淺談電壓波動和閃變的檢測及控制

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          摘要：由沖擊性功率負(fù)荷引起的電壓波動與閃變是電能質(zhì)量問題的重要方面之一，首先對電壓閃變的理論進(jìn)行了分析研究,分析了平方解調(diào)法、全波整流解調(diào)法、有效值檢波法、小波分解和同步檢波法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等電壓閃變檢測方法, 比較分析了幾種改善電壓波動和閃變補(bǔ)償裝置的性能特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：電壓波動 閃變 檢測 抑制 電能質(zhì)量 　　 　　引言 　　 　　隨著電力系統(tǒng)中大容量沖擊負(fù)荷的不斷增加,配電網(wǎng)中的電壓閃變也愈發(fā)嚴(yán)重,因此需要對其進(jìn)行檢測和分析,進(jìn)而提出具體的治理方案?；诮y(tǒng)計(jì)評價的指標(biāo)只能定量地給出閃變的強(qiáng)弱或嚴(yán)重程度,而無法說明閃變的具體參數(shù)特征。從實(shí)時監(jiān)測電壓波動和閃變信號的角度出發(fā),研究了基于小波多分辨率分解和同步信號相干檢測檢波的更為有效的電壓閃變分析方法,利用小波變換的多分辨率分析方法,對電壓閃變信號進(jìn)行了檢波與分解,提取出電壓波動信號的頻率和幅值,從而得到反映電壓閃變的參數(shù)。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。 　　 　　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.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。 　　考慮電壓波動分量，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)的瞬時值解析式寫成： 　　 　　式中：A為工頻載波電壓的幅值，ω0為工頻載波電壓的角頻率，m為調(diào)幅波電壓的幅值，mcos(Ωt)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、全波整流檢波法和半波有效值檢波法， 　　(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0.05～30HZ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(Ωt)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。將經(jīng)過0.05～30HZ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)。 　　(3)半波有效值檢波法 　　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。 　　(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。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刻延時較大等特點(diǎn)，因而在采用小波多分辨率信號分解時，必須尋求快速小波函數(shù)及其相應(yīng)小波變換。 　　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(Ωt)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人眼視感度曲線進(jìn)行相應(yīng)的處理。 　　在中低壓配電網(wǎng)中，由于R與X相差不大，有功功率的快速波動同樣會導(dǎo)致電壓閃變，這就要求補(bǔ)償裝置在抑制電壓波動與閃變時除了進(jìn)行無功功率補(bǔ)償使供電線路無功功率波動減小外，還得提供瞬時有功功率補(bǔ)償。因而傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償方法不能有效的改善這類電能質(zhì)量問題，只有帶儲能單元的補(bǔ)償裝置才能滿足要求。 　　動態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的基本結(jié)構(gòu)，其接法是將一個由三單相電壓源變流器構(gòu)成的三相變流器串聯(lián)接入電網(wǎng)與欲補(bǔ)償?shù)呢?fù)荷之間[11-13]。這里逆變器采用3個單相結(jié)構(gòu)，目的是為了更靈活地對三相電壓和電流進(jìn)行控制，并提供對系統(tǒng)電壓不對稱情況的補(bǔ)償。該裝置的核心部分為同步電壓源逆變器，當(dāng)線路側(cè)電壓發(fā)生突變時，DVR通過對直流側(cè)電源的逆變產(chǎn)生交流電壓，再通過變壓器與原電網(wǎng)電壓相串聯(lián)，來補(bǔ)償系統(tǒng)電壓的跌落或抵消系統(tǒng)電壓的浪涌。由于DVR通過自身的儲能單元，能夠在ms級內(nèi)向系統(tǒng)注入正常電壓與故障電壓之差，可用于克服系統(tǒng)電壓波動對用戶的影響，因此是解決電壓波動、不對稱、諧波等動態(tài)電壓質(zhì)量問題的有效工具。至今西屋公司、西門子公司和ABB公司都已研制出該類裝置，并已取得良好的運(yùn)行效果。 　　 動態(tài)電壓恢復(fù)器裝置的結(jié)構(gòu) 　　由DVR裝置的結(jié)構(gòu)圖可以看出，它起了將系統(tǒng)與負(fù)荷隔離的作用，是面向負(fù)荷的補(bǔ)償裝置。該裝置僅對特定負(fù)荷加以補(bǔ)償，所以其容量僅取決于負(fù)荷的補(bǔ)償容量和要求的補(bǔ)償范圍。目前大部分DVR裝置的直流側(cè)采用電容來提供直流電壓，只能提供有限的能量，若要求DVR長時間提供電壓補(bǔ)償，則必須讓DVR輸出的電壓和電流垂直，這樣DVR裝置不提供有功，只進(jìn)行無功交換，可以滿足長期工作的要求。 　　1.3 統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器及其它補(bǔ)償裝置 　　統(tǒng)一電能質(zhì)量控制器(UPFC)結(jié)合了串、并聯(lián)補(bǔ)償裝置的特點(diǎn)，具有對電壓、電流質(zhì)量問題統(tǒng)一補(bǔ)償?shù)墓δ?，屬于綜合的補(bǔ)償裝置。有些提出的含有儲能單元的串、并聯(lián)組合的用戶電力綜合補(bǔ)償裝置，該裝置除了應(yīng)用于配電系統(tǒng)的諧波補(bǔ)償外，還可以解決瞬時供電中斷和電壓波動等動態(tài)電壓質(zhì)量問題，提高供電的可靠性。 　　另外，除了前面的所介紹的補(bǔ)償裝置外，靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)也能抑制電壓波動和閃變。該系統(tǒng)通過控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來靈活控制系統(tǒng)潮流，使輸送容量更接近線路的熱穩(wěn)極限，能提高輸電系統(tǒng)輸送容量。目前主要的FACTS有：靜止無功補(bǔ)償(STATCOM)，晶閘管投切電容器型(TSSC)，可控串聯(lián)補(bǔ)償電容器(TCSC)等。根據(jù)前面的式(2)知，在10KV以上系統(tǒng)中，通過FACTS改變線路電抗能減小電壓波動，特別是并聯(lián)補(bǔ)償裝----STATCOM，通過與系統(tǒng)進(jìn)行無功功率交換，以維持線路電壓恒定，因此是抑制系統(tǒng)電壓波動、閃變和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性特別是電壓穩(wěn)定性的有力工具。 　　 　　2.結(jié)論 　　 　　在輸電和配電系統(tǒng)中，由沖擊性功率負(fù)荷引起的電壓波動通過公共連接點(diǎn)(PCC)傳遞到電網(wǎng)其它饋電線路上危害其他用戶的電氣設(shè)備，給配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量造成了嚴(yán)重污染。因此，需加強(qiáng)對電壓波動和閃變的監(jiān)測與控制。本文論述了電壓波動和閃變的常用檢測方法，比較分析了幾種常用的改善電壓波動和閃變的補(bǔ)償裝置性能特點(diǎn)。這些研究，對研制閃變檢測儀器或采取電壓波動抑制措施，具有借鑒和參考價值。 　　 　　參考文獻(xiàn)： 　　【1】康偉，電壓閃變測量方法的研究與實(shí)現(xiàn)，華北電力大學(xué) 2004 　　【2】郭曉麗，電壓波動和閃變得檢測與分析，南京理工大學(xué)，2004