電壓波動與閃變的檢測及控制方法

1、 HYPERLINK 岸電壓波動和閃變礙的檢測與控制方盎法敗隨著大量的基于挨計算機系統(tǒng)的控奧制設備和自動化癌程度很高的用電鞍設備相繼投入使岸用，工業(yè)用戶對哀電能質量的要求把越來越高，甚至氨幾分之一秒的不班正常就可造成的唉巨大的損失。據(jù)皚統(tǒng)計，自動化程吧度很高的工業(yè)用唉戶一般每年要遭耙受壩1般0骯背5白0般次與電能質量問霸題有關的干擾，胺其中因包括電壓吧波動和閃變在內笆的動態(tài)電壓質量俺問題造成的事故跋數(shù)約占事故總數(shù)巴的熬8辦3壩凹傲1笆。電壓波把動和閃變跋已成為威脅許多扒重要用戶供頒電可靠性的主要艾原因之一，必須艾對其進行有效地安監(jiān)視與抑制。俺疤 癌電力系統(tǒng)的電壓啊波動和閃變主要擺是由具有沖擊性

2、拔功率的負荷引癌起的罷2安，如變頻調速裝巴置、煉鋼電弧爐盎、電氣化鐵路和壩軋鋼機等。這些頒非線性、不平衡疤沖擊性負荷在生敖產(chǎn)過程中有功和耙無功功率隨機地伴或周期性地大幅辦度變動，當其波盎動電流流過供電傲線路阻抗時產(chǎn)生骯變動的壓降，導般致同一電網(wǎng)上其敗它用戶電壓以相伴同的頻率波動。唉這種電壓幅值在搬一定范圍哀內隘(案通常為額定值板的襖9霸0壩八翱11啊0拌奧)扒有規(guī)律或隨即地巴變化，即稱為電背壓波動。電壓波板動通常會引起許氨多電工設備不能柏正常工作，如影巴響電視畫面質量傲、使俺電動機轉速脈動靶、使電子儀器工斑作失常、使白熾版燈光發(fā)生閃爍等凹等。由于一般用暗電斑設備對電壓波動稗的敏感度遠低于拜白熾

3、燈，為此，把選擇疤人對白熾燈照度阿波動的主觀視感奧，氨即艾“皚閃八變懊”岸，作為衡量電壓扮波動危害程度的哎評價指標。哀1礙 艾電壓波動與閃變叭的檢測岸1.1安 矮調幅波檢測隘 唉要對電壓波動與芭閃變進行有效的案抑制，首先的任瓣務就是要準確的叭提取出波動信號阿，通常將波動電安壓看成以工頻額胺定電壓為載波、扳其電壓的幅值受案頻率范圍爸在疤0.0535柏H把z疤的電壓波動分量艾調制的調幅波。襖因此，電壓波動柏分量的檢出方法柏可采用通信理論柏中隘大功率載波調制瓣信號解調方法，爸用與啊載波信號同頻同扒相的周期信號乘伴以被調信號，將暗電壓波動分量與扳工頻載波電壓分唉離柏，通過帶通濾波霸器得到波動分量瓣。凹

4、扒 翱考慮電愛壓波動分量，就白是在基波電壓上奧疊加有一系列的藹調幅波，為使分拌析簡化又不失一般般性，研究電壓岸波動的檢測方法芭可分析某單一頻癌率的調幅波對工岸頻載波的調制，翱將工頻電絆壓盎u(t背)氨的瞬時值解析式鞍寫成：瓣式中礙：捌A爸為工頻載波電壓澳的幅值，耙背0凹為耙工頻載波電壓的瓣角頻率唉，疤m胺為調幅波電壓的傲幅值辦，瓣mcos(爸辦t八)敖為波動電壓。靶耙 頒目前，常用的波愛動電壓檢出方法頒有三種：翱平方解調檢波法骯、全波整流檢波啊法和半波有效值般檢波法，八圖鞍1扮所示分別為三種耙方法的原理結構邦框圖唉。版 背 (1按)邦平方解調檢波法奧艾 把國際電工委員芭會柏(IEC胺)把推薦平

5、方解調檢拔測法，即阿將哀u(暗t哀)熬平方，然后利用懊解調帶通濾波器哀檢測出調幅波。霸經(jīng)頒過巴0.0藹5耙白30H絆Z擺的帶通濾波器便絆能濾去直流分量癌和二倍工頻分量巴，從而檢測艾出頒mA敗2扮cos(板搬t(yī)疤)熬的調幅波俺即電壓波動分量捌。這種方法較適皚合用數(shù)字信號處疤理的方法來實現(xiàn)敗。板 (2百)敗全波整流解調檢瓣波法岸熬 挨全波整流檢波法疤的基本原理是將啊輸入交流電八壓百u(t澳)艾全波整流即進行班絕對值運算后再班經(jīng)過解調帶通濾敖波器后便取得波霸動信號。耙設百u(t啊)芭經(jīng)整流后的電壓礙為昂g(t昂)半，凹則耙g(t藹)伴可看懊作耙u(t熬)骯和幅值為柏伴1奧、頻率為工頻的哎方波的乘積。

