电压波动与闪变的检测及控制方法

1、 HYPERLINK 岸电压波动和闪变碍的检测与控制方盎法败随着大量的基于挨计算机系统的控奥制设备和自动化癌程度很高的用电鞍设备相继投入使岸用，工业用户对哀电能质量的要求把越来越高，甚至氨几分之一秒的不班正常就可造成的唉巨大的损失。据皑统计，自动化程吧度很高的工业用唉户一般每年要遭耙受坝1般0肮背5白0般次与电能质量问霸题有关的干扰，胺其中因包括电压吧波动和闪变在内笆的动态电压质量俺问题造成的事故跋数约占事故总数巴的熬8办3坝凹傲1笆。电压波把动和闪变跋已成为威胁许多扒重要用户供颁电可靠性的主要艾原因之一，必须艾对其进行有效地安监视与抑制。俺疤 癌电力系统的电压啊波动和闪变主要摆是由具有冲击性

2、拔功率的负荷引癌起的罢2安，如变频调速装巴置、炼钢电弧炉盎、电气化铁路和坝轧钢机等。这些颁非线性、不平衡疤冲击性负荷在生敖产过程中有功和耙无功功率随机地伴或周期性地大幅办度变动，当其波盎动电流流过供电傲线路阻抗时产生肮变动的压降，导般致同一电网上其败它用户电压以相伴同的频率波动。唉这种电压幅值在搬一定范围哀内隘(案通常为额定值板的袄9霸0坝八翱11啊0拌奥)扒有规律或随即地巴变化，即称为电背压波动。电压波板动通常会引起许氨多电工设备不能柏正常工作，如影巴响电视画面质量傲、使俺电动机转速脉动靶、使电子仪器工斑作失常、使白炽版灯光发生闪烁等凹等。由于一般用暗电斑设备对电压波动稗的敏感度远低于拜白炽

3、灯，为此，把选择疤人对白炽灯照度阿波动的主观视感奥，氨即艾“皑闪八变懊”岸，作为衡量电压扮波动危害程度的哎评价指标。哀1碍 艾电压波动与闪变叭的检测岸1.1安 矮调幅波检测隘 唉要对电压波动与芭闪变进行有效的案抑制，首先的任瓣务就是要准确的叭提取出波动信号阿，通常将波动电安压看成以工频额胺定电压为载波、扳其电压的幅值受案频率范围爸在疤0.0535柏H把z疤的电压波动分量艾调制的调幅波。袄因此，电压波动柏分量的检出方法柏可采用通信理论柏中隘大功率载波调制瓣信号解调方法，爸用与啊载波信号同频同扒相的周期信号乘伴以被调信号，将暗电压波动分量与扳工频载波电压分唉离柏，通过带通滤波霸器得到波动分量瓣。凹

4、扒 翱考虑电爱压波动分量，就白是在基波电压上奥叠加有一系列的蔼调幅波，为使分拌析简化又不失一般般性，研究电压岸波动的检测方法芭可分析某单一频癌率的调幅波对工岸频载波的调制，翱将工频电绊压盎u(t背)氨的瞬时值解析式鞍写成：瓣式中碍：捌A爸为工频载波电压澳的幅值，耙背0凹为耙工频载波电压的瓣角频率唉，疤m胺为调幅波电压的傲幅值办，瓣mcos(爸办t八)敖为波动电压。靶耙 颁目前，常用的波爱动电压检出方法颁有三种：翱平方解调检波法肮、全波整流检波啊法和半波有效值般检波法，八图鞍1扮所示分别为三种耙方法的原理结构邦框图唉。版 背 (1按)邦平方解调检波法奥艾 把国际电工委员芭会柏(IEC胺)把推荐平

5、方解调检拔测法，即阿将哀u(暗t哀)熬平方，然后利用懊解调带通滤波器哀检测出调幅波。霸经颁过巴0.0蔼5耙白30H绊Z摆的带通滤波器便绊能滤去直流分量癌和二倍工频分量巴，从而检测艾出颁mA败2扮cos(板搬t疤)熬的调幅波俺即电压波动分量捌。这种方法较适皑合用数字信号处疤理的方法来实现败。板 (2百)败全波整流解调检瓣波法岸熬 挨全波整流检波法疤的基本原理是将啊输入交流电八压百u(t澳)艾全波整流即进行班绝对值运算后再班经过解调带通滤敖波器后便取得波霸动信号。耙设百u(t啊)芭经整流后的电压碍为昂g(t昂)半，凹则耙g(t蔼)伴可看懊作耙u(t熬)肮和幅值为柏伴1奥、频率为工频的哎方波的乘积。

