電壓波動(dòng)與閃變的檢測(cè)及控制方法

1、 HYPERLINK 岸電壓波動(dòng)和閃變礙的檢測(cè)與控制方盎法敗隨著大量的基于挨計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控奧制設(shè)備和自動(dòng)化癌程度很高的用電鞍設(shè)備相繼投入使岸用，工業(yè)用戶對(duì)哀電能質(zhì)量的要求把越來(lái)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(jì)，自動(dòng)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(zhì)量問(wèn)霸題有關(guān)的干擾，胺其中因包括電壓吧波動(dòng)和閃變?cè)趦?nèi)笆的動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量俺問(wèn)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(dòng)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(duì)其進(jìn)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(dòng)和閃變主要擺是由具有沖擊性

2、拔功率的負(fù)荷引癌起的罷2安，如變頻調(diào)速裝巴置、煉鋼電弧爐盎、電氣化鐵路和壩軋鋼機(jī)等。這些頒非線性、不平衡疤沖擊性負(fù)荷在生敖產(chǎn)過(guò)程中有功和耙無(wú)功功率隨機(jī)地伴或周期性地大幅辦度變動(dòng)，當(dāng)其波盎動(dòng)電流流過(guò)供電傲線路阻抗時(shí)產(chǎn)生骯變動(dòng)的壓降，導(dǎo)般致同一電網(wǎng)上其敗它用戶電壓以相伴同的頻率波動(dòng)。唉這種電壓幅值在搬一定范圍哀內(nèi)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(dòng)。電壓波板動(dòng)通常會(huì)引起許氨多電工設(shè)備不能柏正常工作，如影巴響電視畫(huà)面質(zhì)量傲、使俺電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速脈動(dòng)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(shè)備對(duì)電壓波動(dòng)稗的敏感度遠(yuǎn)低于拜白熾

3、燈，為此，把選擇疤人對(duì)白熾燈照度阿波動(dòng)的主觀視感奧，氨即艾“皚閃八變懊”岸，作為衡量電壓扮波動(dòng)危害程度的哎評(píng)價(jià)指標(biāo)。哀1礙 艾電壓波動(dòng)與閃變叭的檢測(cè)岸1.1安 矮調(diào)幅波檢測(cè)隘 唉要對(duì)電壓波動(dòng)與芭閃變進(jìn)行有效的案抑制，首先的任瓣務(wù)就是要準(zhǔn)確的叭提取出波動(dòng)信號(hào)阿，通常將波動(dòng)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(dòng)分量艾調(diào)制的調(diào)幅波。襖因此，電壓波動(dòng)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(diào)制瓣信號(hào)解調(diào)方法，爸用與啊載波信號(hào)同頻同扒相的周期信號(hào)乘伴以被調(diào)信號(hào)，將暗電壓波動(dòng)分量與扳工頻載波電壓分唉離柏，通過(guò)帶通濾波霸器得到波動(dòng)分量瓣。凹

4、扒 翱考慮電愛(ài)壓波動(dòng)分量，就白是在基波電壓上奧疊加有一系列的藹調(diào)幅波，為使分拌析簡(jiǎn)化又不失一般般性，研究電壓岸波動(dòng)的檢測(cè)方法芭可分析某單一頻癌率的調(diào)幅波對(duì)工岸頻載波的調(diào)制，翱將工頻電絆壓盎u(t背)氨的瞬時(shí)值解析式鞍寫(xiě)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(diào)幅波電壓的傲幅值辦，瓣mcos(爸辦t八)敖為波動(dòng)電壓。靶耙 頒目前，常用的波愛(ài)動(dòng)電壓檢出方法頒有三種：翱平方解調(diào)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(jié)構(gòu)邦框圖唉。版 背 (1按)邦平方解調(diào)檢波法奧艾 把國(guó)際電工委員芭會(huì)柏(IEC胺)把推薦平

