電壓波動和閃變的常用檢測方法

1、隨著大量的基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的控制設(shè)備和自動化程度很高的用電設(shè)備相繼投 入使用，工業(yè)用戶對電能質(zhì)量的要求越來越高，甚至幾分之一秒的不正常就可造 成的巨大的損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，自動化程度很高的工業(yè)用戶一般每年要遭受1050 次與電能質(zhì)量問題有關(guān)的干擾，其中因包括電壓波動和閃變在內(nèi)的動態(tài)電壓質(zhì)量 問題造成的事故數(shù)約占事故總數(shù)的83%1。電壓波動和閃變已成為威脅許多重 要用戶供電可靠性的主要原因之一，必須對其進(jìn)行有效地監(jiān)視與抑制。電力系統(tǒng)的電壓波動和閃變主要是由具有沖擊性功率的負(fù)荷引起的2，如 變頻調(diào)速裝置、煉鋼電孤爐、電氣化鐵路和軋鋼機(jī)等。這些非線性、不平衡沖擊 性負(fù)荷在生產(chǎn)過程中有功和無功功率隨機(jī)地或周期

2、性地大幅度變動，當(dāng)其波動電 流流過供電線路阻抗時(shí)產(chǎn)生變動的壓降，導(dǎo)致同一電網(wǎng)上其它用戶電壓以相同的 頻率波動。這種電壓幅值在一定范圍內(nèi)(通常為額定值的90%110%)有規(guī)律 或隨即地變化，即稱為電壓波動。電壓波動通常會引起許多電工設(shè)備不能正常工 作，如影響電視畫面質(zhì)量、使電動機(jī)轉(zhuǎn)速脈動、使電子儀器工作失常、使白熾燈 光發(fā)生閃爍等等。由于一般用電設(shè)備對電壓波動的敏感度遠(yuǎn)低于白熾燈，為此， 選擇人對白熾燈照度波動的主觀視感，艮即閃變，作為衡量電壓波動危害程度的 評價(jià)指標(biāo)。1電壓波動與閃變的檢測1.1調(diào)幅波檢測要對電壓波動與閃變進(jìn)行有效的抑制，首先的任務(wù)就是要準(zhǔn)確的提取出波動 信號，通常將波動電壓看

3、成以工頻額定電壓為載波、其電壓的幅值受頻率范圍在 0.0535Hz的電壓波動分量調(diào)制的調(diào)幅波。因此，電壓波動分量的檢出方法可 采用通信理論中大功率載波調(diào)制信號解調(diào)方法，用與載波信號同頻同相的周期信 號乘以被調(diào)信號，將電壓波動分量與工頻載波電壓分離，通過帶通濾波器得到波 動分量?？紤]電壓波動分量，就是在基波電壓上疊加有一系列的調(diào)幅波，為使分析簡 化又不失一般性，研究電壓波動的檢測方法可分析某單一頻率的調(diào)幅波對工頻載 波的調(diào)制，將工頻電壓u(t)的瞬時(shí)值解析式寫成：(r) = ( 1 +)co?，如)式中：A為工頻載波電壓的幅值，30為工頻載波電壓的角頻率，m為調(diào)幅 波電壓的幅值，mcos(Qt)

4、為波動電壓。目前，常用的波動電壓檢出方法有三種：平方解調(diào)檢波法、全波整流檢波法(1)平方解調(diào)檢波法國際電工委員會(IEC)推薦平方解調(diào)檢測法，即將u(t)平方，然后 利用解調(diào)帶通濾波器檢測出調(diào)幅波。經(jīng)過0.0530HZ的帶通濾波器 便能濾去直流分量和二倍工頻分量，從而檢測出mA2cos(Qt)的調(diào)幅 波即電壓波動分量。這種方法較適合用數(shù)字信號處理的方法來實(shí)現(xiàn)。(2)全波整流解調(diào)檢波法全波整流檢波法的基本原理是將輸入交流電壓u(t)全波整流即進(jìn) 行絕對值運(yùn)算后再經(jīng)過解調(diào)帶通濾波器后便取得波動信號。設(shè)u(t)經(jīng)整 流后的電壓為g(t)，則g(t)可看作u(t)和幅值為1、頻率為工頻的方 波的乘積。