6、將耙經(jīng)凹過爸0.0藹5阿案30H愛Z哀的帶通濾波器便般可檢測出安的調幅波即電壓澳波動分量。爸案 罷這種方法較適合癌于模擬電路加以芭實現(xiàn)，英頒國芭ER斑A矮和法班國疤ED耙F挨等閃變儀采用此礙方案。它跟平方巴檢波法一樣，都案要通過帶通濾波百器保留調幅波，斑但存在檢出誤差案，誤差的大小取敖?jīng)Q于波動信號的按頻譜結構。捌 (3罷)昂半波有效值檢波擺法愛板 伴半波有效值法是辦利澳用藹RMS/D叭C邦變換器將波動的爸輸入交流電壓變岸換成脈動的直流扒電壓，再經(jīng)解調佰帶通濾波器后獲盎得波動信號礙。靶RMS唉/D愛C扮變換器輸出的直百流電壓值為輸入辦交流電壓的方均唉根值，其脈動成般份即邦反映了輸入電壓瓣方均根值

7、的變化按。根據(jù)半波耙氨 盎這種方法，就實鞍際線路而言，要藹將方均根值的計半算時間準確地整稗定在半個工頻周傲期是相當困難的澳，而且其元件參耙數(shù)整定較為困難澳。另外，該方法笆可去除直流分量辦和二倍工頻分量阿等，只保留調幅吧波，但其中不會吧完全沒柏有直流分量，仍扮需隔直和濾波。艾瑞士叭的疤MEF凹P啊型閃變儀，國產(chǎn)壩的巴VFF-敖1傲型電壓波動閃變懊分析儀和日本佰的愛斑V1昂0懊測量儀等均采用伴每個周波求一個芭有效值。壩 啊(4爸)巴小波多分辨率信奧號分解同步檢波邦法及其它方法胺爸 愛近年來一些新理俺論和新原理應用耙于調幅波檢測。八如，文骯獻礙3白按提出了一種采用壩小波多分辨率信案號分解和同步檢熬波

8、的電壓閃變信礙號檢測新方法，皚該方法用小波多般分辨率信號分解凹濾波器取代同步版檢波器中的解調白帶通濾波器，可熬以檢測出電壓閃拜變信號的突變時柏間，包絡信號中矮的各個頻率分量斑及其幅度。但這白種方法具有對信礙號所需采樣數(shù)據(jù)叭多，運算量大昂，檢測突變故障爸信號的故障時刻鞍延時半較大等特點，因八而在采用小波多澳分辨率信號分解板時，必須尋求快百速小波函數(shù)及其懊相頒應小波變換。邦澳 哎另外，文稗獻氨4懊案提出了一跋種基于隨機理論啊和導納矩陣的隨靶機電壓閃變功率傲潮流法，這種方斑法可以計算出每骯條母線的最大電氨壓波動值和閃變耙值，也能檢測出皚閃變源對系統(tǒng)電板壓的沖擊，但這頒種方法在實際應啊用中存在很大的藹

9、難度。阿1.2氨 哀閃變值的獲得跋 皚閃變是由于電網(wǎng)敖電壓的波動，所藹引起的燈光閃爍八對人眼視覺產(chǎn)生安刺激的響應。它骯不僅和電壓波動絆大小有關，而且拔和波動的頻版率礙(疤即對工頻電壓的吧調幅頻斑率俺)耙、照明燈具的性柏能及人按的視感因素有關班。因此扮，要獲得閃變俺值，就必須在取哀得電壓波動信傲號埃mcos昂(扒敗t敗)般的基礎上，根據(jù)胺人眼視感度曲線昂進行相應的處理啊。國際電工委員八會辦(IEC般)阿依扳據(jù)艾1八98翱2拌年國際電熱協(xié)扳會扒(UIE氨)凹的推薦，給出了笆檢測電壓閃變的癌設計規(guī)范，其框頒圖如把圖白2案所示懊。埃 翱骯 奧框埃1靶為輸入級，實現(xiàn)跋把不同等級的電跋源電壓降到適合隘于儀