5、方解調(diào)檢拔測(cè)法，即阿將哀u(暗t哀)熬平方，然后利用懊解調(diào)帶通濾波器哀檢測(cè)出調(diào)幅波。霸經(jīng)頒過(guò)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(cè)艾出頒mA敗2扮cos(板搬t(yī)疤)熬的調(diào)幅波俺即電壓波動(dòng)分量捌。這種方法較適皚合用數(shù)字信號(hào)處疤理的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)敗。板 (2百)敗全波整流解調(diào)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(mài)(t澳)艾全波整流即進(jìn)行班絕對(duì)值運(yùn)算后再班經(jīng)過(guò)解調(diào)帶通濾敖波器后便取得波霸動(dòng)信號(hào)。耙設(shè)百u(mài)(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(guò)爸0.0藹5阿案30H愛(ài)Z哀的帶通濾波器便般可檢測(cè)出安的調(diào)幅波即電壓澳波動(dòng)分量。爸案 罷這種方法較適合癌于模擬電路加以芭實(shí)現(xiàn)，英頒國(guó)芭ER斑A矮和法班國(guó)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(guò)帶通濾波百器保留調(diào)幅波，斑但存在檢出誤差案，誤差的大小取敖?jīng)Q于波動(dòng)信號(hào)的按頻譜結(jié)構(gòu)。捌 (3罷)昂半波有效值檢波擺法愛(ài)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(dòng)的爸輸入交流電壓變岸換成脈動(dòng)的直流扒電壓，再經(jīng)解調(diào)佰帶通濾波器后獲盎得波動(dòng)信號(hào)礙。靶RMS唉/D愛(ài)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(dòng)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(shí)鞍際線路而言，要藹將方均根值的計(jì)半算時(shí)間準(zhǔn)確地整稗定在半個(gè)工頻周傲期是相當(dāng)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(diào)幅吧波，但其中不會(huì)吧完全沒(méi)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(guó)產(chǎn)壩的巴VFF-敖1傲型電壓波動(dòng)閃變懊分析儀和日本佰的愛(ài)斑V1昂0懊測(cè)量?jī)x等均采用伴每個(gè)周波求一個(gè)芭有效值。壩 啊(4爸)巴小波多分辨率信奧號(hào)分解同步檢波邦法及其它方法胺爸 愛(ài)近年來(lái)一些新理俺論和新原理應(yīng)用耙于調(diào)幅波檢測(cè)。八如，文骯獻(xiàn)礙3白按提出了一種采用壩小波多分辨率信案號(hào)分解和同步檢熬波

8、的電壓閃變信礙號(hào)檢測(cè)新方法，皚該方法用小波多般分辨率信號(hào)分解凹濾波器取代同步版檢波器中的解調(diào)白帶通濾波器，可熬以檢測(cè)出電壓閃拜變信號(hào)的突變時(shí)柏間，包絡(luò)信號(hào)中矮的各個(gè)頻率分量斑及其幅度。但這白種方法具有對(duì)信礙號(hào)所需采樣數(shù)據(jù)叭多，運(yùn)算量大昂，檢測(cè)突變故障爸信號(hào)的故障時(shí)刻鞍延時(shí)半較大等特點(diǎn)，因八而在采用小波多澳分辨率信號(hào)分解板時(shí)，必須尋求快百速小波函數(shù)及其懊相頒應(yīng)小波變換。邦澳 哎另外，文稗獻(xiàn)氨4懊案提出了一跋種基于隨機(jī)理論啊和導(dǎo)納矩陣的隨靶機(jī)電壓閃變功率傲潮流法，這種方斑法可以計(jì)算出每骯條母線的最大電氨壓波動(dòng)值和閃變耙值，也能檢測(cè)出皚閃變?cè)磳?duì)系統(tǒng)電板壓的沖擊，但這頒種方法在實(shí)際應(yīng)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(dòng)，所藹引起的燈光閃爍八對(duì)人眼視覺(jué)產(chǎn)生安刺激的響應(yīng)。它骯不僅和電壓波動(dòng)絆大小有關(guān)，而且拔和波動(dòng)的頻版率礙(疤即對(duì)工頻電壓的吧調(diào)幅頻斑率俺)耙、照明燈具的性柏能及人按的視感因素有關(guān)班。因此扮，要獲得閃變俺值，就必須在取哀得電壓波動(dòng)信傲號(hào)埃mcos昂(扒敗t敗)般的基礎(chǔ)上，根據(jù)胺人眼視感度曲線昂進(jìn)行相應(yīng)的處理啊。國(guó)際電工委員八會(huì)辦(IEC般)阿依扳據(jù)艾1八98翱2拌年國(guó)際電熱協(xié)扳會(huì)扒(UIE氨)凹的推薦，給出了笆檢測(cè)電壓閃變的癌設(shè)計(jì)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(jí)，實(shí)現(xiàn)跋把不同等級(jí)的電跋源電壓降到適合隘于儀

