淺談電壓波動(dòng)和閃變的檢測(cè)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(dòng)與閃變是電能質(zhì)量問(wèn)題的重要方面之一，首先對(duì)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(cè)方法, 比較分析了幾種改善電壓波動(dòng)和閃變補(bǔ)償裝置的性能特點(diǎn)。

　　關(guān)鍵詞：電壓波動(dòng) 閃變 檢測(cè) 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(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和分析,進(jìn)而提出具體的治理方案。基于統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)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(wú)法說(shuō)明閃變的具體參數(shù)特征。從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波動(dòng)和閃變信號(hào)的角度出發(fā),研究了基于小波多分辨率分解和同步信號(hào)相干檢測(cè)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(duì)電壓閃變信號(hào)進(jìn)行了檢波與分解,提取出電壓波動(dòng)信號(hào)的頻率和幅值,從而得到反映電壓閃變的參數(shù)。電壓波動(dòng)和閃變已成為威脅許多重要用戶(hù)供電可靠性的主要原因之一，必須對(duì)其進(jìn)行有效地監(jiān)視與抑制。 　　 　　1.電壓波動(dòng)與閃變的檢測(cè) 　　 　　1.1 調(diào)幅波檢測(cè) 　　要對(duì)電壓波動(dòng)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(dòng)信號(hào).因此，電壓波動(dòng)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(hào)解調(diào)方法，用與載波信號(hào)同頻同相的周期信號(hào)乘以被調(diào)信號(hào)，將電壓波動(dòng)分量與工頻載波電壓分離，通過(guò)帶通濾波器得到波動(dòng)分量。 　　考慮電壓波動(dòng)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(jiǎn)化又不失一般性，研究電壓波動(dòng)的檢測(cè)方法可分析某單一頻率的調(diào)幅波對(duì)工頻載波的調(diào)制，將工頻電壓u(t)的瞬時(shí)值解析式寫(xiě)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(dòng)電壓。 　　目前，常用的波動(dòng)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(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦平方解調(diào)檢測(cè)法，即將u(t)平方，然后利用解調(diào)帶通濾波器檢測(cè)出調(diào)幅波。經(jīng)過(guò)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(cè)出mA2cos(Ωt)的調(diào)幅波即電壓波動(dòng)分量。這種方法較適合用數(shù)字信號(hào)處理的方法來(lái)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(duì)值運(yùn)算后再經(jīng)過(guò)解調(diào)帶通濾波器后便取得波動(dòng)信號(hào)。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(guò)0.05～30HZ的帶通濾波器便可檢測(cè)出的調(diào)幅波即電壓波動(dòng)分量。 　　這種方法較適合于模擬電路加以實(shí)現(xiàn)，英國(guó)ERA和法國(guó)EDF等閃變儀采用此方案。它跟平方檢波法一樣，都要通過(guò)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(dòng)信號(hào)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(dòng)的輸入交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓，再經(jīng)解調(diào)帶通濾波器后獲得波動(dòng)信號(hào)。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(dòng)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(hào)分解同步檢波法及其它方法 　　近年來(lái)一些新理論和新原理應(yīng)用于調(diào)幅波檢測(cè)。提出了一種采用小波多分辨率信號(hào)分解和同步檢波的電壓閃變信號(hào)檢測(cè)新方法，該方法用小波多分辨率信號(hào)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(cè)出電壓閃變信號(hào)的突變時(shí)間，包絡(luò)信號(hào)中的各個(gè)頻率分量及其幅度。但這種方法具有對(duì)信號(hào)所需采樣數(shù)據(jù)多，運(yùn)算量大，檢測(cè)突變故障信號(hào)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(hào)分解時(shí)，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(dòng)，所引起的燈光閃爍對(duì)人眼視覺(jué)產(chǎn)生刺激的響應(yīng)。它不僅和電壓波動(dòng)大小有關(guān)，而且和波動(dòng)的頻率(即對(duì)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(dòng)信號(hào)mcos(Ωt)的基礎(chǔ)上，根據(jù)人眼視感度曲線(xiàn)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(dòng)同樣會(huì)導(dǎo)致電壓閃變，這就要求補(bǔ)償裝置在抑制電壓波動(dòng)與閃變時(shí)除了進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償使供電線(xiàn)路無(wú)功功率波動(dòng)減小外，還得提供瞬時(shí)有功功率補(bǔ)償。因而傳統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償方法不能有效的改善這類(lèi)電能質(zhì)量問(wèn)題，只有帶儲(chǔ)能單元的補(bǔ)償裝置才能滿(mǎn)足要求。 　　動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器(DVR)的基本結(jié)構(gòu)，其接法是將一個(gè)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(gè)單相結(jié)構(gòu)，目的是為了更靈活地對(duì)三相電壓和電流進(jìn)行控制，并提供對(duì)系統(tǒng)電壓不對(duì)稱(chēng)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(xiàn)路側(cè)電壓發(fā)生突變時(shí)，DVR通過(guò)對(duì)直流側(cè)電源的逆變產(chǎn)生交流電壓，再通過(guò)變壓器與原電網(wǎng)電壓相串聯(lián)，來(lái)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(guò)自身的儲(chǔ)能單元，能夠在ms級(jí)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(dòng)對(duì)用戶(hù)的影響，因此是解決電壓波動(dòng)、不對(duì)稱(chēng)、諧波等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)題的有效工具。至今西屋公司、西門(mén)子公司和ABB公司都已研制出該類(lèi)裝置，并已取得良好的運(yùn)行效果。 　　 動(dòng)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(duì)特定負(fù)荷加以補(bǔ)償，所以其容量?jī)H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(lái)提供直流電壓，只能提供有限的能量，若要求DVR長(zhǎng)時(shí)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(wú)功交換，可以滿(mǎn)足長(zhǎng)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(duì)電壓、電流質(zhì)量問(wèn)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(chǔ)能單元的串、并聯(lián)組合的用戶(hù)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(shí)供電中斷和電壓波動(dòng)等動(dòng)態(tài)電壓質(zhì)量問(wèn)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(dòng)和閃變。該系統(tǒng)通過(guò)控制電力系統(tǒng)的基本參數(shù)來(lái)靈活控制系統(tǒng)潮流，使輸送容量更接近線(xiàn)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(wú)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(guò)FACTS改變線(xiàn)路電抗能減小電壓波動(dòng)，特別是并聯(lián)補(bǔ)償裝----STATCOM，通過(guò)與系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率交換，以維持線(xiàn)路電壓恒定，因此是抑制系統(tǒng)電壓波動(dòng)、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(dòng)通過(guò)公共連接點(diǎn)(PCC)傳遞到電網(wǎng)其它饋電線(xiàn)路上危害其他用戶(hù)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(duì)電壓波動(dòng)和閃變的監(jiān)測(cè)與控制。本文論述了電壓波動(dòng)和閃變的常用檢測(cè)方法，比較分析了幾種常用的改善電壓波動(dòng)和閃變的補(bǔ)償裝置性能特點(diǎn)。這些研究，對(duì)研制閃變檢測(cè)儀器或采取電壓波動(dòng)抑制措施，具有借鑒和參考價(jià)值。 　　 　　參考文獻(xiàn)： 　　【1】康偉，電壓閃變測(cè)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(dòng)和閃變得檢測(cè)與分析，南京理工大學(xué)，2004