6、将耙经凹过爸0.0蔼5阿案30H爱Z哀的带通滤波器便般可检测出安的调幅波即电压澳波动分量。爸案 罢这种方法较适合癌于模拟电路加以芭实现，英颁国芭ER斑A矮和法班国疤ED耙F挨等闪变仪采用此碍方案。它跟平方巴检波法一样，都案要通过带通滤波百器保留调幅波，斑但存在检出误差案，误差的大小取敖决于波动信号的按频谱结构。捌 (3罢)昂半波有效值检波摆法爱板 伴半波有效值法是办利澳用蔼RMS/D叭C邦变换器将波动的爸输入交流电压变岸换成脉动的直流扒电压，再经解调佰带通滤波器后获盎得波动信号碍。靶RMS唉/D爱C扮变换器输出的直百流电压值为输入办交流电压的方均唉根值，其脉动成般份即邦反映了输入电压瓣方均根值

7、的变化按。根据半波耙氨 盎这种方法，就实鞍际线路而言，要蔼将方均根值的计半算时间准确地整稗定在半个工频周傲期是相当困难的澳，而且其元件参耙数整定较为困难澳。另外，该方法笆可去除直流分量办和二倍工频分量阿等，只保留调幅吧波，但其中不会吧完全没柏有直流分量，仍扮需隔直和滤波。艾瑞士叭的疤MEF凹P啊型闪变仪，国产坝的巴VFF-敖1傲型电压波动闪变懊分析仪和日本佰的爱斑V1昂0懊测量仪等均采用伴每个周波求一个芭有效值。坝 啊(4爸)巴小波多分辨率信奥号分解同步检波邦法及其它方法胺爸 爱近年来一些新理俺论和新原理应用耙于调幅波检测。八如，文肮献碍3白按提出了一种采用坝小波多分辨率信案号分解和同步检熬波

8、的电压闪变信碍号检测新方法，皑该方法用小波多般分辨率信号分解凹滤波器取代同步版检波器中的解调白带通滤波器，可熬以检测出电压闪拜变信号的突变时柏间，包络信号中矮的各个频率分量斑及其幅度。但这白种方法具有对信碍号所需采样数据叭多，运算量大昂，检测突变故障爸信号的故障时刻鞍延时半较大等特点，因八而在采用小波多澳分辨率信号分解板时，必须寻求快百速小波函数及其懊相颁应小波变换。邦澳 哎另外，文稗献氨4懊案提出了一跋种基于随机理论啊和导纳矩阵的随靶机电压闪变功率傲潮流法，这种方斑法可以计算出每肮条母线的最大电氨压波动值和闪变耙值，也能检测出皑闪变源对系统电板压的冲击，但这颁种方法在实际应啊用中存在很大的蔼

9、难度。阿1.2氨 哀闪变值的获得跋 皑闪变是由于电网敖电压的波动，所蔼引起的灯光闪烁八对人眼视觉产生安刺激的响应。它肮不仅和电压波动绊大小有关，而且拔和波动的频版率碍(疤即对工频电压的吧调幅频斑率俺)耙、照明灯具的性柏能及人按的视感因素有关班。因此扮，要获得闪变俺值，就必须在取哀得电压波动信傲号埃mcos昂(扒败t败)般的基础上，根据胺人眼视感度曲线昂进行相应的处理啊。国际电工委员八会办(IEC般)阿依扳据艾1八98翱2拌年国际电热协扳会扒(UIE氨)凹的推荐，给出了笆检测电压闪变的癌设计规范，其框颁图如把图白2案所示懊。埃 翱肮 奥框埃1靶为输入级，实现跋把不同等级的电跋源电压降到适合隘于仪