5、將經(jīng)過0.0530HZ的帶通濾波器便可檢測出的調(diào)幅波即電壓波動分量。這種方法較適合于模擬電路加以實(shí)現(xiàn)，英國ERA和法國EDF等閃 變儀采用此方案。它跟平方檢波法一樣，都要通過帶通濾波器保留調(diào)幅 波，但存在檢出誤差，誤差的大小取決于波動信號的頻譜結(jié)構(gòu)。半波有效值法是利用RMS/DC變換器將波動的輸入交流電壓變換 成脈動的直流電壓，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器后獲得波動信號。RMS/DC 變換器輸出的直流電壓值為輸入交流電壓的方均根值，其脈動成份即反 映了輸入電壓方均根值的變化。根據(jù)半波有效值定義 s) = 了奇匚尸山.將電I乘方誠去相當(dāng)于平均值的參為電壓取積 分,一般來說大于等于2的分屋在匚愉一同期的 積

6、分值幾乎為零，便有卜刁(氣)- I/TT 燦卜*a)推km)加以適汽戒大和補(bǔ)院披n得到 WiO這種方法，就實(shí)際線路而言，要將方均根值的計(jì)算時(shí)間準(zhǔn)確地整定 在半個工頻周期是相當(dāng)困難的，而且其元件參數(shù)整定較為困難。另外， 該方法可去除直流分量和二倍工頻分量等，只保留調(diào)幅波，但其中不會 完全沒有直流分量，仍需隔直和濾波。瑞士的MEFP型閃變儀，國產(chǎn)的 VFF-1型電壓波動閃變分析儀和日本的 V10測量儀等均采用每個周 波求一個有效值。(4)小波多分辨率信號分解同步檢波法及其它方法近年來一些新理論和新原理應(yīng)用于調(diào)幅波檢測。如，文獻(xiàn)3提出 了一種采用小波多分辨率信號分解和同步檢波的電壓閃變信號檢測新 方

7、法，該方法用小波多分辨率信號分解濾波器取代同步檢波器中的解調(diào) 帶通濾波器，可以檢測出電壓閃變信號的突變時(shí)間，包絡(luò)信號中的各個 頻率分量及其幅度。但這種方法具有對信號所需采樣數(shù)據(jù)多，運(yùn)算量大，檢測突變故障信號的故障時(shí)刻延時(shí)較大等特點(diǎn)，因而在采用小波多分辨率信號分解時(shí)，必須尋求快速小波函數(shù)及其相應(yīng)小波變換。另外，文獻(xiàn)4 提出了一種基于隨機(jī)理論和導(dǎo)納矩陣的隨機(jī)電壓閃 變功率潮流法，這種方法可以計(jì)算出每條母線的最大電壓波動值和閃變 值，也能檢測出閃變源對系統(tǒng)電壓的沖擊，但這種方法在實(shí)際應(yīng)用中存 在很大的難度。1.2閃變值的獲得閃變是由于電網(wǎng)電壓的波動，所引起的燈光閃爍對人眼視覺產(chǎn)生刺 激的響應(yīng)。它不僅

8、和電壓波動大小有關(guān)，而且和波動的頻率(即對工頻 電壓的調(diào)幅頻率)、照明燈具的性能及人的視感因素有關(guān)。因此，要獲 得閃變值，就必須在取得電壓波動信號mcos(Qt)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人眼 視感度曲線進(jìn)行相應(yīng)的處理。國際電工委員會(IEC)依據(jù)1982年國際 電熱協(xié)會(UIE)的推薦，給出了檢測電壓閃變的設(shè)計(jì)規(guī)范，其框圖如圖 2所示。3 2 I頃:推薦的國變洌試悅框圖Fiy. 2 D冷翌削皿 4 lln kriiribirurtkiniWWW. pwl). Clll.,ptl1rllf|ed by IEC框1為輸入級，實(shí)現(xiàn)把不同等級的電源電壓降到適合于儀器內(nèi)部電 路的電壓值，此外也能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制波用于儀器的自檢?？?、3、4 綜合模擬了燈一眼一腦環(huán)節(jié)對電壓波動的反應(yīng)。其中框2反應(yīng)燈光強(qiáng)度 與電壓的關(guān)系，給出與調(diào)制波幅值成線形關(guān)系的電壓，具體參考前面調(diào) 幅波的檢測；框3的帶通和視感度加權(quán)濾波器反應(yīng)了人眼對不同頻率的電壓波動的敏感程度，通頻帶為0.0535Hz；框4包含一個平方器和 一個一階低通濾波器，用來模擬人腦對光強(qiáng)變化的