作。严重影响电网的电能质量。因此，准确测量电压波动和闪烁变得越来越重要。
国际电工委员会 (IEC) 给出了闪烁测量和评估的国际统一标准，但 IEC 并未给出具体的实施方法。本文利用虚拟仪器开发平台LabWindows/CVI开发了基于IEC闪烁测量原理的闪烁测量模块，经验证其测量精度完全符合IEC标准。
1IEC闪烁测量原理
IEC推荐的闪烁计原理框图如图1所示，输入量为电压信号，输出信号瞬时闪烁视觉灵敏度S(t)经过方框1到方框1的滤波处理得到4、反映电压波动引起的光闪烁对人视觉的影响。在线或离线统计*确定S(t)后，即可得到短期闪烁值Pst或长期闪烁值Plt。
2IEC闪烁仪中滤波器参数的确定
IEC推荐的闪变仪框图中block 1的作用是对输入信号进行平方后送入block 2，使用0.05Hz～35Hz的滤波器滤除电源频率以上的直流分量和频率分量。滤波器由0.05Hz高通滤波器和35Hz低通滤波器串联实现。
0.05Hz高通滤波器的传递函数为：
框 3 中视觉敏感度加权滤波器的传递函数为：
方框4中一阶低通滤波器的作用是模拟人脑神经的反射和记忆效应，其传递函数为：
公式（4)中τ=300ms。
在数字系统中实现上述滤波器需要数字化，通常有脉冲响应不变法和双线性变换法。本设计采用双线性变换方法，可以实现MATLAB中的变换函数：[NUMd,DENd]=BILINEAR(NUM,DEN,Fs)。例如，将 35Hz Butterworth 低通滤波器从模拟滤波器转换为数字滤波器的 MATLAB 程序是：
其中n和d为模拟滤波器传递函数的分子分母系数，本设计采用的采样频率为3200Hz，运算后得到的Nd和Dd为数字滤波器的分子分母系数。
3IEC闪烁表的软硬件实现
电压闪变测量模块的硬件结构如图2所示，电网电压通过变压器板后，将高压降为-5V到+5V之间的低压信号，然后发送到AD转换采集卡，转换后的数字量送至工控机进行分析计算，最终得到闪烁值。
按照国家标准，短时闪烁的计算需要连续测量10分钟，即600秒。由于滤波器的收敛需要一定的时间，如图3所示，设计需要对每个短时闪烁计算。连续测量650秒，计算闪烁值时丢弃前50秒的数据，保证此时滤波器已经收敛到稳态值。通过MATLAB仿真，上面使用的滤波器在30秒时就进入了稳定状态。为保证计算的准确性，本设计采用50秒后的数据。
闪烁计算中使用的滤波器是使用LabWindows/CVI提供的滤波器函数IIRFiltering()实现的。在给出数字滤波系统函数的分子和分母多项式系数后，IIRFiltering()函数就可以作为IIR滤波的输入数据。用于数据处理的函数函数如下所示。该函数完成的功能是对采集到的一包数据进行处理，处理后可以得到视觉灵敏度曲线S(t)。本设计中采样频率为3200Hz，一包数据有4个周期，所以每包数据有256个数据。其中，LPa和LPb是35Hz低通滤波器系统函数的分子和分母系数，LPx和LPy是滤波器收敛后的初始条件。
得到视觉敏感度曲线S(t)后，按照IEC推荐的方法，需要等周期采样，不同级别定时，计算累积概率函数CPF。根据CPF，最终得到短期闪烁值Pst和长期闪烁值。变量值 Plt. Pst计算公式为：
根据IEC要求，连续测量2小时，得到6个短期闪烁值后，即可计算出长期闪烁值Plt。
4检验数据
IEC在提供闪烁测量模型的同时，也提供了闪烁测试仪的校准标准闪测仪，如表1所示。输入表中规定值的矩形调幅波时，Pst=14-0.05为需要测量。为了验证设计闪测仪，根据IEC给出的校准方法进行了测试。表1第三列是采样频率fs=3200Hz条件下测得的短期闪烁值。可以看出误差是平均的。在IEC规定的范围内符合IEC标准。
5 结论
根据IEC推荐的闪变测量方法，结合虚拟仪器设计思想，在LabWindows/CVI开发平台上开发了电压闪变测量模块，作为电能质量分析系统的一部分。经仿真和实际应用测试，计算精度完全符合IEC标准。