10、器内部电路白的电压值，此外岸也能产生标拔准的调制波用于艾仪器的自检。绊框拌2班、盎3皑、疤4盎综合模拟了灯班眼脑环节对电啊压波动的反应。澳其中笆框蔼2耙反应灯光强度与耙电压的关系，给肮出与调制波幅值叭成线形关系的电柏压，具吧体参考前面调幅斑波的检测；百框敖3隘的带通和视感度翱加权滤波器反应芭了人眼对不同频绊率的电压波动的靶敏感程度，通频爱带办为般0.0疤5把稗35H耙z白；叭框白4耙包含一个平方器爸和一个一阶低通按滤波器，用来模拌拟人脑对光强变凹化的非线性响应啊和存储响应，稗框稗4拜的输翱出耙S(t稗)八反应了人的视觉懊对电压波动的瞬摆时闪变视感度。案然后挨对氨S(t扳)芭作不同处理可以靶反映

11、电网电压的奥闪变情况阿5,6盎。澳框白5搬为闪变的统计分稗析，即根据安框案4吧输出按的袄S(t颁)瓣进行在线统计分奥析或搬将其输出滤波做般离线统计分析求伴得并输出短时闪鞍变严重霸度背P版st邦。瓣耙 霸根据此原理和框罢图，可以设计出昂模拟式闪变检测般仪和数字唉式闪变检测仪。矮模拟式闪变仪由半于采用芯片实现拌滤波电路，具有疤处理速度快等特疤点，但对硬件电皑路要求较高，设哎计复杂；数字式佰检测仪滤波运算岸采用软件实现，鞍计算量大，但结懊构简单，比较灵拜活。霸2熬 疤电压波动与闪变傲的抑制隘 皑目前，大部分用哎于改善和提高电矮能质量的补偿装蔼置，它们也都具凹有抑制电压波动稗与闪变的功能熬6-9碍，如

12、静止无功补绊偿蔼器翱(SVC鞍)绊，有源滤波阿器安(APF背)半，动态电版压恢复班器搬(DVR挨)阿，以及配电系统捌电能质量统一控办制器等。下面分绊析比较这些装置暗在抑制电压波动绊与闪变方面的作埃用。艾2.1般 癌静止无功补偿肮器扳(SVC)把 爸电压闪变是电压八波动的一种特殊扳反映，闪变的严阿重程度必将与负阿荷变化引起的电佰压变动相关，电百压变动量通常按跋下式计算：巴 拔啊 柏式八(1碍)芭中拌,叭捌P颁、俺班Q拜分别为评价母线跋上电力负荷有功绊、无功变化量艾；敖R吧、哀X佰为从电源到评价八母线段供电白系统等值电阻和翱电抗拌；叭U爱N爸为评价母线额定拌电压懊。凹 罢在挨10K般V斑以上系统中

13、，由唉于伴R癌远小耙于扒X蔼，故有扮 翱式斑(2柏)摆中癌，颁S安K摆为评价母线上的芭三相系统短路容敖量。袄败 奥式敖(2坝)伴表明，在高电压搬或中压配电网中碍，电压波动主要霸与无功负荷的变拔化量以及电网的班短路容量有关。版在电网短路容量暗一定的情况下，巴电压闪变主要是办由于无功负荷的伴剧烈变动所致，把因此对于电压闪搬变的柏抑制，最常用方靶法是安装静止无摆功补偿装伴置般(SVC爱)扮，目前这方面技盎术已相当成熟。肮但是，由于某些百类型罢的扳SV暗C柏本身还产生低次昂谐把波电流，须与无安源滤波器并联使背用，实际运行时败有可能由于系统袄谐波谐振使某些版谐波严重放大。把因此，在进行补百偿时，要求采用

14、凹具有短的响应时傲间、并且能够直办接补偿负荷的无哎功冲击电流和谐岸波电流的补偿器蔼。啊2.2澳 稗有源电力滤波爸器捌(APF)懊 稗对于非线性冲击邦性负荷，在几个耙周波的时间内，败其电流可能出现隘相当大的波动，拜引起电压闪变。笆因此，要抑制电八压闪变，必须在笆负荷电流急剧波吧动的情况哎下，跟随负荷变八化实时补偿无功颁电流碍。近年来采用电翱力晶体拔管袄(GTR白)案和可关断晶闸案管矮(GTO熬)柏及脉宽调疤制跋(PWM凹)霸技术等构成的有颁源滤波器，可对颁负荷电流作实时按补偿，如隘图版3斑所示。有源电力疤滤波器的工作原捌理与传统啊的斑SV袄C懊完全不同，它采柏用可关断的电力隘电子器件和基于败坐标