10、器內部電路白的電壓值，此外岸也能產(chǎn)生標拔準的調制波用于艾儀器的自檢。絆框拌2班、盎3皚、疤4盎綜合模擬了燈班眼腦環(huán)節(jié)對電啊壓波動的反應。澳其中笆框藹2耙反應燈光強度與耙電壓的關系，給骯出與調制波幅值叭成線形關系的電柏壓，具吧體參考前面調幅斑波的檢測；百框敖3隘的帶通和視感度翱加權濾波器反應芭了人眼對不同頻絆率的電壓波動的靶敏感程度，通頻愛帶辦為般0.0疤5把稗35H耙z白；叭框白4耙包含一個平方器爸和一個一階低通按濾波器，用來模拌擬人腦對光強變凹化的非線性響應啊和存儲響應，稗框稗4拜的輸翱出耙S(t稗)八反應了人的視覺懊對電壓波動的瞬擺時閃變視感度。案然后挨對氨S(t扳)芭作不同處理可以靶反映

11、電網(wǎng)電壓的奧閃變情況阿5,6盎。澳框白5搬為閃變的統(tǒng)計分稗析，即根據(jù)安框案4吧輸出按的襖S(t頒)瓣進行在線統(tǒng)計分奧析或搬將其輸出濾波做般離線統(tǒng)計分析求伴得并輸出短時閃鞍變嚴重霸度背P版st邦。瓣耙 霸根據(jù)此原理和框罷圖，可以設計出昂模擬式閃變檢測般儀和數(shù)字唉式閃變檢測儀。矮模擬式閃變儀由半于采用芯片實現(xiàn)拌濾波電路，具有疤處理速度快等特疤點，但對硬件電皚路要求較高，設哎計復雜；數(shù)字式佰檢測儀濾波運算岸采用軟件實現(xiàn)，鞍計算量大，但結懊構簡單，比較靈拜活。霸2熬 疤電壓波動與閃變傲的抑制隘 皚目前，大部分用哎于改善和提高電矮能質量的補償裝藹置，它們也都具凹有抑制電壓波動稗與閃變的功能熬6-9礙，如

12、靜止無功補絆償藹器翱(SVC鞍)絆，有源濾波阿器安(APF背)半，動態(tài)電版壓恢復班器搬(DVR挨)阿，以及配電系統(tǒng)捌電能質量統(tǒng)一控辦制器等。下面分絆析比較這些裝置暗在抑制電壓波動絆與閃變方面的作埃用。艾2.1般 癌靜止無功補償骯器扳(SVC)把 爸電壓閃變是電壓八波動的一種特殊扳反映，閃變的嚴阿重程度必將與負阿荷變化引起的電佰壓變動相關，電百壓變動量通常按跋下式計算：巴 拔啊 柏式八(1礙)芭中拌,叭捌P頒、俺班Q拜分別為評價母線跋上電力負荷有功絆、無功變化量艾；敖R吧、哀X佰為從電源到評價八母線段供電白系統(tǒng)等值電阻和翱電抗拌；叭U愛N爸為評價母線額定拌電壓懊。凹 罷在挨10K般V斑以上系統(tǒng)中

13、，由唉于伴R癌遠小耙于扒X藹，故有扮 翱式斑(2柏)擺中癌，頒S安K擺為評價母線上的芭三相系統(tǒng)短路容敖量。襖敗 奧式敖(2壩)伴表明，在高電壓搬或中壓配電網(wǎng)中礙，電壓波動主要霸與無功負荷的變拔化量以及電網(wǎng)的班短路容量有關。版在電網(wǎng)短路容量暗一定的情況下，巴電壓閃變主要是辦由于無功負荷的伴劇烈變動所致，把因此對于電壓閃搬變的柏抑制，最常用方靶法是安裝靜止無擺功補償裝伴置般(SVC愛)扮，目前這方面技盎術已相當成熟。骯但是，由于某些百類型罷的扳SV暗C柏本身還產(chǎn)生低次昂諧把波電流，須與無安源濾波器并聯(lián)使背用，實際運行時敗有可能由于系統(tǒng)襖諧波諧振使某些版諧波嚴重放大。把因此，在進行補百償時，要求采用

14、凹具有短的響應時傲間、并且能夠直辦接補償負荷的無哎功沖擊電流和諧岸波電流的補償器藹。啊2.2澳 稗有源電力濾波爸器捌(APF)懊 稗對于非線性沖擊邦性負荷，在幾個耙周波的時間內，敗其電流可能出現(xiàn)隘相當大的波動，拜引起電壓閃變。笆因此，要抑制電八壓閃變，必須在笆負荷電流急劇波吧動的情況哎下，跟隨負荷變八化實時補償無功頒電流礙。近年來采用電翱力晶體拔管襖(GTR白)案和可關斷晶閘案管矮(GTO熬)柏及脈寬調疤制跋(PWM凹)霸技術等構成的有頒源濾波器，可對頒負荷電流作實時按補償，如隘圖版3斑所示。有源電力疤濾波器的工作原捌理與傳統(tǒng)啊的斑SV襖C懊完全不同，它采柏用可關斷的電力隘電子器件和基于敗坐標

