| 动态电能质量监测仪的设计与实现（四） 4电压质量监测数据处理方法 电压质量监测的分析方法按照扰动特征量提取方法可以分类为:均方根值法，缺省电压计算方法，瞬时电压dq分解法等〔22]〔26J。 4.1均方根值计算方法 电压暂降是指供电电压均方根值在短时间突然下降的变化情况。显然，采用均方根值可以衡量电压的暂降程度。已知，连续周期信号u()t的均方根值定义为hva下了二而(4一l)式中T—信号的周期。如果周期T不存在，或T小于被测量信号的半个周期，则采用式(4一1)计算出的均方根值不再具有原有的含义。对信号进行数字化处理之后，积分运算可采用下面的求和运算实现hva雁奋不;(4一2)式中N—一个周期中总的采样点数。均方根值计算中常采用滑动平均值法。当采集到新的样本点时，顺序将最早采集的样本点去除，然后用一个周期的滑动采样值进行均方根值运算，即可求出一个新的均方根值。这样，在每个采样瞬间都可得到一个新的均方根值。但是当有电压暂降发生时，均方根值有1个周期的的过渡时间。同时，均方根值计算结果也不能很明确地给出电压暂降起止时刻，更无法给出电压暂降发生时可能出现地相位跳变的大小。在电压暂降实时测量中，计算速度的快慢非常重要。若仅从检测算法上加速测量过程，一种实用的简便方法是取半个周期的采样数据进行滑动平均处理。但是，半个周期的算法仍存在上述整周期算法的不足。 4.2缺省电压计算方法 缺损电压定义为期望的瞬时电压和实际的瞬时电压之间的插值。期望的瞬时电压可通过对事件发生前电压进行外推得到。这类似与锁相环(PLL)法。因此可降期望的瞬时电压波形称为uLLP()t，即“PLL波形”，受扰动的波形成为ugas(t，)任一瞬时的缺损电压m(t)为m()t二uLLP()t一ugos()t。由三角函数的特性可知，两个正弦波的和差为另一个可能具有不同相位的正弦波，因此，只有暂降电压波形为正弦波，则缺损电压也将为正弦波。令由式(4一10)和式(4一11)可知，dq变换结果中的d轴分量反映了电压的均方根植，即通过理想三相电压的dq变换，可瞬时求取电压的均方根植。对于平衡的三相电压暂降，没有相位跳变问题。若设暂降电压的均方根值为呱，将暂降电压进行上述变换，仍可得到如式(4一10)和式(4一‘1)的结果，即、=彻碗，u。=o0因此暂降电压的幅值可瞬时确定。实际系统发生的电压暂降多为单相事件，而且很多电压暂降不仅引起PCC电压幅值的降低，还会引起电压的相位跳变。因此，对单相电压进行实时监测，判断是否发生电压暂降具有非常重要的意义。但前述bac一dq坐标变换是针对三相电路而言的，不适用于单项电路。考虑到对称三相三线电路中，电压各相具有波形相同、相位各相差1200的特点，可以单相电源为参考电压构造一个虚拟的三相系统，从而可利用前述的坐标变换进行电压暂降特征量的分析。
由式(4一15)和式(4一16)可知，电压的基波均方根值在‘中表现为直流分量，第h次高频振荡信号则分解为h士1次高频振荡信号的叠加;q轴电压的变换结果中直流分量为零，高频振荡信号的变换结果与d轴相似。因此，当电压中含 有较大的扰动时，峋不能表示为基波电压的均方根值，此时应采用滤波技术提取出与中的直流分量以瞬时获得反映电压的均方根值。当发生无相位跳变的电压暂降时，可由式(4一15)进行分析，通过直流分量的提取可求出基波相电压均方根值，由均方根值的变化即可判断电压暂降发生与否。而发生相位跳变角度a和电压均方根值为呱的电压暂降式，a相电压中基波分量变为彻‘吧sin(。+a)。设电压中仍含有如式(4一‘2)一(4一‘4)中的高频振荡成分，仍采取上述由单相延时的方法来构造另两相电压，将构造的三相电压按式(4一7)进行变换，并将变换后的d、q电压分量中的直流成分嘛和认。提取出来，则可得对于伪()t和巧()t中直流分量的提取，可采用简单数字滤波级联得到:相加滤波器消去伪()t和偏()t的奇次谐波，再经过积分滤波器消去伪()t和偏()t中的偶次谐波，最后得到直流分量的()t和%()t。在由滤波得到由分解分量的()t和偏()t后的直流成分后，可由下式计算有效值:此时得到的U即为a相基波电压有效值。依此方法求取b，c相基波电压有效值，就可得到实际测量的三相电压波形数据‘(小。，(，)，。。(，)的基波电压有效值。 4.3.2dq变换在程序中的运用 由于dq变换的瞬时特性，可以精确地测量到凹陷发生的时刻，幅值，以及相位跳变。本程序主要采用dq变换算法计算电压凹陷的特征值。在进行dq变换时，应保证在发生凹陷之前，C矩阵中sinotj和ocs砚与参考相(上述中为a相)具有相同相位和频率，而在发生凹陷时sniotj和。osotj保持凹陷发生前正常情况下的频率。这样才能监测到有效值的变化近而得到凹陷值。在由一相电压构造另外两相电压时，应尽量保证延时600相位角的准确。由于实际数据都是离散的，所以要对其进行插值运算(下一章进行介绍)。否则得到的波形将会产生比较大的误差。进行dq变换的结果还不是实际电压的基波有效值，必须滤除除直流分量外的基波和谐波分量，否则将含有比较明显的纹波。如下图所示: 图4.2的纹波是相当明显的，一部分是实际电压中含有谐波分量引起的，另一部分是在dq变换中由单相电压构造虚拟三相电压引起的。而且发生凹陷时的T/6个周波内波形发生不规则的跳变，这是由于dq变换延时600相位角引起的，如果要得到更精确的值，就必须对这部分数据进行校正。而经过滤波后的电压波形如下图所示:图4.3滤波后地电压波形由上图可以看出经过数字滤波后，纹波基本上消除了，得到比较平坦的电压有效值曲线。但是波形发生了明显的延时，这是由于滤波所带来的。我们将在下面章节介绍如何进行修正来减少这个延时。 4.4FF丁变换 离散傅立叶变换(DFT)是连续傅立叶变换的离散形式。续时间傅立叶变换(或称频谱)可以表示为[37l:在DSP中可以利用其特有的比特反转寻址，很容易的实现“比特反转”。在DSP中进行FFT变换，要充分利用DSP的片内RAM，由于片内RAM具有双寻址特性，即在时钟信号的上升沿和下降沿都可以寻址，因此采用片内RAM存放数据实现FFT算法要比采用外部全速RAM还要快。因为外部RAM在一个时钟周期内只能作一次寻址，还可能发生流水线冲突，造成额外的等待周期。在DSP上实现的FFT程序中包含三个部分:计算主程序，对原始数据进行二进制倒序排列的子程序，计算旋转因子子程序。主程序首先给出参与运算的点数N=Zr(r为整数)，这样FTF的运算就分为计算程序先要调用倒序排列子程序将原始数据按二进制倒序重新排列，这样才能使计算后的结果按直流分量，基波，谐波顺序排列。而主程序主要完成每段的计算:
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