15、变换原理的哀瞬时无功理论进哎行控制，其作用办原理是利用电力八电子控制器代替袄系统电源向负荷瓣提供所需的畸变邦电流，从而保证板系统只须向负荷白提供正弦的基波办电流巴。岸 拜袄 班有源电力滤波器爱与普伴通翱SV百C按相比柏10白，有以下优点：熬响应时间快，对板电压波动、吧闪变补偿率高，班可减少补偿容量扒；没有谐波放大板作用和谐振问题哀，运行稳定；控笆制强，能实现控熬制电压波动、闪爸变，稳定电压作昂用，同时也能有百效地滤除高次谐碍波，补偿功率因哀数。半澳 扮我国虽然在理论熬上取得了一定的斑进展，但由于多拌方面条件的限制般，至今未有并联拔型有源电力滤波靶器正式用于实际哀。而在日本和美懊国，已普遍使用昂

16、有源电力滤波器按来抑制电弧炉等绊引起的电压闪变霸。笆2.3熬 班动态电压恢复器哎 爸由吧式懊(1背)暗知，在中低压坝配电网中，由暗于板R芭与扮X芭相差不大，有功颁功率的快速波动鞍同样会导致电压百闪变，这就要求挨补偿装置在抑制艾电压波动与闪变拔时除了进行无功拌功率补偿使供电哀线路无功功率波挨动减小外，还得败提供瞬时有功功敖率补偿。因而传版统的无功补偿方案法不能有效的改叭善这类电能质量唉问题，只有带储蔼能单元的补偿装蔼置才能满足要求半。背岸 艾动态电压恢复隘器伴(DVR版)蔼的基本结构如皑图埃4班所示，其接法是澳将一个由三单相般电压源变流器构罢成的三相变流器氨串联接入电网与芭欲补偿的负荷之扮间跋1

17、1-13叭。这里逆变器采懊用熬3伴个单相结构，目坝的是为了更灵活斑地对三相电笆压和电流进行控邦制，并提供对系绊统电疤压不对称情况的坝补偿。该装置的笆核心部分为同步阿电压源逆变器，唉当线路侧电压发哀生突变时皑，笆DV爸R敖通过对直流侧电敖源的逆变产生交澳流电柏压，再通过变压碍器与原电网电压傲相串联，来补偿哎系统电压的跌落安或抵消系统电压柏的浪涌。由靶于埃DV摆R伴通过自身的储能笆单元，能够扳在笆m矮s氨级内向系统注入安正常电压与故障捌电压之差罢2耙，可用于克服系吧统电压波动对用耙户的影响，因此把是解决电压波动埃、不对称、谐波八等动态电压质量碍问题的有效工具按。至今西屋公司吧、西门子公司哎和板AB

18、翱B蔼公司都已研制出邦该类装置，并已摆取得良好的运行癌效果坝10霸。跋 暗板 拜由岸DV拌R岸装置的结构图可矮以看出，它起了捌将系统与负荷隔澳离的作用，是面鞍向负荷的补偿装挨置。该装置仅对半特定负荷加以补熬偿，所以其容量唉仅取决于负荷的半补偿容量和要求熬的补偿范围。目办前大部绊分蔼DV扳R埃装置的直流侧采办用电容来提供直安流电压，只能提熬供有限的能量，拌若要捌求懊DV罢R啊长时间提供电压罢补偿，则必须凹让澳DV绊R皑输出的电压和电瓣流垂直，这佰样扳DV暗R袄装置不提供有功办，只进行无艾功交换，可以满癌足长期工作的要吧求。半2.4板 八统一电能质量控捌制器及其它补偿白装置霸 跋统一电能质量控背制扒器袄(UPFC败)矮结合了串、并联隘补偿装置的特点靶，具有对靶电压、电流质量八问题统一补偿的肮功能，属于综合俺的补偿装置。如胺文跋献办14艾伴提出的含有储能扒单元的串、并联颁组合的用户电力拜综合补偿装置，靶该装置除了应用绊于配电系统的谐半波补偿外，还可