10、器內(nèi)部電路白的電壓值，此外岸也能產(chǎn)生標(biāo)拔準(zhǔn)的調(diào)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(duì)電啊壓波動(dòng)的反應(yīng)。澳其中笆框藹2耙反應(yīng)燈光強(qiáng)度與耙電壓的關(guān)系，給骯出與調(diào)制波幅值叭成線形關(guān)系的電柏壓，具吧體參考前面調(diào)幅斑波的檢測(cè)；百框敖3隘的帶通和視感度翱加權(quán)濾波器反應(yīng)芭了人眼對(duì)不同頻絆率的電壓波動(dòng)的靶敏感程度，通頻愛(ài)帶辦為般0.0疤5把稗35H耙z白；叭框白4耙包含一個(gè)平方器爸和一個(gè)一階低通按濾波器，用來(lái)模拌擬人腦對(duì)光強(qiáng)變凹化的非線性響應(yīng)啊和存儲(chǔ)響應(yīng)，稗框稗4拜的輸翱出耙S(t稗)八反應(yīng)了人的視覺(jué)懊對(duì)電壓波動(dòng)的瞬擺時(shí)閃變視感度。案然后挨對(duì)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(jì)分稗析，即根據(jù)安框案4吧輸出按的襖S(t頒)瓣進(jìn)行在線統(tǒng)計(jì)分奧析或搬將其輸出濾波做般離線統(tǒng)計(jì)分析求伴得并輸出短時(shí)閃鞍變嚴(yán)重霸度背P版st邦。瓣耙 霸根據(jù)此原理和框罷圖，可以設(shè)計(jì)出昂模擬式閃變檢測(cè)般儀和數(shù)字唉式閃變檢測(cè)儀。矮模擬式閃變儀由半于采用芯片實(shí)現(xiàn)拌濾波電路，具有疤處理速度快等特疤點(diǎn)，但對(duì)硬件電皚路要求較高，設(shè)哎計(jì)復(fù)雜；數(shù)字式佰檢測(cè)儀濾波運(yùn)算岸采用軟件實(shí)現(xiàn)，鞍計(jì)算量大，但結(jié)懊構(gòu)簡(jiǎn)單，比較靈拜活。霸2熬 疤電壓波動(dòng)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(zhì)量的補(bǔ)償裝藹置，它們也都具凹有抑制電壓波動(dòng)稗與閃變的功能熬6-9礙，如

12、靜止無(wú)功補(bǔ)絆償藹器翱(SVC鞍)絆，有源濾波阿器安(APF背)半，動(dòng)態(tài)電版壓恢復(fù)班器搬(DVR挨)阿，以及配電系統(tǒng)捌電能質(zhì)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(dòng)絆與閃變方面的作埃用。艾2.1般 癌靜止無(wú)功補(bǔ)償骯器扳(SVC)把 爸電壓閃變是電壓八波動(dòng)的一種特殊扳反映，閃變的嚴(yán)阿重程度必將與負(fù)阿荷變化引起的電佰壓變動(dòng)相關(guān)，電百壓變動(dòng)量通常按跋下式計(jì)算：巴 拔啊 柏式八(1礙)芭中拌,叭捌P頒、俺班Q拜分別為評(píng)價(jià)母線跋上電力負(fù)荷有功絆、無(wú)功變化量艾；敖R吧、哀X佰為從電源到評(píng)價(jià)八母線段供電白系統(tǒng)等值電阻和翱電抗拌；叭U愛(ài)N爸為評(píng)價(jià)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(yuǎn)小耙于扒X藹，故有扮 翱式斑(2柏)擺中癌，頒S安K擺為評(píng)價(jià)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(dòng)主要霸與無(wú)功負(fù)荷的變拔化量以及電網(wǎng)的班短路容量有關(guān)。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(wú)功負(fù)荷的伴劇烈變動(dòng)所致，把因此對(duì)于電壓閃搬變的柏抑制，最常用方靶法是安裝靜止無(wú)擺功補(bǔ)償裝伴置般(SVC愛(ài))扮，目前這方面技盎術(shù)已相當(dāng)成熟。骯但是，由于某些百類(lèi)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(wú)安源濾波器并聯(lián)使背用，實(shí)際運(yùn)行時(shí)敗有可能由于系統(tǒng)襖諧波諧振使某些版諧波嚴(yán)重放大。把因此，在進(jìn)行補(bǔ)百償時(shí)，要求采用

14、凹具有短的響應(yīng)時(shí)傲間、并且能夠直辦接補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)哎功沖擊電流和諧岸波電流的補(bǔ)償器藹。啊2.2澳 稗有源電力濾波爸器捌(APF)懊 稗對(duì)于非線性沖擊邦性負(fù)荷，在幾個(gè)耙周波的時(shí)間內(nèi)，敗其電流可能出現(xiàn)隘相當(dāng)大的波動(dòng)，拜引起電壓閃變。笆因此，要抑制電八壓閃變，必須在笆負(fù)荷電流急劇波吧動(dòng)的情況哎下，跟隨負(fù)荷變八化實(shí)時(shí)補(bǔ)償無(wú)功頒電流礙。近年來(lái)采用電翱力晶體拔管襖(GTR白)案和可關(guān)斷晶閘案管矮(GTO熬)柏及脈寬調(diào)疤制跋(PWM凹)霸技術(shù)等構(gòu)成的有頒源濾波器，可對(duì)頒負(fù)荷電流作實(shí)時(shí)按補(bǔ)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(guān)斷的電力隘電子器件和基于敗坐標(biāo)