15、變換原理的哀瞬時無功理論進哎行控制，其作用辦原理是利用電力八電子控制器代替襖系統(tǒng)電源向負荷瓣提供所需的畸變邦電流，從而保證板系統(tǒng)只須向負荷白提供正弦的基波辦電流巴。岸 拜襖 班有源電力濾波器愛與普伴通翱SV百C按相比柏10白，有以下優(yōu)點：熬響應時間快，對板電壓波動、吧閃變補償率高，班可減少補償容量扒；沒有諧波放大板作用和諧振問題哀，運行穩(wěn)定；控笆制強，能實現(xiàn)控熬制電壓波動、閃爸變，穩(wěn)定電壓作昂用，同時也能有百效地濾除高次諧礙波，補償功率因哀數(shù)。半澳 扮我國雖然在理論熬上取得了一定的斑進展，但由于多拌方面條件的限制般，至今未有并聯(lián)拔型有源電力濾波靶器正式用于實際哀。而在日本和美懊國，已普遍使用昂

16、有源電力濾波器按來抑制電弧爐等絆引起的電壓閃變霸。笆2.3熬 班動態(tài)電壓恢復器哎 爸由吧式懊(1背)暗知，在中低壓壩配電網(wǎng)中，由暗于板R芭與扮X芭相差不大，有功頒功率的快速波動鞍同樣會導致電壓百閃變，這就要求挨補償裝置在抑制艾電壓波動與閃變拔時除了進行無功拌功率補償使供電哀線路無功功率波挨動減小外，還得敗提供瞬時有功功敖率補償。因而傳版統(tǒng)的無功補償方案法不能有效的改叭善這類電能質量唉問題，只有帶儲藹能單元的補償裝藹置才能滿足要求半。背岸 艾動態(tài)電壓恢復隘器伴(DVR版)藹的基本結構如皚圖埃4班所示，其接法是澳將一個由三單相般電壓源變流器構罷成的三相變流器氨串聯(lián)接入電網(wǎng)與芭欲補償?shù)呢摵芍玳g跋1

17、1-13叭。這里逆變器采懊用熬3伴個單相結構，目壩的是為了更靈活斑地對三相電笆壓和電流進行控邦制，并提供對系絆統(tǒng)電疤壓不對稱情況的壩補償。該裝置的笆核心部分為同步阿電壓源逆變器，唉當線路側電壓發(fā)哀生突變時皚，笆DV爸R敖通過對直流側電敖源的逆變產(chǎn)生交澳流電柏壓，再通過變壓礙器與原電網(wǎng)電壓傲相串聯(lián)，來補償哎系統(tǒng)電壓的跌落安或抵消系統(tǒng)電壓柏的浪涌。由靶于埃DV擺R伴通過自身的儲能笆單元，能夠扳在笆m矮s氨級內向系統(tǒng)注入安正常電壓與故障捌電壓之差罷2耙，可用于克服系吧統(tǒng)電壓波動對用耙戶的影響，因此把是解決電壓波動埃、不對稱、諧波八等動態(tài)電壓質量礙問題的有效工具按。至今西屋公司吧、西門子公司哎和板AB

18、翱B藹公司都已研制出邦該類裝置，并已擺取得良好的運行癌效果壩10霸。跋 暗板 拜由岸DV拌R岸裝置的結構圖可矮以看出，它起了捌將系統(tǒng)與負荷隔澳離的作用，是面鞍向負荷的補償裝挨置。該裝置僅對半特定負荷加以補熬償，所以其容量唉僅取決于負荷的半補償容量和要求熬的補償范圍。目辦前大部絆分藹DV扳R埃裝置的直流側采辦用電容來提供直安流電壓，只能提熬供有限的能量，拌若要捌求懊DV罷R啊長時間提供電壓罷補償，則必須凹讓澳DV絆R皚輸出的電壓和電瓣流垂直，這佰樣扳DV暗R襖裝置不提供有功辦，只進行無艾功交換，可以滿癌足長期工作的要吧求。半2.4板 八統(tǒng)一電能質量控捌制器及其它補償白裝置霸 跋統(tǒng)一電能質量控背制扒器襖(UPFC敗)矮結合了串、并聯(lián)隘補償裝置的特點靶，具有對靶電壓、電流質量八問題統(tǒng)一補償?shù)捏a功能，屬于綜合俺的補償裝置。如胺文跋獻辦14艾伴提出的含有儲能扒單元的串、并聯(lián)頒組合的用戶電力拜綜合補償裝置，靶該裝置除了應用絆于配電系統(tǒng)的諧半波補償外，還可