15、變換原理的哀瞬時(shí)無(wú)功理論進(jìn)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(fù)荷瓣提供所需的畸變邦電流，從而保證板系統(tǒng)只須向負(fù)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(ài)與普伴通翱SV百C按相比柏10白，有以下優(yōu)點(diǎn)：熬響應(yīng)時(shí)間快，對(duì)板電壓波動(dòng)、吧閃變補(bǔ)償率高，班可減少補(bǔ)償容量扒；沒(méi)有諧波放大板作用和諧振問(wèn)題哀，運(yùn)行穩(wěn)定；控笆制強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)控熬制電壓波動(dòng)、閃爸變，穩(wěn)定電壓作昂用，同時(shí)也能有百效地濾除高次諧礙波，補(bǔ)償功率因哀數(shù)。半澳 扮我國(guó)雖然在理論熬上取得了一定的斑進(jìn)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(shí)際哀。而在日本和美懊國(guó)，已普遍使用昂

16、有源電力濾波器按來(lái)抑制電弧爐等絆引起的電壓閃變霸。笆2.3熬 班動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)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(dòng)鞍同樣會(huì)導(dǎo)致電壓百閃變，這就要求挨補(bǔ)償裝置在抑制艾電壓波動(dòng)與閃變拔時(shí)除了進(jìn)行無(wú)功拌功率補(bǔ)償使供電哀線路無(wú)功功率波挨動(dòng)減小外，還得敗提供瞬時(shí)有功功敖率補(bǔ)償。因而傳版統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方案法不能有效的改叭善這類(lèi)電能質(zhì)量唉問(wèn)題，只有帶儲(chǔ)藹能單元的補(bǔ)償裝藹置才能滿足要求半。背岸 艾動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)隘器伴(DVR版)藹的基本結(jié)構(gòu)如皚圖埃4班所示，其接法是澳將一個(gè)由三單相般電壓源變流器構(gòu)罷成的三相變流器氨串聯(lián)接入電網(wǎng)與芭欲補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷之扮間跋1

17、1-13叭。這里逆變器采懊用熬3伴個(gè)單相結(jié)構(gòu)，目壩的是為了更靈活斑地對(duì)三相電笆壓和電流進(jìn)行控邦制，并提供對(duì)系絆統(tǒng)電疤壓不對(duì)稱情況的壩補(bǔ)償。該裝置的笆核心部分為同步阿電壓源逆變器，唉當(dāng)線路側(cè)電壓發(fā)哀生突變時(shí)皚，笆DV爸R敖通過(guò)對(duì)直流側(cè)電敖源的逆變產(chǎn)生交澳流電柏壓，再通過(guò)變壓礙器與原電網(wǎng)電壓傲相串聯(lián)，來(lái)補(bǔ)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(guò)自身的儲(chǔ)能笆單元，能夠扳在笆m矮s氨級(jí)內(nèi)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(dòng)對(duì)用耙戶的影響，因此把是解決電壓波動(dòng)埃、不對(duì)稱、諧波八等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量礙問(wèn)題的有效工具按。至今西屋公司吧、西門(mén)子公司哎和板AB

18、翱B藹公司都已研制出邦該類(lèi)裝置，并已擺取得良好的運(yùn)行癌效果壩10霸。跋 暗板 拜由岸DV拌R岸裝置的結(jié)構(gòu)圖可矮以看出，它起了捌將系統(tǒng)與負(fù)荷隔澳離的作用，是面鞍向負(fù)荷的補(bǔ)償裝挨置。該裝置僅對(duì)半特定負(fù)荷加以補(bǔ)熬償，所以其容量唉僅取決于負(fù)荷的半補(bǔ)償容量和要求熬的補(bǔ)償范圍。目辦前大部絆分藹DV扳R埃裝置的直流側(cè)采辦用電容來(lái)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(zhǎng)時(shí)間提供電壓罷補(bǔ)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(jìn)行無(wú)艾功交換，可以滿癌足長(zhǎng)期工作的要吧求。半2.4板 八統(tǒng)一電能質(zhì)量控捌制器及其它補(bǔ)償白裝置霸 跋統(tǒng)一電能質(zhì)量控背制扒器襖(UPFC敗)矮結(jié)合了串、并聯(lián)隘補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)靶，具有對(duì)靶電壓、電流質(zhì)量八問(wèn)題統(tǒng)一補(bǔ)償?shù)捏a功能，屬于綜合俺的補(bǔ)償裝置。如胺文跋獻(xiàn)辦14艾伴提出的含有儲(chǔ)能扒單元的串、并聯(lián)頒組合的用戶電力拜綜合補(bǔ)償裝置，靶該裝置除了應(yīng)用絆于配電系統(tǒng)的諧半波補(bǔ)償外，還可